LNG沥青混凝土拌合站应用可行性研究

宋宪辉

(辽宁省交通建设投资集团有限责任公司 沈阳市 110166)

1 背景

相比于重油和柴油等传统能源，天然气能源最大的优势就是热效率高、碳排放水平低、污染小且安全等级高。一般情况下，天然气的着火温度为657℃，密度、辛烷值、爆炸极限等技术指标均比重油和柴油优良，且比重小、易升空。因此，作为推进公路建设领域节能减排工作的有效手段，近几年以天然气为驱动能源的沥青混凝土拌合站在我国公路行业和辽宁省普通公路领域得到了逐步推广，但由于受地形条件等因素所限，辽宁省高速公路建设领域尚未开展同类设备的应用。

结合铁本高速公路创建绿色公路主体项目，我们对LNG沥青混凝土拌合站应用可行性进行了研究。通过前期调查，国内主要投入应用的大部分为管道直供式，即通过设备改造实现拌合站与原有天然气管网的直接连接。但由于受地域条件限制，管道直供式并不适合高速公路短期应用的特点，而移动式清洁能源拌合站则是研究的重点。通过研究，意在了解当前天然气能源拌合站的应用状况，总体掌握其在技术成熟性、风险性和经济性方面的实际情况，为下一阶段确定绿色拌合站在辽宁省高速公路建设领域的推广应用政策与工程实践决策提供参考。

2 技术原理分析

沥青混凝土拌合站驱动能源的调整是通过现场建设临时性LNG存储中心以及对传统重油类拌合站骨料燃烧器和沥青加热燃烧器实施改造而实现的，临时性气源中心通过局域输气管道持续供给沥青混合料生产所需能源。

图1 LNG沥青拌合站工作原理图

3 技术环保效益分析

(1)能源燃烧性能比较

天然气的燃烧热值为重油的1.2倍。

表1 能源燃烧消耗对比表

以铁本高速公路项目1个合同段为例，如更换天然气能源，可减少重油能源消耗2100t，消耗天然气能源1650t，减少能源消耗450t。

(2)环保效益比较

两种能源燃烧产生的二氧化碳温室气体和氮氧化物等污染物的水平存在较大差异。

由表2分析可知，应用天然气拌合站在建设期内消耗了清洁能源，实现能源结构的调整，且碳排放水平可降低24.8%，同时消除污染物排放，减排环保效益明显。以铁本高速公路项目1个合同段计算，可减少直接碳排放1680t。

表2 不同能源排放水平对比

4 应用案例情况

通过调研了解，全国各地多个省份开展了此项技术应用。2011年内蒙古在京藏高速公路呼包段改扩建工程中应用油气两用型的拌合站生产沥青混合料28万吨，并详细对比了天然气拌合站与重油类拌合站的生产环节，取得较好效果；2012年宁夏回族自治区的盐池至中宁高速公路实施了沥青混凝土拌合站“油改气”工程试点，并生产了近15万吨的沥青混合料，应用效果较好；2013年陕西太原西北环路面工程利用LNG天然气拌合站生产沥青混合料10万吨，应用效果良好。2013年贵州思南至剑河高速公路项目进行沥青混凝土拌合站“油改气”工程试点，改造设备为进口玛连尼4000型拌合设备，现场安置了小型液化气站，取得较好效果；2014年山东泰安市公路局对安迈进口4000型沥青混凝土拌合设备实施了“油改气”工程，并对生产过程中的污染有害气体排放指标和生产稳定性进行了实时监测，验证生产效益提升和节能减排效果均十分显著。2015年吉林省鹤大高速公路实施了沥青混凝土拌合站“油改气”工程试点。

结合能源价格态势情况分析可知，在前几年重油、柴油价格持续高位的情况下，全国各地公路建设领域纷纷推动天然气能源拌合站建设，并取得较好的应用效果，天然能源在生产稳定性、环保、经济效益等方面的优势得到了充分发挥。

5 LNG拌合站的建设方式

实现LNG供应沥青拌合站主要包括现场临时气源中心建设与拌合机械新购或改造。

5.1 气源中心建设

气源中心建设内容有两种方案：

第一种方案是仅安装调压设备，供气以槽车轮换供应方式实现，现场不设置临时LNG低温储罐。这种方案最大的问题是受槽车容积限制(一般为50m3)，倒换次数较建站模式多一倍，且存在一定的安全隐患，对能源供应方和用户可能造成不利影响。

第二种方案是建设LNG卫星站，现场设置全套LNG低温储罐、调压、加臭、气化器等装备。此方案较第一种方案安全性高，供给保障性更好，但造价高出50万元，且需要按照危化品程序办理相关手续。

以铁本高速公路项目一个路面标段为例，如考虑5个月集中生产，每标段沥青混合料总量为30万吨，测算需气态天然气总量为216万立方米，折合LNG共3600m3，全线4个合同段共计需14400m3LNG，供应量较大，建议采取第二种方案。

5.2 拌和机械新购或改造

(1)新购设备

据了解，按照燃料不同分类，目前市面上供应的重油类、天然气等独立燃料类国产沥青混凝土拌和设备价格在600万元至1000万元之间不等，而油气两用型拌和设备价格要高出50～100万元。

(2)原有设备改造安装

由施工企业自行完成。为实现驱动能源转换，需要对设备部分组成构件进行改造，主要有以下几个部件：

①干燥加热滚筒系统(燃烧器)

需将燃烧器改造或更换为油气两用型燃烧器，预估改造费用为30～50万元。

②沥青导热油炉系统

需将其改造或更换为油气两用型燃烧器，改造同时增加管道连接，预估改造费用为10～20万元。

图2 沥青拌合站设备

6 审批程序

按照目前国家LNG卫星站建设前需要报请相关部门审批程序，经座谈了解，目前建设程序主要包含14个步骤(其中含程序办理9项)：

(1)可研申请；

(2)工程设计；

(3)环境评价；

(4)安全评估；

(5)立项申请；

(6)规划许可申请；

(7)开工前安全生产条件审查；

(8)施工图审查；

(9)施工许可；

(10)站址选定；

(11)设备选型采购；

(12)土建施工建站；

(13)设备安装调试、人员培训；

(14)工程验收。

7 推进模式

目前推进的模式主要有两种。一种是采用施工企业自行采购设备、自选LNG供应商模式。此模式适用于市场条件较为成熟、供应商相对丰富的条件。另一种采用EPCO模式，即选择一家能源供应合作企业。能源供应商免费提供LNG卫星站建站、管道设计与施工和运营服务，同时以出售LNG能源的方式收取能源使用费用。

7.1 此类模式主要优势

(1)在框架协议保障和服务商有效协调的前提下，可有效解决前期建设面临的审批手续办理问题，可保证为施工企业使用提供稳定的气源供给，适用于短期应用，管理相对灵活。

(2)随着运营期限的不断延长，待其设备和前期投入成本实现回收后，供应的天然气价格将有0.7～1元/m3的下调，对后期辽宁省高速公路应用此类拌和设备的施工企业而言，能源使用投入将有所降低，具有一定的长期效益。

7.2 缺点

(1)企业为快速收回成本(回收期一般为4年)，对回收期内的沥青混合料生产数量提出最低要求(不低于25万吨/站)。

(2)施工单位拌合站需要配合改造，且燃料节约的费用优势需在4年后方可显现。

(3)模式无法强制执行，需通过低碳设备补贴基金方式进行引导，推广保障性不强。

8 投资与效益分析

8.1 能源使用投资

能源投资变化与天然气和重油市场价格、能源供应商设备前期投入等因素紧密相关。一般而言，能源供应商每出售1m3天然气，利润为1.3元。前期投入设备及管道铺设等工作投资总计费用约260万元。以铁本高速公路1个合同段为例，共需消耗天然气228万立方米，预计一个项目成本即可回收，相应下一个项目应用设备时燃气价格将有一定幅度下降。

(1)能源供应商收回设备投资前

表3 能源使用费比较(收回投资前)

能源使用成本折算价差为14.05元/t，每公里路面增加能源使用费12万元，每标段增加为360万元。

(2)能源供应商收回设备投资后

表4 能源使用费比较(收回投资后)

收回投资后，LNG价格将有所下调，按照每立米下调0.7元考虑，能源使用成本折算价差由14.05元/t下降至8.7元/t，每公里路面增加能源使用费7.4万元，每标段增加222万元。

8.2 总体投资

以铁本高速公路1个路面合同段(2台4000型沥青拌和设备)为例，以相对于重油类拌合站业主增加投资额为分析对象，基于EPCO管理模式下，按照新采购拌合站和旧站改造两种方案进行经济效益比较分析。

(1)方案一：新采购油气两用型沥青拌合站

本模式适用于强制性推行使用的条件，技术规范中明确提出应用具有天然气燃料功能的拌和设备，且设备供应市场较为成熟，气源供应源头众多，自身运营管理相对成熟的项目。

表5 业主增加投入费用情况(与重油站相比)

(2)方案二：改造原有沥青拌合站模式

表6 业主增加投入费用情况(与重油站相比)

从投资效益分析情况看，无论是新采购还是改造实施，在前期投资方面相差不大，且均需要给施工企业巨额的能源调差费补贴，对业主方的资金压力较大。初步测算，在初期能源设备免费使用的条件下，如重油价格持续低位，使用天然气成本明显高于重油，投资效益水平较差。如能持续推广应用，业主补贴金额将逐年减少。

9 结论

基于深入的研究分析，并结合以往各省成功应用经验综合分析来看，天然气拌合站改造技术已较为成熟，在消除有害气体、减少二氧化碳排放方面具有明显效益。但由于目前重油能源价格处于低位状况，而天然气价格则是高位态势，相比而言天然气价格劣势十分明显，推动节能减排工作将导致初始投资和能源使用成本大幅提升。由此看来，在现阶段行业鼓励推行清洁能源拌合站的背景下，暂不具备大规模强制推行的基础条件。

与此同时，对于流动临时站点设置采用天然气，在气源和供应上存在一定的不确定性，运输安全和时效性也受到地域的差异影响；虽有专业人员进行操作，但对于身处深山、条件艰苦的施工现场，一旦出现不可预期的事故，相应后续救援预案措施能力无法满足。

如需以节能减排名义推行，建议靠近城区边缘和交通便利的区域可以试探改造，远离地区不宜采用，采取“试点应用+EPC模式管理+业主差额补贴”的方式引导施工企业应用。