湖北十堰市車城新能源工程裝備公司　李平舟

聚焦液化天然氣及其儲藏與運輸

湖北十堰市車城新能源工程裝備公司李平舟

根據(jù)液化天然氣的儲運特點及供應(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常見的儲藏設(shè)施和LNG常見的運輸方式。

液化天然氣儲藏運輸

眾所周知，在液化天然氣(LNG)工業(yè)鏈中，LNG的儲存和運輸是其中的兩個重要環(huán)節(jié)。無論基本負荷型LNG裝置還是調(diào)峰型裝置，液化后的天然氣都要儲存在液化站內(nèi)儲罐或儲槽內(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)模的儲存罐和儲存槽。世界LNG運輸主要是通過海運，LNG槽船是主要的運輸工具，從LNG接收站或衛(wèi)星型裝置將LNG轉(zhuǎn)運都需要LNG槽車。天然氣易燃易爆LNG的儲存溫度底，對其儲存設(shè)備和運輸工具就提出了安全可靠、高效的嚴格要求。

1　LNG的儲運特點及供應(yīng)現(xiàn)狀

1.1LNG的儲運特點

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，有利于遠距離的運輸和儲存，其溫度一般為-162～-150℃，屬于低溫液體。LNG在運輸、儲存及調(diào)峰方面具有獨特的優(yōu)越性，其中LNG儲運在整個LNG產(chǎn)業(yè)鏈從生產(chǎn)到銷售，都是十分重要的環(huán)節(jié)。為此，LNG的儲運安全是十分重要的課題。

天然氣LNG液化后體積大大減少，便于運輸，經(jīng)濟可靠。LNG的低溫常壓儲存是在LNG的飽和蒸氣壓接近常壓時的溫度進行儲存，常壓下LNG的沸點在-162℃左右，LNG的儲存、運輸、利用都是在低溫狀態(tài)下進行的。低溫特性除了表現(xiàn)在對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、泄漏擴散以及低溫灼傷等方面的問題。當不同成分的超低溫液體共同儲存在同一個儲罐中，由于吸熱與蒸發(fā)作用，可能會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)的運作，兩個液層之間就自發(fā)地進行傳質(zhì)傳熱，同時在液層表面進行蒸發(fā)。利用專門的LNG槽車以及輪船進行長距離運輸相比地下管道運輸，天然氣的放空損失少，投資少，風(fēng)險小，適應(yīng)性較強，方便可靠；LNG的儲存效率較高、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，均會造成天然氣的供氣不平衡，LNG的儲存就起到了靈活方便、不受條件限制的負荷調(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、馬來西亞和文萊等地，其消費國主要有美國、日本、西班牙、法國、韓國以及我國的臺灣省等。與世界LNG的應(yīng)用相比，我國起步較晚，天然氣工業(yè)技術(shù)相對落后，為應(yīng)對日益增長的天然氣需求，我國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在標準大氣壓下降溫到-162℃可以轉(zhuǎn)化為液體。開采出來的天然氣首先要脫水除去其他雜質(zhì)，然后再經(jīng)過節(jié)流、膨脹以及制冷，使甲烷液化而成的，LNG具有體積小、方便儲藏的優(yōu)點，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。

我國已在多個氣田建成了天然氣液化裝置，并成功投入運行。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)、膨脹機制冷循環(huán)、級聯(lián)式制冷循環(huán)和混合冷劑制冷循環(huán)，其中級聯(lián)式液化流程、混合制冷劑液化流程和帶膨脹機液化流程是目前應(yīng)用較多的工藝流程。級聯(lián)式制冷循環(huán)具有能耗小，效率高等優(yōu)點，應(yīng)用天然氣液化裝置，其缺點在于流程復(fù)雜，各種制冷劑均需要各自的生產(chǎn)儲存設(shè)備，給管理控制及維修都帶來不便。

2.2LNG的供應(yīng)鏈

采用LNG形式供應(yīng)天然氣的過程稱為LNG供應(yīng)鏈。LNG供應(yīng)鏈主要包括天然氣液化、LNG儲存和運輸、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，再氣化過程在專用蒸發(fā)器中進行。天然氣液化廠(站)根據(jù)液化的目的，通常分為基本負荷型和調(diào)峰型兩種?；矩摵尚鸵夯瘡S的任務(wù)是將天然氣以液態(tài)形式運輸?shù)较M地，其特點是全年連續(xù)運行且產(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)提供一種儲氣調(diào)峰方式。對于一些城市，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)濟上，調(diào)峰型液化廠比地面高壓儲氣罐和地下儲氣庫建設(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)峰之用比用地下儲氣庫有許多優(yōu)點。例如：它選址不受地理位置、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、距離遠近和容量大小等限制，而且占地少、造價低、工期短和維修方便。在沒有氣田、鹽穴水層的城市，難以建地下儲氣庫，而需要設(shè)置LNG峰。這項技術(shù)在國外已比較成熟，如美國、英國和加拿大的部分地區(qū)采用LNG調(diào)峰。我國也正在引進這項技術(shù)。LNG蘊藏著大量的低溫能量。

3　LNG常見的儲藏設(shè)施

無論資本負荷型液化裝置還是調(diào)峰型裝置，液化后的天然氣都要儲存在液化站內(nèi)的儲存罐或儲存槽內(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)模的儲存罐和儲存槽。世界LNG貿(mào)易主要是通過海運，因此LNG槽船是主要的運輸工具。從LNG接收站或衛(wèi)星型裝置，將LNG轉(zhuǎn)運都需要LNG槽車。天然氣是易燃易爆的燃料，LNG的儲存溫度底，對其儲存設(shè)備和運輸工具就提出了安全可靠、高效的嚴格要求。

目前對于LNG的儲存是常壓低溫儲存，LNG常壓儲存是很多大規(guī)模存儲首先考慮到的方式，它的優(yōu)點就是投資相對較少，缺點就是工藝比較復(fù)雜，因為它主要是采用常壓拱頂?shù)蜏貎迌Υ鍸NG，儲罐為平底拱蓋、立式雙層壁結(jié)構(gòu)，外罐底板鋪設(shè)在平臺上，底板上鋪設(shè)泡沫玻璃磚，內(nèi)罐底板鋪設(shè)在負荷分配板上，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)罐四周通過多個錨帶緊固并且充干氮氣保護。

LNG的儲罐共分為四類：地上罐、半地下罐、地下罐和地下洞穴儲罐。

地上罐最常見的為雙層金屬罐，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，充填氮氣的珍珠巖絕熱層；半地下罐指介于地上和地下之間的儲罐。這類儲罐不需要在周圍建護堤，同時兼具地上和地下儲罐的優(yōu)點。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的內(nèi)部深挖以及泥土提升系統(tǒng)。通常采用高強度的混凝土填筑，鋼頂為預(yù)制好的且內(nèi)壁用不銹鋼板。地下洞穴儲罐指將LNG存儲在巖石之中的地下洞穴內(nèi)。LNG的儲存LNG儲罐(槽)LNG儲罐一般可按容量、隔熱、形狀及罐的材料進行分類。小型儲罐容量5～50 m3，常用于燃氣氣化站、LNG汽車加注站等；中型儲罐容量50～100 m3，常用于衛(wèi)星式液化裝置、工業(yè)燃氣氣化站等；大型儲罐容量100～10 000 m3，常用于小型LNG生產(chǎn)裝置；大型儲槽容量10 000～40 000 m3,常用于基本負荷和調(diào)峰型液化裝置；特大型儲槽容量40 000～200 000 m3，常用于LNG接受站。

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

4　LNG的運輸方式

LNG的運輸不僅安全系數(shù)高而且相對于其他的燃料要經(jīng)濟實惠，由于天然氣液化后，體積縮小約600倍，因此便于經(jīng)濟可靠地運輸。LNG的運輸主要有三種方式：車運、船運和管道運輸。

4.1LNG的車運和船運

LNG低壓泵作用將LNG壓入通過冷凝器，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)注意控制工程造價盡可能降低造價。處理后的天然氣存儲后即可進行運輸。

在輸氣運輸方式的選擇上來講，主要是從運輸成本上進行考慮，用LNG船代替深海和地下長距離管道，可節(jié)省大量風(fēng)險性管道投資，降低運輸成本。從輸氣經(jīng)濟性推算，陸上管道氣在3 000 km左右運距最為經(jīng)濟，而運輸距離超出3 500 km后，為了避免大量風(fēng)險性運輸管道的建設(shè)，就適合選擇輪船運輸?shù)姆绞?，能夠使大量風(fēng)險性管道投資有效降低，節(jié)約運輸成本。LNG船建造技術(shù)的不斷發(fā)展提高了LNG的運輸效益，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，由于大都沒有再液化裝置，動力燃料主要利用消耗蒸發(fā)氣，而不進行回收液化。LNG船的建造可滿足進口LNG運輸能力的需要。

一直以來，在LNG貿(mào)易中，船舶的遠洋運輸為LNG的主要運輸方式。其具有運量大、安全系數(shù)高、可操控性強等一系列優(yōu)點，尤其近半個世紀來，造船工藝的進步以及國際航線準確規(guī)劃，使得LNG的遠洋運輸成本大幅下降，運輸能力大幅提高。隨著LNG海上運輸技術(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。LNG海上運輸特點有：高風(fēng)險LNG的運輸成本占LNG價格的10%～30%，原油的運輸成本只占10%。原因之一是LNG罐船需要低溫絕熱材料，建造費用昂貴。目前，運輸能力為13.8×104m3的LNG運輸船造價為1.5～1.6 億美元，比同樣輸送當量的油船造價高出4～5倍。另外，由于此類船舶的用途單一，經(jīng)營上又缺乏靈活性，使LNG船的投資風(fēng)險比其他種類船更大，一般在進行投資之前都要求掌握長期運輸合同(一般在20年以上)。運輸穩(wěn)定世界LNG運輸大多為定向造船，包船運輸，航線和港口比較固定，并要求較為準確的班期，非計劃性停泊較少，運費收入比較穩(wěn)定，一旦進入市場運費收入比較穩(wěn)定，來自外界的競爭相對較小。

火車和輪船等交通運輸方式也是LNG最常見的使用工具。以我國天然氣的市場分布和產(chǎn)量等信息分析，在500～800 km的運輸半徑以內(nèi)，最理想的方式是采用汽車槽車運輸液態(tài)天然氣。用雙壁真空粉末絕熱技術(shù)在槽車罐體中使用，并有輸液軟管和操作閥安全系統(tǒng)的配備。而低溫液體槽車則可以使用國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品，因為制造技術(shù)相對成熟產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

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

4.2LNG的管道運輸

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越大。天然氣地區(qū)性貿(mào)易量也正逐年放大。LNG長距離管道問題也越來越受到人們的重視，輸量的增加將有助于降低低溫管道的投資費用和單位輸量的運行管理費用，從而使LNG的長距離管道輸送成為可能。

LNG作為液體產(chǎn)品進行長距離管道輸送，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，其中一部分會被氣化，使管道內(nèi)形成兩相流動，這不僅增大了沿線阻力，而且還會產(chǎn)生氣體段塞流動現(xiàn)象，嚴重影響管道的輸送能力和安全運行。因此，對于低溫液體輸送管道，特別是長距離管道，要防止液體氣化，就必須實現(xiàn)液體單相流動。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，使得管道運行工況位于液相密相區(qū)。此外，為降低因流動摩擦和過泵剪切引起的LNG溫度升高，長距離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：必須采用價格較貴的鎳鋼，需要采用性能良好的低溫隔熱材料，遠距離時需增建中間冷卻站。因此LNG輸送管道的初期投資費用較高。

LNG管道運輸方式有較大經(jīng)濟優(yōu)勢，在城市與城市之間，如果可以建立以一個完善的LNG的管道運輸網(wǎng)，無疑可以解決LNG的長距離運輸問題，并且可以提高LNG的運輸速度和使用效率，可以為國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展和綠色能源的高效使用帶來迅猛發(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，我國的LNG管道運輸方式并沒有廣泛使用。因此，為滿足國家各個城市各行各業(yè)對于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管道運輸網(wǎng)。由于管道低溫技術(shù)以及經(jīng)濟、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)的管道運輸方式。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科技的進步，相信在不久的將來，長距離液態(tài)天然氣的管道輸送終將面世。

5　結(jié)語

總之，LNG的應(yīng)用范疇愈來愈廣，應(yīng)用量愈來愈大，發(fā)展LNG工程是當前世界能源利用的潮流，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國也迅速的成為了LNG的進口國，將會迅速的占領(lǐng)能源市場。

在進行LNG的開發(fā)利用方面，要能夠充分結(jié)合大、小型區(qū)域天然氣的開發(fā)利用，開發(fā)各種可用天然氣資源，從而實現(xiàn)天然氣的多元化發(fā)展，將我國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