我国液化天然气 (LNG) 铁路运输 区域通道设计研究

张 辉，吕志昕，陈志先

(1. 中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2. 中国铁路沈阳局集团有限公司货运部，辽宁 沈阳 110001；3. 中国铁路南宁局集团有限公司 货运部，广西 南宁 530029)

液化天然气(LNG)是气态天然气通过降温、加压后液化形成的深冷液体，标态沸点-162℃，液体的体积为同质量气体体积的1/625，2.1类易燃气体，铁危编号21008，属铁路禁止运输品类[1]。作为一种清洁、高效的能源，LNG在城镇供暖清洁燃料、交通工具用燃料、工业气体燃料以及发电燃料等领域得到广泛应用，已经成为国家能源战略调整的重要方向。受环保政策、城市燃气和工业领域煤改气等因素的影响，近年来LNG需求量迅速增加，LNG运输能力已经成为制约其推广应用的关键因素。目前我国LNG铁路运输尚处于空白，铁路作为一种安全、经济、稳定的运输方式，如果能参与LNG运输，可以为国家能源结构调整战略提供有利支撑。

1 我国LNG陆上运输方式比较分析

目前我国LNG陆上运输方式包括管道运输、公路运输2种。管道运输是将天然气液化成LNG液体进行长距离管道输送，为防止液体气化，需要采用密相输送工艺，管道内实现液体单相流动，管道沿线每隔一定距离需要建设LNG加压泵站和冷却站[2]。除管道运输外，LNG还可以采用公路槽车运输，经济运输半径为500 ～ 800 km以内[2]，是目前我国LNG主要陆上运输方式。目前只有日本、美国、俄罗斯少数国家开展LNG铁路运输业务[3]，我国还尚未开展LNG铁路运输业务。而铁路适于长距离、大宗货物运输，是LNG潜在的陆上运输方式。LNG陆上运输方式优缺点比较分析如表1所示。

表1 LNG陆上运输方式优缺点比较分析Tab.1 Comparative analysis of advantages and disadvantages of LnG transportation by land

我国已经建成投产西气东输的忠武线、陕京一线、陕京二线等较大的输气管道，这些大的输气工程虽然解决了沿线地区的部分用气，但对于很多中小城镇、独立的工业项目、汽车用气等还有相当大的缺口。LNG公路运输不仅运输能力和运输半径有限，还受天气、运输车辆、径路、里程、安全管控等方面制约，运输成本高，特别在雨雪、大雾等恶劣天气影响下，保供能力差，事故多发，而且传统公路运输车辆存储时间较短，无法长时间、大量运输及储存[4]。因此，在管道气增量有限、管线建设周期长、公路运输能力有限的情况下，运输能力已经成为制约LNG运输的关键因素。由于铁路运输尤其是在冬季，不会因为冰雪道路等原因影响运输，运输安全性和供给保障性相对较高，还可以发挥铁路运输半径大、网络完善的优势，形成LNG铁路运输网，解决LNG运输瓶颈问题，有利于全国范围内调配LNG，将资源优势转化为经济优势[5]。

2 我国LNG供需区域分布

2.1 供给区域分布

我国LNG供给来源主要包括进口LNG和国产LNG。进口LNG是通过分布在沿海地区的接收站卸载船运LNG，目前我国已经建成20余座LNG接收站，主要分布在广东、山东、福建和浙江沿海地区，年接收能力6 765万t[6]。2018年我国通过沿海接收站进口LNG约5 400万t，占我国天然气进口量的59%，成为全球第一大天然气进口国，通过接收站进口的LNG大部分经气化后直接进入管网，其余约1 388万t通过公路运输进行销售[6]。我国天然气气源主要来自塔里木盆地、柴达木盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地等，2018年天然气产量为1 576亿m3，其中156亿m3天然气经工厂生产成1 100万t LNG进行销售，主要集中在新疆、内蒙古、陕西和四川[7]。

2.2 需求区域分布

天然气广泛应用于居民生活、工商业、发电、交通运输、分布式能源等多个领域。2018年，我国天然气消费结构为:工业燃料38.2%、城市燃气32.5%、天然气发电14.7%、天然气化工14.6%[7]，消费呈现出地域不均衡现象，环渤海、长三角、东南、中南地区是天然气主要消费区域，占全国天然气消耗量的63%；八大经济区天然气消费量比例分别为环渤海经济区(21%)、长三角(17%)、东南沿海(13%)、西南地区(13%)、中南地区(11%)、中西部(10%)、西北地区(9%)、东部地区(6%)[7]。

我国天然气大部分是通过管道直接运输到消费区域，其余以LNG采用公路槽车运输。2018年，我国LNG市场消费量为2 498万t，与2017年同比增长25%，LNG消费前6名省份年消费量均超过100万t。我国LNG消费量前6位省份如表2所示[6]。

由于公路槽车运输能力和经济运输半径有限，现有公路运输并不能满足LNG的消费需求，导致很多地区LNG供应不足。据中国海洋石油集团有限公司有关机构预测，河北、江苏、浙江、山东的LNG需求量缺口约为181万～ 191万t；安徽、河南省的LNG需求量缺口约为41万～ 80万t；云南、贵州、天津、湖北、湖南、江西、北京、辽宁的LNG需求量缺口约为1万～ 40万t。我国LNG需求量仍存在较大的缺口，LNG需求区域主要集中在华北、华东和中南地区。

表2 我国LNG消费量前6位省份Tab.2 Top 6 of the largest LnG consumption provinces in China

2.3 LNG运输流向分析

我国一些区域既是LNG供给区，也是LNG消费区，在满足自需后余量运输至其他LNG需求区域。经初步估算，我国LNG主要供给区域和需求区域基本情况如表3所示。

表3 我国LNG主要供给区域和需求区域基本情况Tab.3 Major areas of the supply and demand for LnG in China

由表3可以看出，南部沿海和西北地区是主要的LNG供给区，广东省2018年LNG消费量高居全国首位，但每年广东省进口LNG比例占全国的20%[6]，除满足自需外还有余量可以供给其他区域；新疆、内蒙古、陕西等西北华北产气区域每年都可以向外供给LNG。华北、华东和华中是主要的需求区域，对于华北地区，虽然可以从天津和唐山进口LNG，但是河北中西部缺气较为严重、缺口量较大；对于华东地区，虽然山东、江苏、浙江等东部沿海接收站可以进口LNG，但仍然不能满足本地区LNG消费，存在较大的LNG需求量缺口；对于华中地区，本身既无气田又缺少接收站，只能通过其他地区供给。西南地区中四川盆地也是主要的产气区域，可以就近供给至云贵缺气地区。综上分析，我国LNG供给区域与需求区域存在地域不均衡现象，陆上运输流向主要从西北LNG生产区域和南部沿海LNG进口区域流向华东、华北、华中和西南地区，我国LNG运输流向示意图如图1所示。

3 我国LNG铁路运输区域通道设计

铁路运输区域通道是采用一条或多条铁路线连接多个区域，实现区域间旅客或货物运输的铁路运输系统的总称[8]。在LNG运输需求不断增长的情况下，LNG铁路运输区域通道设计需要考虑铁路开展LNG运输具备的运输技术条件，依据LNG铁路运输需求，提出LNG铁路运输区域通道。

3.1 运输条件分析

从载运工具、装卸作业设备及场站、应急救援技术、径路条件等方面对LNG铁路运输技术条件进行分析。

LNG铁路载运工具采用无损储运技术，无损储运时间必须满足正常铁路运输要求，其设计、制造需满足国际国内相关标准法规，并需通过铁路静强度试验、铁路冲击试验、铁路动力学试验及低温性能试验[9]，以满足铁路运输工况安全要求。按照易燃易爆危险品装卸作业要求，LNG铁路运输涉及的装卸设施设备及场站必须满足《石油天然气工程设计防火规范》(GB 50183)、《铁路危险货物办理站、专用线(专用铁路)货运安全设备设施暂行技术条件》(TJ/KH 003)等相关标准要求。另外，还应制定相应的应急预案以应对LNG铁路运输过程中可能出现的泄漏、火灾等事故。LNG铁路运输径路发到端和沿线技术条件应满足易燃易爆炸危险品运输技术要求，尽量避开客货繁忙线路。因此，需要进一步研究LNG铁路运输技术条件，在确保安全的前提下，开展相关试验研究验证LNG铁路运输技术条件。

图1 我国LNG运输流向示意图Fig.1 LNG transportation fl ow direction in China

3.2 铁路运输需求分析

根据中国海洋石油集团有限公司、中国石油天然气有限公司等LNG铁路运输需求较多的大型能源企业调研结果，能源企业具有较大的LNG铁路运输需求，LNG铁路运输主要是将LNG从沿海LNG接收站运输至华北、华中和西南地区，LNG铁路运输流向与LNG运输流向一致。能源企业迫切希望尽早实现LNG铁路运输，打通LNG公海铁多式联运。大型能源企业LNG铁路运输需求情况如表4所示。

表4 大型能源企业LNG铁路运输需求情况Tab.4 Demand for LnG railway transportation by large-scale energy enterprises

3.3 区域通道设计

LNG属于2.1类易燃易爆危险品，在备选径路选择过程中应考虑以下原则:①尽量避开客货繁忙线路，径路运输能力较大；②运行径路短、运行速度快；③优先开展长远距离运输。因此，根据我国LNG流向分析结果，结合LNG铁路运输需求和运输流向特点，假定LNG供需区域的发送端和到达端，提出我国LNG铁路运输主要运输通道和径路走向。我国LNG铁路运输通道和主要备选径路走向如表5所示，我国LNG铁路主要运输通道与径路走向示意图如图2所示。

表5 我国LNG铁路运输通道和主要备选径路走向Tab.5 LnG railway transport channels and the main alternative routes in China

由表5、图2可以看出，LNG铁路运输通道和主要备选径路，发送端为LNG供给区域(沿海进口LNG接收站和西北LNG产区)，到达端为LNG需求区域，备选径路走向与LNG运输流向一致，基本覆盖了调研的各铁路局集团公司管内和大型能源企业的LNG运输需求。第1条运输通道，可以将唐山和天津进口LNG运输至华北地区；第2条运输通道可以将西北地区国产LNG运输至华北地区；第3条运输通道可以将南部沿海进口LNG运输至华中、华北地区；第4条运输通道可以将南部沿海LNG接收站进口LNG运输至云贵地区；第5条运输通道可以将四川产气区域的LNG运输至云贵地区。我国LNG运输通道和主要备选径路可以为LNG铁路运输径路规划提供参考。

图2 我国LNG铁路主要运输通道与径路走向示意图Fig.2 Major LnG railway transport channels and the main alternative routes in China

4 结束语

随着我国能源结构调整，天然气在能源结构中的比重越来越大。在管道气增量有限、管线建设周期长、公路运输能力有限的形势下，运输能力与运输需求之间的矛盾日益严峻，已成为制约LNG市场推广的关键因素。LNG铁路运输运输半径大、网络完善，可以形成铁路运输网，有利于全国范围内调配LNG，LNG铁路运输可以与公路运输形成优势互补，以满足我国日益增长的LNG运输需求。若能开展LNG铁路运输业务，不仅可以打通LNG“公海铁”多式联运模式，还能解决西北气源远距离运输、沿海接收站配送半径范围有限等难题，扩大LNG消费市场范围。