聚焦液化天然气及其储藏与运输

湖北十堰市车城新能源工程装备公司　李平舟

聚焦液化天然气及其储藏与运输

湖北十堰市车城新能源工程装备公司李平舟

根据液化天然气的储运特点及供应网络的基本形式，介绍了LNG的制取工艺及其供应链、LNG常见的储藏设施和LNG常见的运输方式。

液化天然气储藏运输

众所周知，在液化天然气(LNG)工业链中，LNG的储存和运输是其中的两个重要环节。无论基本负荷型LNG装置还是调峰型装置，液化后的天然气都要储存在液化站内储罐或储槽内。在卫星型液化站和LNG接收站，都有一定数量和不同规模的储存罐和储存槽。世界LNG运输主要是通过海运，LNG槽船是主要的运输工具，从LNG接收站或卫星型装置将LNG转运都需要LNG槽车。天然气易燃易爆LNG的储存温度底，对其储存设备和运输工具就提出了安全可靠、高效的严格要求。

1　LNG的储运特点及供应现状

1.1LNG的储运特点

LNG是将天然气净化、深冷液化而成的液体，体积约为其气态体积的1/600，有利于远距离的运输和储存，其温度一般为-162～-150℃，属于低温液体。LNG在运输、储存及调峰方面具有独特的优越性，其中LNG储运在整个LNG产业链从生产到销售，都是十分重要的环节。为此，LNG的储运安全是十分重要的课题。

天然气LNG液化后体积大大减少，便于运输，经济可靠。LNG的低温常压储存是在LNG的饱和蒸气压接近常压时的温度进行储存，常压下LNG的沸点在-162℃左右，LNG的储存、运输、利用都是在低温状态下进行的。低温特性除了表现在对LNG系统的设备、管道的材料要注意防止低温条件下的脆性断裂和冷收缩对设备和管路引起的危害外，也要解决系统保冷、蒸发气处理、泄漏扩散以及低温灼伤等方面的问题。当不同成分的超低温液体共同储存在同一个储罐中，由于吸热与蒸发作用，可能会形成不同密度的两层液体，此现象称为层化现象，这些液体再继续受到吸热与蒸发的运作，两个液层之间就自发地进行传质传热，同时在液层表面进行蒸发。利用专门的LNG槽车以及轮船进行长距离运输相比地下管道运输，天然气的放空损失少，投资少，风险小，适应性较强，方便可靠；LNG的储存效率较高、占地面积少；由于天然气民用季节性需求不平衡，夏用量少，冬用量多，用气厂检修或者LNG厂本身的技术改造，又或是管网出现故障等其他原因，均会造成天然气的供气不平衡，LNG的储存就起到了灵活方便、不受条件限制的负荷调节作用。

1.2LNG的供应现状

LNG的主要产地大致分布在澳大利亚、印度尼西亚、阿尔及利亚、马来西亚和文莱等地，其消费国主要有美国、日本、西班牙、法国、韩国以及我国的台湾省等。与世界LNG的应用相比，我国起步较晚，天然气工业技术相对落后，为应对日益增长的天然气需求，我国正积极打造天然气供应大网络。

2　LNG的制取工艺及其供应链

2.1LNG的制取工艺

LNG在标准大气压下降温到-162℃可以转化为液体。开采出来的天然气首先要脱水除去其他杂质，然后再经过节流、膨胀以及制冷，使甲烷液化而成的，LNG具有体积小、方便储藏的优点，它的体积仅为气态的1/600。天然气的液化工艺又包括天然气的预处理、天然气的液化及贮存、LNG的气化及其冷量的回收以及安全技术等内容。

我国已在多个气田建成了天然气液化装置，并成功投入运行。迄今为止，在天然气液化技术领域中已成熟应用的工艺有：节流制冷循环、膨胀机制冷循环、级联式制冷循环和混合冷剂制冷循环，其中级联式液化流程、混合制冷剂液化流程和带膨胀机液化流程是目前应用较多的工艺流程。级联式制冷循环具有能耗小，效率高等优点，应用天然气液化装置，其缺点在于流程复杂，各种制冷剂均需要各自的生产储存设备，给管理控制及维修都带来不便。

2.2LNG的供应链

采用LNG形式供应天然气的过程称为LNG供应链。LNG供应链主要包括天然气液化、LNG储存和运输、LNG再气化等环节。LNG再气化的目的是将LNG重新转化为气态，以便终端用户使用，再气化过程在专用蒸发器中进行。天然气液化厂(站)根据液化的目的，通常分为基本负荷型和调峰型两种。基本负荷型液化厂的任务是将天然气以液态形式运输到消费地，其特点是全年连续运行且产量比较均衡。调峰型液化厂的任务是为天然气供气系统提供一种储气调峰方式。对于一些城市，由于民用气冬用多，夏用少，或者因用气的化工厂检修及LNG厂的技术改造，甚至是输气管网发生故障等，都会造成定期或不定期的供气不平衡，而建设调峰型液化厂就能起到削峰填谷的作用。在经济上，调峰型液化厂比地面高压储气罐和地下储气库建设更节省土地、资金，而且方便、灵活，不受地质条件限制。

LNG作为城市气化调峰之用比用地下储气库有许多优点。例如：它选址不受地理位置、地质结构、距离远近和容量大小等限制，而且占地少、造价低、工期短和维修方便。在没有气田、盐穴水层的城市，难以建地下储气库，而需要设置LNG峰。这项技术在国外已比较成熟，如美国、英国和加拿大的部分地区采用LNG调峰。我国也正在引进这项技术。LNG蕴藏着大量的低温能量。

3　LNG常见的储藏设施

无论资本负荷型液化装置还是调峰型装置，液化后的天然气都要储存在液化站内的储存罐或储存槽内。在卫星型液化站和LNG接收站，都有一定数量和不同规模的储存罐和储存槽。世界LNG贸易主要是通过海运，因此LNG槽船是主要的运输工具。从LNG接收站或卫星型装置，将LNG转运都需要LNG槽车。天然气是易燃易爆的燃料，LNG的储存温度底，对其储存设备和运输工具就提出了安全可靠、高效的严格要求。

目前对于LNG的储存是常压低温储存，LNG常压储存是很多大规模存储首先考虑到的方式，它的优点就是投资相对较少，缺点就是工艺比较复杂，因为它主要是采用常压拱顶低温储罐储存LNG，储罐为平底拱盖、立式双层壁结构，外罐底板铺设在平台上，底板上铺设泡沫玻璃砖，内罐底板铺设在负荷分配板上，为了避免内槽在举升力的影响下导致底部出现变形而需要在内罐四周通过多个锚带紧固并且充干氮气保护。

LNG的储罐共分为四类：地上罐、半地下罐、地下罐和地下洞穴储罐。

地上罐最常见的为双层金属罐，即外层为碳钢外壳，内层为含镍9%的钢板，内外环形设计，充填氮气的珍珠岩绝热层；半地下罐指介于地上和地下之间的储罐。这类储罐不需要在周围建护堤，同时兼具地上和地下储罐的优点。部分半地下罐采用内罐为含镍9%的钢板，外罐混凝土的建造方式。地下罐通常采用先进的内部深挖以及泥土提升系统。通常采用高强度的混凝土填筑，钢顶为预制好的且内壁用不锈钢板。地下洞穴储罐指将LNG存储在岩石之中的地下洞穴内。LNG的储存LNG储罐(槽)LNG储罐一般可按容量、隔热、形状及罐的材料进行分类。小型储罐容量5～50 m3，常用于燃气气化站、LNG汽车加注站等；中型储罐容量50～100 m3，常用于卫星式液化装置、工业燃气气化站等；大型储罐容量100～10 000 m3，常用于小型LNG生产装置；大型储槽容量10 000～40 000 m3,常用于基本负荷和调峰型液化装置；特大型储槽容量40 000～200 000 m3，常用于LNG接受站。

深冷液体储罐储存是进行LNG储存的主要方式，液体储罐的储存条件是双壁真空粉末绝热。在正常的条件下，LNG的储存周期是4 d，每天的蒸发率在0.6%左右。目前国内的低温储罐技术进行LNG的储存已经非常成熟，这个行业不仅有能力生产大型的低温储罐，而且还有很好的效益。应当值得注意的是，在设备的先进性以及生产工艺的领先性上，国外的LNG方面具备更大的优势，值得我国学习和借鉴。

4　LNG的运输方式

LNG的运输不仅安全系数高而且相对于其他的燃料要经济实惠，由于天然气液化后，体积缩小约600倍，因此便于经济可靠地运输。LNG的运输主要有三种方式：车运、船运和管道运输。

4.1LNG的车运和船运

LNG低压泵作用将LNG压入通过冷凝器，之后再用高压泵加压送至气化器气化，气化后的天然气进入输气管道。气化器由海水泵提供海水作为热源，加热LNG，使之气化。将高、低压泵和气化器启停数量保持一致，这样做的目的是为了保证有效的调节和自动控制。主设备应该考虑增加备用设备，防止意外，保证正常工作。备用设备应注意采用相同型号类型设备，保证其兼容性。首期工程应注意控制工程造价尽可能降低造价。处理后的天然气存储后即可进行运输。

在输气运输方式的选择上来讲，主要是从运输成本上进行考虑，用LNG船代替深海和地下长距离管道，可节省大量风险性管道投资，降低运输成本。从输气经济性推算，陆上管道气在3 000 km左右运距最为经济，而运输距离超出3 500 km后，为了避免大量风险性运输管道的建设，就适合选择轮船运输的方式，能够使大量风险性管道投资有效降低，节约运输成本。LNG船建造技术的不断发展提高了LNG的运输效益，主要体现在日气化率降低及蒸发气回收利用上。目前应用的LNG船，由于大都没有再液化装置，动力燃料主要利用消耗蒸发气，而不进行回收液化。LNG船的建造可满足进口LNG运输能力的需要。

一直以来，在LNG贸易中，船舶的远洋运输为LNG的主要运输方式。其具有运量大、安全系数高、可操控性强等一系列优点，尤其近半个世纪来，造船工艺的进步以及国际航线准确规划，使得LNG的远洋运输成本大幅下降，运输能力大幅提高。随着LNG海上运输技术的不断成熟，世界LNG的贸易量占世界天然气贸易量的比例呈逐年上升的趋势。LNG海上运输特点有：高风险LNG的运输成本占LNG价格的10%～30%，原油的运输成本只占10%。原因之一是LNG罐船需要低温绝热材料，建造费用昂贵。目前，运输能力为13.8×104m3的LNG运输船造价为1.5～1.6 亿美元，比同样输送当量的油船造价高出4～5倍。另外，由于此类船舶的用途单一，经营上又缺乏灵活性，使LNG船的投资风险比其他种类船更大，一般在进行投资之前都要求掌握长期运输合同(一般在20年以上)。运输稳定世界LNG运输大多为定向造船，包船运输，航线和港口比较固定，并要求较为准确的班期，非计划性停泊较少，运费收入比较稳定，一旦进入市场运费收入比较稳定，来自外界的竞争相对较小。

火车和轮船等交通运输方式也是LNG最常见的使用工具。以我国天然气的市场分布和产量等信息分析，在500～800 km的运输半径以内，最理想的方式是采用汽车槽车运输液态天然气。用双壁真空粉末绝热技术在槽车罐体中使用，并有输液软管和操作阀安全系统的配备。而低温液体槽车则可以使用国内生产的产品，因为制造技术相对成熟产品质量可靠。

LNG的运输是不可以由个人承担的，必须是有一定安全运输资质的货运公司才可以承担运输LNG的职责，而且运输公司必须具备对于运送LNG所要求的由有关部门批准的安全运输执照才可以上路运输。在LNG运输之前，必须按照规定将天然气(常见甲烷等气体)降低温度或降压使之成为液态。在LNG运输时，必须安全操作，避免发生安全事故。

4.2LNG的管道运输

随着世界能源结构的调整，天然气占世界总能源的比例越来越大。天然气地区性贸易量也正逐年放大。LNG长距离管道问题也越来越受到人们的重视，输量的增加将有助于降低低温管道的投资费用和单位输量的运行管理费用，从而使LNG的长距离管道输送成为可能。

LNG作为液体产品进行长距离管道输送，其输送技术与原油加热输送工艺类似，管道沿线需要建设LNG加压泵站和冷却站。进入管道的是饱和LNG液体，由于管道沿线温度的影响，LNG易受热，其中一部分会被气化，使管道内形成两相流动，这不仅增大了沿线阻力，而且还会产生气体段塞流动现象，严重影响管道的输送能力和安全运行。因此，对于低温液体输送管道，特别是长距离管道，要防止液体气化，就必须实现液体单相流动。而防止LNG气化的方法需要采用密相输送工艺，即将管道的操作压力控制在临界冷凝压力之上，管道内流体温度控制在临界冷凝温度之下，使得管道运行工况位于液相密相区。此外，为降低因流动摩擦和过泵剪切引起的LNG温度升高，长距离LNG输送管道除建设加压站之外，还需要每隔一定距离设冷却站，并且将加压站和冷却站建在一起，即所谓的冷泵站，以便于施工和管理。随着低温材料和设备技术的发展，LNG长距离管道输送在技术上是可行的。

LNG输送管道的不足之处是：必须采用价格较贵的镍钢，需要采用性能良好的低温隔热材料，远距离时需增建中间冷却站。因此LNG输送管道的初期投资费用较高。

LNG管道运输方式有较大经济优势，在城市与城市之间，如果可以建立以一个完善的LNG的管道运输网，无疑可以解决LNG的长距离运输问题，并且可以提高LNG的运输速度和使用效率，可以为国内经济发展和绿色能源的高效使用带来迅猛发展的步伐。但受各地环境状况的不同和技术条件的限制，我国的LNG管道运输方式并没有广泛使用。因此，为满足国家各个城市各行各业对于LNG需求的快速发展，必须加快技术研发的步伐，尽快建立一支LNG管道运输网。由于管道低温技术以及经济、环境的差异性等原因，世界上3/4的天然气仍然采用常态的管道运输方式。随着经济的发展，科技的进步，相信在不久的将来，长距离液态天然气的管道输送终将面世。

5　结语

总之，LNG的应用范畴愈来愈广，应用量愈来愈大，发展LNG工程是当前世界能源利用的潮流，随着经济的高速发展，我国也迅速的成为了LNG的进口国，将会迅速的占领能源市场。

在进行LNG的开发利用方面，要能够充分结合大、小型区域天然气的开发利用，开发各种可用天然气资源，从而实现天然气的多元化发展，将我国利用天然气的能力提高至较高的水平。

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