液化天然气资源及应用技术

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1、1液化天然气资源及应用技术液化天然气资源及应用技术一、前言一、前言随着我国“西气东输”工程的蓬勃开展，全国性的天然气利用热已经掀起。天然气作为目前世界上最佳能源，在我国城市气源的选择中已被高度重视，大力推广天然气已成为我国的能源政策。但由于天然气长距离管道输送的工程规模大，投资高、建设周期长，短时间内长输管线难以到达大部分城市。利用高压，将天然气体积缩小约 250 倍（CNG）进行运输，然后将其降压的方式解决了部分城市的天然气气源问题。而应用超低温冷冻技术使天然气变为液态（体积缩小约600 倍） 、采用超低温保冷槽罐，通过汽车、火车、轮船等方式远距离输送天然气、然后经超低温保冷储罐储存、再气化

2、的 LNG 供气方式与 CNG 方式相比，输送效率更高，安全可靠性能更强，能够更好的解决城市天然气气源问题。目前，国家正在大力推广使用这一先进技术，并拟在我国沿海兴建大型的 LNG 码头，大量进口 LNG。通达能源股份有限公司利用这一方式先后在广东、江西、江苏、浙江的中小城市投资建设城市天然气设施，并已成功投产运行，同时在建的城市 LNG 项目还有多个。随着我国 LNG 气源的增多，可以预测，不久的将来 LNG 这一新的供气方式将会成为城市燃气化的首选途径，使用这种供气方式的城市将会迅猛增加。二、二、LNGLNG 在我国的资源与利用在我国的资源与利用LNG（Liquefied Natural

3、Gas） ，即液化天然气，是天然气的液态形式，它充分利用了天然气在常压、-162下液化，体积缩小约 600 倍的性质，为天然气的高效输送提供了新的途径，也扩大了天然气的利用领域。1、我国、我国 LNG 的资源的资源目前，我国 LNG 生产厂家不多。中原油田中原油田的天然气液化工厂一期工程已于 2001 年10 月份投产，规模为每天液化天然气 LNG30 万 Nm3/日，二期达到 50 万 Nm3/日，最终规模达到 150 万 Nm3/日；上海浦东上海浦东的天然气液化工厂天然气液化能力为 2 万 Nm3/日，主要用作调峰备用气源；新疆广汇集团新疆广汇集团目前在吐哈油田兴建大型天然气液化工厂，一期

4、投资约6 亿元人民币，预计于 2003 年底建成投产。初期天然气液化能力为 150 万 Nm3/日，最终规模达 900 万 Nm3/日，将成为我国最大的 LNG 生产基地。同时，国家根据地域分布和能源资源供需情况，在经济发达的东南沿海地区积极开展进口 LNG 的接收与利用工作。第一个试点深圳大鹏湾深圳大鹏湾码头工程于 2003 年动工建设，已与澳大利亚 ALNG 集团签定供气协议，每年接收 300 万吨的 LNG，码头将在 2006 年 6 月投入商业运营。福建湄州湾福建湄州湾进口 LNG 项目已与印尼东固气田签订了为期 25 年的天然气购销合同，一期计划 2004 年开工，2007 年完工，

5、规模为 260 万吨/年。2此外，华东、山东/辽宁等进口 LNG 项目也在紧锣密鼓的进行当中。 2、我国、我国 LNG 的利用的利用LNG 的主要用途有：作为清洁燃料气化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。作代用汽车燃料使用。可以证明，将天然气液化并以液态储运是使它在运输燃料中应用的最经济有效的方法。作为冷源用于生产速冷食品，以及塑料，橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。作为工业气体燃料，用于玻壳厂、陶制品、瓷制品、工艺玻璃厂等。LNG 技术在我国起步较晚，但发展迅速。迄今为止，全国使用 LNG 作为气源的城市有30 多个，其中包括通达能源公司投资建设的 5 个投

6、产城市（龙川、姜堰、余姚、沭阳、九江）及在建城市。 表表 1 1：我国：我国 LNGLNG 卫星站统计表卫星站统计表广汇旗下闽清、德化、磁灶、石狮、台州、金华新奥燃气旗下蚌埠、滁州、六安、日照、新乡、义乌、衢州、海宁通达能源旗下龙川、沭阳、余姚、姜堰、九江、吉安、阳江、潮州永大燃气旗下宝阴、江阴、新长、润州、千岛湖、洛社、中石化旗下淄博、青岛、潍坊、商丘苏州燃气旗下用 LNG 增热值此外，正在筹建的城市还有多个，包括南昌、长沙等省会城市以及景德镇、肇庆、河源等拥有大型工业用户的城市。三、三、LNG 技术技术LNG 产业链包括天然气的液化（LNG 的生产） 、运输、储存、气化、供气和应用几个环节

7、。1、LNG 组成及性质组成及性质以中原油田、新疆广汇、深圳大鹏湾进口 LNG、福建湄州湾进口 LNG 为例，其组成及性质见下表。表表 2：LNG 组成及性质组成及性质气态天然气 净化分离 冷冻处理 LNG LNG 运输保温贮罐 气化升温 调压计量 量城市管网图图 1 1：LNGLNG 工艺流程示意图工艺流程示意图3参数参数中原油田中原油田新疆广汇新疆广汇深圳大鹏湾深圳大鹏湾甲烷95.857%91.46%91.46%乙烷2.936%4.7%4.7%丙烷0.733%2.59%2.59%氮0.085%0.09%0.09%组份其他0.389%1.16%1.16%分子量16.8519.5817.918

8、低热值37.48MJ/Nm3 (9000Kcal/Nm3)42.42 MJ/Nm3 (10100Kcal/Nm3)39.67 MJ/Nm3 (9477Kcal/Nm3) 热值 高热值41.49MJ/Nm3 (9900Kcal/Nm3)46.76MJ/Nm3 (11100Kcal/Nm3)49.47 MJ/Nm3 (11818Kcal/Nm3 )气态0.772 kg/m30.872 kg/m30.802kg/m3密度液态447.0 kg/m3430460kg/m3456.5 kg/m3华白指数（W）54.43MJ/Nm356.91 MJ/Nm355.6燃烧势（Cp）45.1842.4141.2天

9、然气类别12T13T13T2、LNG 的运输的运输 运输设备主要有 LNG 槽船、LNG 汽车槽车和 LNG 罐式集装箱。运输方式有 LNG 槽船海上运输、LNG 汽车槽车公路运输、LNG 罐市集装箱公路运输及 LNG 罐式集装箱铁路运输。1） LNG 槽船海上运输LNG 专用船海上运输始于 1964 年，主要用于国际间的 LNG 贸易。LNG 专用运输船有运量大、运距远、合同期长、安全要求高、船体结构需抗低温保护、LNG 蒸发要限量、蒸汽应回收等特点。在三十多年 LNG 船运历史过程中，已经有了 1413 个船-年的安全航行记录，总运送超过 23000 船次，交运货物 77000 万吨，运输

10、量达 19126 亿吨-海里。在这么长的营运历史过程中，仅发生过 6 次没有伤害性的事故，从未发生任何有危害性的事故，在安全航行和可靠性方面创造了令人信服的记录，令业内人士感到十分骄傲。表表 3：世界：世界 LNG 运输船队（运输船队（1995 年）年）现 有 船 舶在 建 船 舶船舶容积（立方米） 数量（艘）总容量（万立方米） 数量（艘）总容量（万立方米）小于 500001342.423.850000-10000015114.316.5大于 10000071914.116216.5合计991070.819226.82）LNG 汽车槽车公路运输4我国目前现有 LNG 运输均采用汽车槽车。单辆槽

11、车最大 LNG 水容积 37m3，LNG 运输能力 22000 Nm3气态天然气，槽车设计压力 0.8MPa，运行压力 0.3MPa。国内最远运距达 2100km（中原油田广东龙川） ，正常平均行驶速度 60km/h。整个运输过程安全、稳定。经跟车实测，运行中 LNG 槽车内的压力基本不变，短时停车上涨 0.02MPa 左右，途中安全阀无放散现象，LNG 几乎无损失。LNG 公路运输费用大概在 0.40.6 元元/Nm3.千千 km。3）LNG 罐式集装箱目前，新疆广汇集团已同铁道部、交通大学等有关部门研制火车低温集装箱槽罐运输方式及运输标准，以便更长距离、更大量的运送 LNG。该标准现已出台

12、，40 英尺样品也已研制出产并经过了路试，证实了在运动和静止状态不同路况、温度及气候下，保温性能良好。40 英尺罐式集装箱可装 37m3LNG，相当于气态天然气 22000m3左右，可用火车或汽车联运，将 LNG 直接运到各用户卫星站。一个 LNG 专列运输量为 100120 万立方气态天然气。从新疆到广东潮州约 5000km，周期 1012 天，运费不超过 1 元/Nm3。罐式集装箱的优势：（1）罐式集装箱装卸方便、灵活、可运、可储存；（2）可以方便的实现公、铁联运；（3）万一出现翻车事故，集装箱体对罐体具有一定的保护作用，并且能够尽快的将罐体与车辆分离，降低运输安全风险；（4）享受集装箱化

13、铁路运输有关优惠政策。4）LNG 运输费用由于 LNG 体积是天然气体积的 1/600，有很明显的储存和运输优势，相比之下，管道天然气（PNG）和压缩天然气（CNG）的体积与压力成反比，最大仅可达 1/250，大大小于 LNG 的液气比。同时，LNG 的运输方式灵活，可选途径多，输送距离长。下面仅以汽车槽车运输的方式与 CNG 做一比较。表表 4：LNG 与与 CNG 的运输费用比较表的运输费用比较表项目单位LNGCNG备注最大单车运量Nm3210004500运费元/Nm30.20.66按 300Km 运距计算操作费用低高3、LNG 的储存与气化的储存与气化加臭装置BOG缓冲罐高点放空管EAG

14、加热器水浴式气 化器空浴式气化器BOG加热器储罐增压器储 罐LNG槽车进入城市管网图图 2：液化天然气气化站工艺流程图：液化天然气气化站工艺流程图51）LNG 储罐储罐LNG 储罐是 LNG 卫星站的核心设备。低温 LNG 储罐的形式多样，有立式罐、卧式罐、子母罐、常压罐等，绝热方式主要有真空粉末和高层空多层绝热。LNG 储罐绝热性及密封性的好坏直接影响到 LNG 的蒸发和泄漏速度，即 LNG 的损耗速度和使用率。储罐的性能参数主要有真空度（Vaccum） 、漏率（Leakage） 、静态蒸发率（Static vaporation rate） 。作为低温容器，LNG 储罐必须满足国家及行业标准

15、中的相关技术要求。储罐的真空封结度反映储罐的真空性，但真空度随时间推移而降低；储罐的漏率影响储罐真空寿命，即储罐真空度的变化速度；静态蒸发率则能够较为直观的反映储罐在使用时的保冷性能。以一台 50m3真空粉末储罐为例说明：1）漏率 1x10-9Pa.m3/s。2）静态蒸发率 0.3%/d。一台 50m3的 LNG 储罐装满 LNG 时，在不使用的情况下，完全蒸发需要近一年的时间。2）LNG 的气化的气化 LNG 气化为吸热过程，根据热媒的不同，有海水、空温、水浴等气化方式。目前国内 LNG 气化站都采用空温式和水浴式结合的二级气化方式。空温式换热器直接利用自然空气进行换热，不需要附加能源，其气

16、化能力主要决定于换热面，因此，通常采用翅片的形式。水浴式换热器是空温式换热器的补充，只是在冬季外界温度较低，利用自然气化无法保证天然气温度的情况下才使用，在南方（如龙川）冬季气温较高，基本不需要使用。换热器的规格主要决定于高峰小时燃气流量，单台气化能力最高可达 3000 立方米/小时，通常要考虑备用，可以切换使用。气化站中的储罐增压器、BOG 加热器、EAG 加热器等设备也采用空温式换热器。3）LNG 的预冷与进液的预冷与进液LNG 气化站设备、管道施工完成后，由于超低温及 LNG 特殊要求，在正式投产之前，必须采用中间介质进行低温预冷，经过预冷检验调试合格后方可接收 LNG，其过程也是对设备及工程的检验。通常采用液氮作为预冷介质。气化站内的主要设备有 LNG 储罐、BOG（蒸发气）罐、气化器、增压器、BOG 加热器、EAG（放散排空气体）加热器及相关工艺管道及管件，LNG 储罐的预冷是气化站预冷中的主要内容。在预冷及进液过程中，对温度、压力、进液速度、置换时间及操作步骤应科学安排和严格控制。防止出现局部急冷、超压、封闭管段内液体激烈气