聚焦液化天然氣及其儲(chǔ)藏與運(yùn)輸

湖北十堰市車(chē)城新能源工程裝備公司　李平舟

聚焦液化天然氣及其儲(chǔ)藏與運(yùn)輸

湖北十堰市車(chē)城新能源工程裝備公司李平舟

根據(jù)液化天然氣的儲(chǔ)運(yùn)特點(diǎn)及供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的基本形式，介紹了LNG的制取工藝及其供應(yīng)鏈、LNG常見(jiàn)的儲(chǔ)藏設(shè)施和LNG常見(jiàn)的運(yùn)輸方式。

液化天然氣儲(chǔ)藏運(yùn)輸

眾所周知，在液化天然氣(LNG)工業(yè)鏈中，LNG的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是其中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。無(wú)論基本負(fù)荷型LNG裝置還是調(diào)峰型裝置，液化后的天然氣都要儲(chǔ)存在液化站內(nèi)儲(chǔ)罐或儲(chǔ)槽內(nèi)。在衛(wèi)星型液化站和LNG接收站，都有一定數(shù)量和不同規(guī)模的儲(chǔ)存罐和儲(chǔ)存槽。世界LNG運(yùn)輸主要是通過(guò)海運(yùn)，LNG槽船是主要的運(yùn)輸工具，從LNG接收站或衛(wèi)星型裝置將LNG轉(zhuǎn)運(yùn)都需要LNG槽車(chē)。天然氣易燃易爆LNG的儲(chǔ)存溫度底，對(duì)其儲(chǔ)存設(shè)備和運(yùn)輸工具就提出了安全可靠、高效的嚴(yán)格要求。

1　LNG的儲(chǔ)運(yùn)特點(diǎn)及供應(yīng)現(xiàn)狀

1.1LNG的儲(chǔ)運(yùn)特點(diǎn)

LNG是將天然氣凈化、深冷液化而成的液體，體積約為其氣態(tài)體積的1/600，有利于遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸和儲(chǔ)存，其溫度一般為-162～-150℃，屬于低溫液體。LNG在運(yùn)輸、儲(chǔ)存及調(diào)峰方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性，其中LNG儲(chǔ)運(yùn)在整個(gè)LNG產(chǎn)業(yè)鏈從生產(chǎn)到銷(xiāo)售，都是十分重要的環(huán)節(jié)。為此，LNG的儲(chǔ)運(yùn)安全是十分重要的課題。

天然氣LNG液化后體積大大減少，便于運(yùn)輸，經(jīng)濟(jì)可靠。LNG的低溫常壓儲(chǔ)存是在LNG的飽和蒸氣壓接近常壓時(shí)的溫度進(jìn)行儲(chǔ)存，常壓下LNG的沸點(diǎn)在-162℃左右，LNG的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、利用都是在低溫狀態(tài)下進(jìn)行的。低溫特性除了表現(xiàn)在對(duì)LNG系統(tǒng)的設(shè)備、管道的材料要注意防止低溫條件下的脆性斷裂和冷收縮對(duì)設(shè)備和管路引起的危害外，也要解決系統(tǒng)保冷、蒸發(fā)氣處理、泄漏擴(kuò)散以及低溫灼傷等方面的問(wèn)題。當(dāng)不同成分的超低溫液體共同儲(chǔ)存在同一個(gè)儲(chǔ)罐中，由于吸熱與蒸發(fā)作用，可能會(huì)形成不同密度的兩層液體，此現(xiàn)象稱為層化現(xiàn)象，這些液體再繼續(xù)受到吸熱與蒸發(fā)的運(yùn)作，兩個(gè)液層之間就自發(fā)地進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，同時(shí)在液層表面進(jìn)行蒸發(fā)。利用專門(mén)的LNG槽車(chē)以及輪船進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸相比地下管道運(yùn)輸，天然氣的放空損失少，投資少，風(fēng)險(xiǎn)小，適應(yīng)性較強(qiáng)，方便可靠；LNG的儲(chǔ)存效率較高、占地面積少；由于天然氣民用季節(jié)性需求不平衡，夏用量少，冬用量多，用氣廠檢修或者LNG廠本身的技術(shù)改造，又或是管網(wǎng)出現(xiàn)故障等其他原因，均會(huì)造成天然氣的供氣不平衡，LNG的儲(chǔ)存就起到了靈活方便、不受條件限制的負(fù)荷調(diào)節(jié)作用。

1.2LNG的供應(yīng)現(xiàn)狀

LNG的主要產(chǎn)地大致分布在澳大利亞、印度尼西亞、阿爾及利亞、馬來(lái)西亞和文萊等地，其消費(fèi)國(guó)主要有美國(guó)、日本、西班牙、法國(guó)、韓國(guó)以及我國(guó)的臺(tái)灣省等。與世界LNG的應(yīng)用相比，我國(guó)起步較晚，天然氣工業(yè)技術(shù)相對(duì)落后，為應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的天然氣需求，我國(guó)正積極打造天然氣供應(yīng)大網(wǎng)絡(luò)。

2　LNG的制取工藝及其供應(yīng)鏈

2.1LNG的制取工藝

LNG在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下降溫到-162℃可以轉(zhuǎn)化為液體。開(kāi)采出來(lái)的天然氣首先要脫水除去其他雜質(zhì)，然后再經(jīng)過(guò)節(jié)流、膨脹以及制冷，使甲烷液化而成的，LNG具有體積小、方便儲(chǔ)藏的優(yōu)點(diǎn)，它的體積僅為氣態(tài)的1/600。天然氣的液化工藝又包括天然氣的預(yù)處理、天然氣的液化及貯存、LNG的氣化及其冷量的回收以及安全技術(shù)等內(nèi)容。

我國(guó)已在多個(gè)氣田建成了天然氣液化裝置，并成功投入運(yùn)行。迄今為止，在天然氣液化技術(shù)領(lǐng)域中已成熟應(yīng)用的工藝有：節(jié)流制冷循環(huán)、膨脹機(jī)制冷循環(huán)、級(jí)聯(lián)式制冷循環(huán)和混合冷劑制冷循環(huán)，其中級(jí)聯(lián)式液化流程、混合制冷劑液化流程和帶膨脹機(jī)液化流程是目前應(yīng)用較多的工藝流程。級(jí)聯(lián)式制冷循環(huán)具有能耗小，效率高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用天然氣液化裝置，其缺點(diǎn)在于流程復(fù)雜，各種制冷劑均需要各自的生產(chǎn)儲(chǔ)存設(shè)備，給管理控制及維修都帶來(lái)不便。

2.2LNG的供應(yīng)鏈

采用LNG形式供應(yīng)天然氣的過(guò)程稱為L(zhǎng)NG供應(yīng)鏈。LNG供應(yīng)鏈主要包括天然氣液化、LNG儲(chǔ)存和運(yùn)輸、LNG再氣化等環(huán)節(jié)。LNG再氣化的目的是將LNG重新轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，以便終端用戶使用，再氣化過(guò)程在專用蒸發(fā)器中進(jìn)行。天然氣液化廠(站)根據(jù)液化的目的，通常分為基本負(fù)荷型和調(diào)峰型兩種?；矩?fù)荷型液化廠的任務(wù)是將天然氣以液態(tài)形式運(yùn)輸?shù)较M(fèi)地，其特點(diǎn)是全年連續(xù)運(yùn)行且產(chǎn)量比較均衡。調(diào)峰型液化廠的任務(wù)是為天然氣供氣系統(tǒng)提供一種儲(chǔ)氣調(diào)峰方式。對(duì)于一些城市，由于民用氣冬用多，夏用少，或者因用氣的化工廠檢修及LNG廠的技術(shù)改造，甚至是輸氣管網(wǎng)發(fā)生故障等，都會(huì)造成定期或不定期的供氣不平衡，而建設(shè)調(diào)峰型液化廠就能起到削峰填谷的作用。在經(jīng)濟(jì)上，調(diào)峰型液化廠比地面高壓儲(chǔ)氣罐和地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)更節(jié)省土地、資金，而且方便、靈活，不受地質(zhì)條件限制。

LNG作為城市氣化調(diào)峰之用比用地下儲(chǔ)氣庫(kù)有許多優(yōu)點(diǎn)。例如：它選址不受地理位置、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、距離遠(yuǎn)近和容量大小等限制，而且占地少、造價(jià)低、工期短和維修方便。在沒(méi)有氣田、鹽穴水層的城市，難以建地下儲(chǔ)氣庫(kù)，而需要設(shè)置LNG峰。這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外已比較成熟，如美國(guó)、英國(guó)和加拿大的部分地區(qū)采用LNG調(diào)峰。我國(guó)也正在引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。LNG蘊(yùn)藏著大量的低溫能量。

3　LNG常見(jiàn)的儲(chǔ)藏設(shè)施

無(wú)論資本負(fù)荷型液化裝置還是調(diào)峰型裝置，液化后的天然氣都要儲(chǔ)存在液化站內(nèi)的儲(chǔ)存罐或儲(chǔ)存槽內(nèi)。在衛(wèi)星型液化站和LNG接收站，都有一定數(shù)量和不同規(guī)模的儲(chǔ)存罐和儲(chǔ)存槽。世界LNG貿(mào)易主要是通過(guò)海運(yùn)，因此LNG槽船是主要的運(yùn)輸工具。從LNG接收站或衛(wèi)星型裝置，將LNG轉(zhuǎn)運(yùn)都需要LNG槽車(chē)。天然氣是易燃易爆的燃料，LNG的儲(chǔ)存溫度底，對(duì)其儲(chǔ)存設(shè)備和運(yùn)輸工具就提出了安全可靠、高效的嚴(yán)格要求。

目前對(duì)于LNG的儲(chǔ)存是常壓低溫儲(chǔ)存，LNG常壓儲(chǔ)存是很多大規(guī)模存儲(chǔ)首先考慮到的方式，它的優(yōu)點(diǎn)就是投資相對(duì)較少，缺點(diǎn)就是工藝比較復(fù)雜，因?yàn)樗饕遣捎贸汗绊數(shù)蜏貎?chǔ)罐儲(chǔ)存LNG，儲(chǔ)罐為平底拱蓋、立式雙層壁結(jié)構(gòu)，外罐底板鋪設(shè)在平臺(tái)上，底板上鋪設(shè)泡沫玻璃磚，內(nèi)罐底板鋪設(shè)在負(fù)荷分配板上，為了避免內(nèi)槽在舉升力的影響下導(dǎo)致底部出現(xiàn)變形而需要在內(nèi)罐四周通過(guò)多個(gè)錨帶緊固并且充干氮?dú)獗Ｗo(hù)。

LNG的儲(chǔ)罐共分為四類：地上罐、半地下罐、地下罐和地下洞穴儲(chǔ)罐。

地上罐最常見(jiàn)的為雙層金屬罐，即外層為碳鋼外殼，內(nèi)層為含鎳9%的鋼板，內(nèi)外環(huán)形設(shè)計(jì)，充填氮?dú)獾恼渲閹r絕熱層；半地下罐指介于地上和地下之間的儲(chǔ)罐。這類儲(chǔ)罐不需要在周?chē)ㄗo(hù)堤，同時(shí)兼具地上和地下儲(chǔ)罐的優(yōu)點(diǎn)。部分半地下罐采用內(nèi)罐為含鎳9%的鋼板，外罐混凝土的建造方式。地下罐通常采用先進(jìn)的內(nèi)部深挖以及泥土提升系統(tǒng)。通常采用高強(qiáng)度的混凝土填筑，鋼頂為預(yù)制好的且內(nèi)壁用不銹鋼板。地下洞穴儲(chǔ)罐指將LNG存儲(chǔ)在巖石之中的地下洞穴內(nèi)。LNG的儲(chǔ)存LNG儲(chǔ)罐(槽)LNG儲(chǔ)罐一般可按容量、隔熱、形狀及罐的材料進(jìn)行分類。小型儲(chǔ)罐容量5～50 m3，常用于燃?xì)鈿饣?、LNG汽車(chē)加注站等；中型儲(chǔ)罐容量50～100 m3，常用于衛(wèi)星式液化裝置、工業(yè)燃?xì)鈿饣镜龋淮笮蛢?chǔ)罐容量100～10 000 m3，常用于小型LNG生產(chǎn)裝置；大型儲(chǔ)槽容量10 000～40 000 m3,常用于基本負(fù)荷和調(diào)峰型液化裝置；特大型儲(chǔ)槽容量40 000～200 000 m3，常用于LNG接受站。

深冷液體儲(chǔ)罐儲(chǔ)存是進(jìn)行LNG儲(chǔ)存的主要方式，液體儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存條件是雙壁真空粉末絕熱。在正常的條件下，LNG的儲(chǔ)存周期是4 d，每天的蒸發(fā)率在0.6%左右。目前國(guó)內(nèi)的低溫儲(chǔ)罐技術(shù)進(jìn)行LNG的儲(chǔ)存已經(jīng)非常成熟，這個(gè)行業(yè)不僅有能力生產(chǎn)大型的低溫儲(chǔ)罐，而且還有很好的效益。應(yīng)當(dāng)值得注意的是，在設(shè)備的先進(jìn)性以及生產(chǎn)工藝的領(lǐng)先性上，國(guó)外的LNG方面具備更大的優(yōu)勢(shì)，值得我國(guó)學(xué)習(xí)和借鑒。

4　LNG的運(yùn)輸方式

LNG的運(yùn)輸不僅安全系數(shù)高而且相對(duì)于其他的燃料要經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，由于天然氣液化后，體積縮小約600倍，因此便于經(jīng)濟(jì)可靠地運(yùn)輸。LNG的運(yùn)輸主要有三種方式：車(chē)運(yùn)、船運(yùn)和管道運(yùn)輸。

4.1LNG的車(chē)運(yùn)和船運(yùn)

LNG低壓泵作用將LNG壓入通過(guò)冷凝器，之后再用高壓泵加壓送至氣化器氣化，氣化后的天然氣進(jìn)入輸氣管道。氣化器由海水泵提供海水作為熱源，加熱LNG，使之氣化。將高、低壓泵和氣化器啟停數(shù)量保持一致，這樣做的目的是為了保證有效的調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制。主設(shè)備應(yīng)該考慮增加備用設(shè)備，防止意外，保證正常工作。備用設(shè)備應(yīng)注意采用相同型號(hào)類型設(shè)備，保證其兼容性。首期工程應(yīng)注意控制工程造價(jià)盡可能降低造價(jià)。處理后的天然氣存儲(chǔ)后即可進(jìn)行運(yùn)輸。

在輸氣運(yùn)輸方式的選擇上來(lái)講，主要是從運(yùn)輸成本上進(jìn)行考慮，用LNG船代替深海和地下長(zhǎng)距離管道，可節(jié)省大量風(fēng)險(xiǎn)性管道投資，降低運(yùn)輸成本。從輸氣經(jīng)濟(jì)性推算，陸上管道氣在3 000 km左右運(yùn)距最為經(jīng)濟(jì)，而運(yùn)輸距離超出3 500 km后，為了避免大量風(fēng)險(xiǎn)性運(yùn)輸管道的建設(shè)，就適合選擇輪船運(yùn)輸?shù)姆绞?，能夠使大量風(fēng)險(xiǎn)性管道投資有效降低，節(jié)約運(yùn)輸成本。LNG船建造技術(shù)的不斷發(fā)展提高了LNG的運(yùn)輸效益，主要體現(xiàn)在日氣化率降低及蒸發(fā)氣回收利用上。目前應(yīng)用的LNG船，由于大都沒(méi)有再液化裝置，動(dòng)力燃料主要利用消耗蒸發(fā)氣，而不進(jìn)行回收液化。LNG船的建造可滿足進(jìn)口LNG運(yùn)輸能力的需要。

一直以來(lái)，在LNG貿(mào)易中，船舶的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸為L(zhǎng)NG的主要運(yùn)輸方式。其具有運(yùn)量大、安全系數(shù)高、可操控性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，尤其近半個(gè)世紀(jì)來(lái)，造船工藝的進(jìn)步以及國(guó)際航線準(zhǔn)確規(guī)劃，使得LNG的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸成本大幅下降，運(yùn)輸能力大幅提高。隨著LNG海上運(yùn)輸技術(shù)的不斷成熟，世界LNG的貿(mào)易量占世界天然氣貿(mào)易量的比例呈逐年上升的趨勢(shì)。LNG海上運(yùn)輸特點(diǎn)有：高風(fēng)險(xiǎn)LNG的運(yùn)輸成本占LNG價(jià)格的10%～30%，原油的運(yùn)輸成本只占10%。原因之一是LNG罐船需要低溫絕熱材料，建造費(fèi)用昂貴。目前，運(yùn)輸能力為13.8×104m3的LNG運(yùn)輸船造價(jià)為1.5～1.6 億美元，比同樣輸送當(dāng)量的油船造價(jià)高出4～5倍。另外，由于此類船舶的用途單一，經(jīng)營(yíng)上又缺乏靈活性，使LNG船的投資風(fēng)險(xiǎn)比其他種類船更大，一般在進(jìn)行投資之前都要求掌握長(zhǎng)期運(yùn)輸合同(一般在20年以上)。運(yùn)輸穩(wěn)定世界LNG運(yùn)輸大多為定向造船，包船運(yùn)輸，航線和港口比較固定，并要求較為準(zhǔn)確的班期，非計(jì)劃性停泊較少，運(yùn)費(fèi)收入比較穩(wěn)定，一旦進(jìn)入市場(chǎng)運(yùn)費(fèi)收入比較穩(wěn)定，來(lái)自外界的競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)較小。

火車(chē)和輪船等交通運(yùn)輸方式也是LNG最常見(jiàn)的使用工具。以我國(guó)天然氣的市場(chǎng)分布和產(chǎn)量等信息分析，在500～800 km的運(yùn)輸半徑以內(nèi)，最理想的方式是采用汽車(chē)槽車(chē)運(yùn)輸液態(tài)天然氣。用雙壁真空粉末絕熱技術(shù)在槽車(chē)罐體中使用，并有輸液軟管和操作閥安全系統(tǒng)的配備。而低溫液體槽車(chē)則可以使用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品，因?yàn)橹圃旒夹g(shù)相對(duì)成熟產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

LNG的運(yùn)輸是不可以由個(gè)人承擔(dān)的，必須是有一定安全運(yùn)輸資質(zhì)的貨運(yùn)公司才可以承擔(dān)運(yùn)輸LNG的職責(zé)，而且運(yùn)輸公司必須具備對(duì)于運(yùn)送LNG所要求的由有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)的安全運(yùn)輸執(zhí)照才可以上路運(yùn)輸。在LNG運(yùn)輸之前，必須按照規(guī)定將天然氣(常見(jiàn)甲烷等氣體)降低溫度或降壓使之成為液態(tài)。在LNG運(yùn)輸時(shí)，必須安全操作，避免發(fā)生安全事故。

4.2LNG的管道運(yùn)輸

隨著世界能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，天然氣占世界總能源的比例越來(lái)越大。天然氣地區(qū)性貿(mào)易量也正逐年放大。LNG長(zhǎng)距離管道問(wèn)題也越來(lái)越受到人們的重視，輸量的增加將有助于降低低溫管道的投資費(fèi)用和單位輸量的運(yùn)行管理費(fèi)用，從而使LNG的長(zhǎng)距離管道輸送成為可能。

LNG作為液體產(chǎn)品進(jìn)行長(zhǎng)距離管道輸送，其輸送技術(shù)與原油加熱輸送工藝類似，管道沿線需要建設(shè)LNG加壓泵站和冷卻站。進(jìn)入管道的是飽和LNG液體，由于管道沿線溫度的影響，LNG易受熱，其中一部分會(huì)被氣化，使管道內(nèi)形成兩相流動(dòng)，這不僅增大了沿線阻力，而且還會(huì)產(chǎn)生氣體段塞流動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響管道的輸送能力和安全運(yùn)行。因此，對(duì)于低溫液體輸送管道，特別是長(zhǎng)距離管道，要防止液體氣化，就必須實(shí)現(xiàn)液體單相流動(dòng)。而防止LNG氣化的方法需要采用密相輸送工藝，即將管道的操作壓力控制在臨界冷凝壓力之上，管道內(nèi)流體溫度控制在臨界冷凝溫度之下，使得管道運(yùn)行工況位于液相密相區(qū)。此外，為降低因流動(dòng)摩擦和過(guò)泵剪切引起的LNG溫度升高，長(zhǎng)距離LNG輸送管道除建設(shè)加壓站之外，還需要每隔一定距離設(shè)冷卻站，并且將加壓站和冷卻站建在一起，即所謂的冷泵站，以便于施工和管理。隨著低溫材料和設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，LNG長(zhǎng)距離管道輸送在技術(shù)上是可行的。

LNG輸送管道的不足之處是：必須采用價(jià)格較貴的鎳鋼，需要采用性能良好的低溫隔熱材料，遠(yuǎn)距離時(shí)需增建中間冷卻站。因此LNG輸送管道的初期投資費(fèi)用較高。

LNG管道運(yùn)輸方式有較大經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在城市與城市之間，如果可以建立以一個(gè)完善的LNG的管道運(yùn)輸網(wǎng)，無(wú)疑可以解決LNG的長(zhǎng)距離運(yùn)輸問(wèn)題，并且可以提高LNG的運(yùn)輸速度和使用效率，可以為國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綠色能源的高效使用帶來(lái)迅猛發(fā)展的步伐。但受各地環(huán)境狀況的不同和技術(shù)條件的限制，我國(guó)的LNG管道運(yùn)輸方式并沒(méi)有廣泛使用。因此，為滿足國(guó)家各個(gè)城市各行各業(yè)對(duì)于LNG需求的快速發(fā)展，必須加快技術(shù)研發(fā)的步伐，盡快建立一支LNG管道運(yùn)輸網(wǎng)。由于管道低溫技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的差異性等原因，世界上3/4的天然氣仍然采用常態(tài)的管道運(yùn)輸方式。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，相信在不久的將來(lái)，長(zhǎng)距離液態(tài)天然氣的管道輸送終將面世。

5　結(jié)語(yǔ)

總之，LNG的應(yīng)用范疇愈來(lái)愈廣，應(yīng)用量愈來(lái)愈大，發(fā)展LNG工程是當(dāng)前世界能源利用的潮流，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)也迅速的成為了LNG的進(jìn)口國(guó)，將會(huì)迅速的占領(lǐng)能源市場(chǎng)。

在進(jìn)行LNG的開(kāi)發(fā)利用方面，要能夠充分結(jié)合大、小型區(qū)域天然氣的開(kāi)發(fā)利用，開(kāi)發(fā)各種可用天然氣資源，從而實(shí)現(xiàn)天然氣的多元化發(fā)展，將我國(guó)利用天然氣的能力提高至較高的水平。

Focus on LNG and Its Storage and Transportation

Hubei Shiyan Checheng New Energy Engineering Equipment Co.,Li Pingzou

Because natural gas is the fuel of flammable and explosive, LNG's storage temperature is low, this factors make safe, reliable and efficient demands on the storage and transportation of LNG. According to the characteristics of LNG's storage and transportation and its supply network formation, this paper introduces the producing process of LNG, its supply chain, its common storage facilities, and its common transportation methods.

liquefied natural gas (LNG), storage, transportation