张炳俊 任魁杰 孟 良
(中石化华东分公司石油工程技术研究院,江苏 210031)
国内煤层气输送方式现状及简析
张炳俊 任魁杰 孟 良
(中石化华东分公司石油工程技术研究院,江苏 210031)
煤层气输送是衔接气田与市场的重要环节。在对煤层气各种输送方式及其技术特点分析的基础上,归纳总结了国内已建成的煤层气输送系统。结合煤层气生产特性、可依托设施、市场条件、气田产量等因素对常见的煤层气输送方式进行了对比。通过对实际案例的分析研究,确定了影响煤层气输送方式的关键因素,并提出了输送方式优选的步骤及建议。
煤层气 输送方式 管道 LNG CNG
我国常规油气资源短缺,煤层气储量较为丰富。2006年全国煤层气资源评价结果显示,我国煤层气资源主要分布在鄂尔多斯、沁水和滇东黔西等8个盆地。埋深2000m以浅的煤层气资源量约为36.81×1012m3,与国内目前的陆上天然气储量(约38×1012m3)相当。
和常规油气资源相比,煤层气具有以下特点:
(1)常温常压下为气体,流动性好,能量密度低;
(2)气体生产压力低,一般不高于0.6MPa;
(3)单井产量低,部署大规模的井网才能形成一定产能。
煤层气的输送方式有管道输送、LNG输送、CNG输送、水合物输送以及吸附输送。作为衔接煤层气生产与煤层气消费的关键环节,煤层气输送方式的选择将在很大程度上影响其生产和消费的经济性。由于煤层气的有利产区大多远离主要消费地,根据气田的方位、产量、目标市场等情况,选择合适的输送方式对降低运营成本具有重要意义。
1.1.1 基本结构
煤层气主要成分为CH4,在常温常压下为气体。与天然气输送管道类似,煤层气输气管道输送系统一般包括输气管线、首末站、气体增压站、气体分输站、截断阀室以及穿跨越段等。
1.1.2 主要特点及应用现状
煤层气田一般产量低、压力低 (0.2~0.6MPa),为满足管输要求,必须进行多级增压,能耗较高。和大型天然气管道比,煤层气管道一般运行压力低、运距短。此外,煤层气管道一般需要较成熟的目标市场以及输气管网等因素依托。截至目前,国内已建成的煤层气管道如表1所示。
表1 国内现有煤层气输送管道情况
1.2.1 原理及系统结构
在1个大气压下,温度降至-162℃时,煤层气由气体转化为无色、无味的液体 (称作LNG),此状态下LNG密度约420kg/m3。和相等质量的气态煤层气相比,LNG的体积约为气态下的1/600。体积的极大减少使得煤层气能量密度大幅增加,这就造成在特定情况下,煤层气以LNG形式输送比其他方式更经济。常见的LNG输送系统一般包括液化站场 (包括预处理设备、制冷设备、换热设备、LNG管路、LNG储槽罐等),LNG运输设备,LNG终端设备等。
1.2.2 主要特点及应用现状
LNG输送具有运输便利、安全高效、绿色环保等特点,其可承载运量一般小于管道输送,但大于CNG输送。运营成本方面,LNG输送高于管道输送,但低于CNG输送。
从2001年中原油田引进第一套LNG装置以来,LNG产业在国内取得了突飞猛进的发展。LNG关键设备已经全部实现国产化,早期制约LNG发展的接收终端短缺现象也取得了极大改观。国内LNG加气站数量已初具规模,LNG燃料已经广泛应用于公交、长途客车等交通工具。截至目前,国内已建成的煤层气LNG输送系统如表2所示。
表2 国内现有煤层气LNG项目情况
1.3.1原理及系统结构
CNG输送是指利用气体的可压缩性,通过压缩机将煤层气压缩至高压状态储存在钢瓶中运输,其压力一般为20~25MPa。在此状态下,CNG的体积约为标准状况下体积的1/200。CNG输送系统一般包括加气母站 (包括脱水设备、脱酸气设备、增压设备和储气设备等),CNG运输设备,CNG加气子站(包括储存设备、调压设备和加气设备等)等。CNG母站的处理能力一般不超过30×104m3/d,即年输气量不超过1.0×108m3/a。
1.3.2 主要特点及发展现状
和其他输送方式相比,CNG输送具有运距短、运量小、灵活性大、投资省、终端配套设施较为完善的特点。国内天然气CNG消费终端分布较为广泛,许多城市都设有CNG加气子站。煤层气生产企业层面上,CNG输送项目处于快速发展阶段,中联煤层气、中石油煤层气分公司、晋煤集团、中石化华东分公司等企业均建有CNG加气母站。
NGH(天然气水合物)是一种由水分子空穴吸附小分子烃类气体而形成的笼型结晶化合物。在标准状况下,1m3的NGH中可充填150~170m3煤层气。NGH制备条件较易实现 (可在2~6MPa,0~20℃ 的条件下制备),且水合物较稳定,其表层分解后形成冰层包裹,保护了内部的水合物不致分解。从理论上来讲,可以通过改变平衡条件使水合物分解,然而由于现有技术条件限制,NGH再气化速度较慢,水合物输送未得到商业应用。
ANG(吸附天然气)技术是指在储罐中装入专用吸附剂,利用吸附剂巨大的比表面积和微孔结构,在常温、中压 (3~4MPa)条件下实现煤层气吸附储存的技术。在ANG储存技术中,储存的煤层气有吸附态 (吸附于吸附剂中)和压缩态 (以3~4MPa压缩在储罐中)两种状态,此时1m3ANG含气量约为160~180m3。然而由于吸附效率、吸附速度等因素制约,ANG输送仍停留在实验室阶段。
在煤层气的管道输送、液化输送、压缩输送、水合物输送和吸附输送5种方式中,水合物输送和吸附输送由于再气化速度、吸附效率等因素制约,未得到工业应用。截至目前应用最多的为管道输送、液化输送和压缩输送三种方式。通常状况下,与这三种输送方式相适应的运距和运量依次减小。
从输送系统的整个运营期来看,输送总成本包括建设成本以及运营成本两部分。在三种输送方式中,管道输送运营成本较低,建设成本较大,因此制约其总成本的关键因素为建设成本;对于LNG输送和CNG输送来讲,运营费用占总成本较大比例,且随着时间的增长,该比例急剧增大。
根据规划要将某山区气田5×108m3/a的煤层气外输,已知距该区块50km左右有天然气销售管网。
因输量较大,不考虑CNG运输,仅做LNG输送与管道输送的对比。管道输送系统的主要项目包括煤层气处理厂、首站、煤层气管道、末站等;LNG输送系统的主要项目包括煤层气处理厂、液化厂、LNG储罐、LNG运输车等。由表3可知,在案例条件下管输系统的建设投资低于LNG输送系统,又因为LNG输送系统运营费用远高于管输系统,因此在运量较大的条件下应选择管道输送。
根据规划需将某山区气田15×104m3/d的煤层气外输,销售市场距离该区块约260km,且附近无天然气管网。
因输量较小,无管道依托,不考虑管道输送,仅进行LNG和CNG输送方式的比较。两种输送系统均包括净化设施、生产设施、运输设施等。根据表4可以得知,CNG输送的建设投资低于LNG,但运营成本远高于LNG。在案例给定条件下,CNG输送总成本远高于LNG输送总成本。
在优选煤层气输送方式时,须遵循以下步骤:
(1)选择合适的目标市场,尽量选择在产地周边地区销售;
(2)及时确定可依托的管网、CNG、LNG终端条件,以期最大程度的利用已有资源,缩短运距,降低投资。
表3 管道输送与LNG输送建设投资对比
表4 CNG输送与LNG输送综合比较
(3)根据已掌握的目标市场、依托条件等因素,结合气田产量以及运输距离进行经济性分析,确定合适的输送方式。
通常情况下,对于煤层气产量较大且有销售管网依托的煤层气田,采用管道输送经济性较好;对于煤层气产量适中、无管网依托且距离目标市场较远的气田,采用LNG输送具有较好的经济性;对于运量不大于30×104m3/d,且运距小于150km的项目,应采用CNG输送。
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Current Situation and Study on CBM Transportation Methods in China
ZHANG Bingjun,REN Kuijie,MENG Liang
(Petroleum Engineering Technology Research Institute,East China Branch of SINOPEC,Jiangsu 210031)
The transportation process of CBM is an important link between CBM field and consumer market.Based on the analysis of different CBM transportation methods currently applied in China and their technical characteristics,the paper summarizes the domestic CBM transportation systems which have been constructed and compared the existing transportation methods from aspects of CBM production features,reliable facilities,market conditions,production of the CBM fields,etc.The key aspects to influence the CBM transportation methods are determined,and the corresponding measures and advices are put forward based on the analyses of the two cases.
CBM;transportation method;pipeline;LNG;CNG
张炳俊,助理工程师,现就职于中石化华东分公司石油工程技术研究院,从事煤层气地面工程规划与研究工作。
(责任编辑 刘 馨)