LNG儲存與運(yùn)輸技術(shù)現(xiàn)狀分析

　　近年來液化天然氣(Liquefied natural gas，簡稱LNG)工業(yè)發(fā)展迅速，LNG供應(yīng)量穩(wěn)步增加。經(jīng)過美國能源部許可，2014年美國20個LNG出口項目獲得批準(zhǔn)。預(yù)計未來幾年內(nèi)LNG的供應(yīng)將進(jìn)一步增加。LNG工業(yè)鏈包括天然氣預(yù)處理、液化、儲存、運(yùn)輸、接收、再汽化、銷售等環(huán)節(jié)。發(fā)展液化天然氣的初衷是方便運(yùn)輸和降低天然氣運(yùn)輸成本，因此LNG的儲存與運(yùn)輸在整個LNG工業(yè)鏈中占據(jù)非常重要的地位。

　　1 LNG儲存技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　天然氣的大規(guī)模儲存可采用地下儲氣庫和LNG兩種方式。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，地下儲氣庫墊層氣量大，投資回收率低，僅為天然氣投資回收率的85%，而以LNG形式儲存回收率高達(dá)98%。我國現(xiàn)狀是小型壓力罐較多，常壓大型儲罐較少，無LNG儲氣庫。

　　1.1地下LNG儲氣庫

　　相對于地上儲氣庫來說，地下儲氣庫雖然在成本費(fèi)用、環(huán)境保護(hù)等方面具有不可比擬的優(yōu)勢，但是對于LNG來說，液化溫度為－162℃，儲庫的圍巖在這種情況下將受到低溫的影響，造成巖體破碎，導(dǎo)致LNG的大量泄漏和蒸發(fā)損失，因此在穩(wěn)定度較差的地下洞室儲存LNG會很困難。

　　到目前為止，國外也僅有少部分用不銹鋼保溫層作為LNG的密封層地面儲存槽來儲存LNG的實(shí)例。阿爾及利亞阿爾澤的地下儲氣庫利用凍土層地下洞穴來儲存LNG，仍然無法避免泄漏問題。由于無法直接在巖洞中儲存LNG，韓國通過對巖體冷卻理論的深入研究，對使用隔熱氣密襯砌系統(tǒng)地下巖洞儲存LNG技術(shù)進(jìn)行了探索研發(fā)。

　　2001年，第一座襯砌水封LNG地下巖洞庫在韓國大田試驗(yàn)成功，其結(jié)果表明地上庫和半地下庫的運(yùn)營成本遠(yuǎn)高于地下庫。而目前我國在這一方面仍處于空白。

　　1.2地下LNG儲罐

　　地下LNG儲罐內(nèi)壁及保溫層與地上儲罐基本相同，常用的儲罐內(nèi)壁材料主要為9%鎳鋼、不銹鋼或鋁合金，保溫層材料為珍珠巖和硬質(zhì)聚氨酯泡沫。外罐一般采用鋼筋混凝土壁和預(yù)應(yīng)力混凝土壁，上有碳鋼拱頂，拱頂下有上覆玻璃纖維毯保冷層的鋁質(zhì)吊頂。地下LNG儲罐具有占地少、安全性極高、儲存液體不易溢出、抗震性能強(qiáng)、耐久性等特點(diǎn)。

　　日本為全球地下LNG儲罐建造技術(shù)較為領(lǐng)先的國家，由于該國家天然氣資源稀缺，故也是最大的LNG進(jìn)口大國，有近20座儲罐在役。日本東京燃?xì)庥邢薰驹跈M濱新建的LNG基地中，采用氣浮工藝、空氣支撐技術(shù)，同時通過儲罐側(cè)壁與筒底的剛性結(jié)合方式建造儲罐，取得了良好的成效。

　　目前，日本已建成了25萬m3的地下LNG儲罐，該容量已達(dá)到世界先進(jìn)水平。地下儲罐相對于地上儲罐具有安全性高、土地利用率高等優(yōu)勢，我國在此領(lǐng)域并沒有相應(yīng)的研究成果。

　　1.3地上LNG金屬混凝土儲罐

　　根據(jù)地上LNG金屬混凝土儲罐內(nèi)壁材料的不同，通常分為預(yù)應(yīng)力混凝土型儲罐和薄膜型儲罐兩種。一般大型儲罐都采用預(yù)應(yīng)力混凝土型，外殼材料主要為預(yù)應(yīng)力混凝土，內(nèi)筒為低溫的金屬材料。薄膜型儲罐內(nèi)筒材料有殷瓦鋼和不銹鋼兩種。日本是全球建造大型LNG儲罐最多的國家，其擁有的儲罐數(shù)量占了全球LNG儲罐的62%。據(jù)報道，日本大阪煤氣公司日前在建可儲存23萬m3的LNG儲罐。

　　此外印尼、文萊和阿爾及利亞等LNG輸出國以及英、法等LNG進(jìn)口國均建有大量大型常壓LNG低溫儲罐。韓國天然氣公司建造了世界第一批最大的27萬m3的LNG儲罐。與眾多發(fā)達(dá)國家相比，我國LNG儲罐大多為中小型壓力罐，目前我國已經(jīng)具備自主設(shè)計和建造大型LNG低溫常壓儲罐的能力。

　　我國東部沿海10余個LNG接收站的儲罐容量全部為16萬m3。我國目前最大儲罐為中石油江蘇液化天然氣公司如東接收站的20萬m3全容儲罐。

　　2 LNG運(yùn)輸技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　LNG運(yùn)輸有著不同于天然氣管道運(yùn)輸?shù)木薮髢?yōu)勢，特別是在跨洋運(yùn)輸方面，主要采用LNG船運(yùn)輸。船運(yùn)LNG成本較低，僅為天然氣管道輸送的1/7左右。船運(yùn)LNG不僅能有效規(guī)避由于氣源不足鋪設(shè)管道而引起的風(fēng)險，而且天然氣通過液化前的凈化處理，含有的有害物質(zhì)更少，更有利于環(huán)保。長距離的LNG運(yùn)輸可以采用船運(yùn)和鐵路運(yùn)輸，短途則可利用LNG槽車或罐箱運(yùn)輸，以及內(nèi)河水運(yùn)，其中槽車運(yùn)輸逐漸成為公認(rèn)的相當(dāng)可靠、成本最低的LNG流運(yùn)作模式。

　　2.1槽車運(yùn)輸

　　槽車運(yùn)輸包括兩種:公路運(yùn)輸和鐵路槽車運(yùn)輸。研究表明，1000km或更短的距離為公路運(yùn)輸?shù)姆秶?，超過1000km以上則選擇鐵路油罐車更為經(jīng)濟(jì)。目前，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)已非常成熟，完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。對于單輛槽車來說，液化天然氣水容積最大，已發(fā)展到52.8m3，最大工作壓力0.7MPa，最大充裝天然氣量3.3萬m3，槽車行駛速度平均為60km/h。經(jīng)跟車測量，運(yùn)送中LNG槽車的儲罐內(nèi)壓力基本穩(wěn)定，緊急停車時壓力會上升0.02MPa左右，停車過程中安全閥無泄露，LNG無損失。

　　在安全性方面，許多LNG槽車在設(shè)計時為了提高罐容，將徑向支撐結(jié)構(gòu)放置在罐壁外，這雖然增大了罐內(nèi)儲存容積，但減小了儲存容器的穩(wěn)定程度，存在一定程度的安全隱患。

　　2.2LNG運(yùn)輸船

　　跨海船運(yùn)是LNG國際遠(yuǎn)洋貿(mào)易采用的一種主要形式?，F(xiàn)在生產(chǎn)LNG運(yùn)輸船的國家主要集中在亞洲。韓國大宇、三星以及日本三菱已成為世界主要LNG運(yùn)輸船制造商，但造船的核心技術(shù)被法國GTT等北歐公司壟斷。目前LNG運(yùn)輸船的最大容量為26萬m3。作為世界第三大LNG船制造國，我國在20世紀(jì)90年代中期才開始進(jìn)行LNG船的技術(shù)研發(fā)工作。2015年1月我國建成目前第一艘具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)且設(shè)計容量為17.5萬m3的LNG船“大力水手號”。

　　LNG船根據(jù)液貨倉系統(tǒng)不同可分為獨(dú)立型和薄膜型兩種。目前獨(dú)立B型和法國GTT公司開發(fā)的薄膜型占據(jù)整個市場，薄壁型儲罐主屏壁采用36%鎳鋼，次屏壁為36%鎳鋼或鋁箔纖維，其蒸發(fā)率可以控制在0.10～0.15%/d。由于薄膜型船的優(yōu)良性能，三星重工自主研發(fā)了在蒸發(fā)率和裝載限制要求方面具有明顯優(yōu)勢的SCA薄膜型LNG圍護(hù)系統(tǒng)。

　　由于我國政府在LNG進(jìn)口項目的規(guī)劃中明確規(guī)定，必須采用國內(nèi)運(yùn)輸?shù)腇OB貿(mào)易模式，我國僅能依靠自有的6艘LNG運(yùn)輸船承運(yùn)LNG到指定接收站，其余合同和現(xiàn)貨LNG全部依賴租賃船舶進(jìn)行承運(yùn)。我國LNG船隊運(yùn)力不足成為制約LNG貿(mào)易的重要因素之一。

　　2.3管道輸送

　　目前LNG管道只用于天然氣液化裝置和LNG的裝卸操作設(shè)施，還沒有長距離管道輸送LNG的實(shí)例。研究表明，用管道長距離輸送LNG具有技術(shù)可行性，而LNG長輸管道建設(shè)最大的問題在于，使用的材料是否在低溫條件下仍能保持良好的性能，為了防止BOG(閃蒸汽)的產(chǎn)生，必須在中間設(shè)置LNG冷泵站。

　　因此，LNG長輸管道的投資回收率初期較低，存在建設(shè)風(fēng)險。隨著海底低溫管道技術(shù)的不斷進(jìn)步，LNG的高效運(yùn)輸距離已經(jīng)達(dá)到了32km，這說明LNG長距離管輸在技術(shù)上是可行的，隨著近年來天然氣需求的不斷攀升，管道輸送成為一種趨勢。

　　2.4LNG罐箱運(yùn)輸

　　中國的小型LNG生產(chǎn)—罐箱運(yùn)輸—衛(wèi)星氣化站供應(yīng)鏈已逐漸形成，這種產(chǎn)業(yè)鏈成為世界上最大的、低成本、技術(shù)領(lǐng)先的運(yùn)作模式。LNG罐式集裝箱的運(yùn)輸方式，特別是近年來出現(xiàn)的LNG儲罐多聯(lián)運(yùn)輸，具有經(jīng)濟(jì)、靈活、穩(wěn)定的特點(diǎn)，將成為集裝箱物流和沿海LNG接收站的重要通道。

　　LNG儲罐，尤其是圓柱加方框冷保溫集裝箱，采用高真空多層絕熱，運(yùn)輸具有很大的靈活性，可以克服新開辟的天然氣市場折舊成本太高的缺陷，加快LNG的進(jìn)一步應(yīng)用。

　　3我國LNG儲存與運(yùn)輸技術(shù)面臨的一些問題

　　經(jīng)過40余年的發(fā)展，我國已建成了一條較完備的LNG產(chǎn)業(yè)鏈，滿足了天然氣高效運(yùn)輸?shù)男枰?，但同時存在諸多問題。

　　首先在LNG儲存方面，雖然我國目前具有自主承建大型儲罐的能力，但是罐內(nèi)泵和低溫閥門等部分材料和設(shè)備依賴進(jìn)口，使得LNG項目的建設(shè)成本居高不下；我國尚未頒布專門的大型低溫LNG儲罐設(shè)計與建造規(guī)范，LNG行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系也未完全建立起來，與國外存在顯著差距。同時，沒有適合國內(nèi)LNG項目建設(shè)的相關(guān)制度和標(biāo)準(zhǔn)，使得工程完全依照國際化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，沒有根據(jù)我國的地理情況和環(huán)境特征，造成不必要的建設(shè)成本;LNG儲罐建

　　設(shè)方面，升頂技術(shù)研究的欠缺成為制約儲罐大型化建設(shè)的重要因素。

　　在LNG運(yùn)輸方面，LNG船的建造、設(shè)計要求極為苛刻，我國造船業(yè)的建造模式、冶金及材料等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展水平等都是制約我國發(fā)展LNG船的因素。主要船型薄膜型專利技術(shù)被法國GTT公司壟斷，使得LNG船廠必須付出高額的專利費(fèi)，因此開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的LNG貨物圍護(hù)系統(tǒng)迫在眉睫。

　　同時我國造船效率相比韓國、日本來說較低，增加了建造的時間成本，核心部件和技術(shù)國產(chǎn)化成為我國LNG造船業(yè)面臨的主要問題。目前我國在一些LNG船用關(guān)鍵部件上僅初步實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，在LNG船液貨艙圍護(hù)系統(tǒng)方面的絕緣箱、殷瓦管及殷瓦三面體制造等進(jìn)行了相關(guān)研究，但技術(shù)并不成熟，國產(chǎn)36Ni殷瓦鋼并不符合IGC和USCG規(guī)范中E級鋼等低溫鋼的要求，已被國家發(fā)改委列入“十三五”重點(diǎn)項目。

　　4我國LNG儲存與運(yùn)輸技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　雖然全球天然氣消費(fèi)進(jìn)入疲軟期，LNG貿(mào)易卻迅猛增長。自2000年以來，LNG貿(mào)易年均增長1.3倍，增速超過管道氣;LNG貿(mào)易與管道氣貿(mào)易之比由25∶75變?yōu)?1∶69;轉(zhuǎn)口貿(mào)易也迅速增長，由歐洲流向亞太和拉美。2013年中國進(jìn)口LNG貿(mào)易量占全球的32.4%，成為第三大LNG進(jìn)口國。（2017年中國已經(jīng)超越韓國成為第二大進(jìn)口國，僅在日本之后。）

　　據(jù)英國能源咨詢公司道格拉斯－韋斯特伍德(DW)發(fā)出的報道，未來5年全球LNG行業(yè)總體呈上升趨勢，投資總量要比過去5年增加90%，預(yù)計將接近2590億美元。在當(dāng)前中國對環(huán)保問題愈加重視的情況下，LNG作為清潔能源格外受到關(guān)注。天然氣產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入前所未有的高速成長期。

　　大型LNG船建造運(yùn)營、提高運(yùn)輸裝備、浮式海上接收平臺逐漸成為發(fā)展的新趨勢。

　　(1)LNG儲罐超大型化。儲罐越大，LNG單位成本就會越低，越節(jié)省鋼材、單位投資也會減小，同時布局緊湊，總體占地面積也會變小。對新型絕熱結(jié)構(gòu)與絕熱材料的研究需要進(jìn)一步深化。

　　(2)LNG船朝著高能效、高載貨率方向發(fā)展。由DNVGL聯(lián)合現(xiàn)代重工(HHI)、GTT和船東Gaslog共同開發(fā)最先進(jìn)的新一代LNG運(yùn)輸船概念———LNGreen對外發(fā)布。該船舶概念顯著地提升了環(huán)境足跡，改善了汽化損耗率并增加了貨物裝載量。與現(xiàn)有船舶相比，該概念船能更好地適應(yīng)未來的貿(mào)易模式。

　　(3)在LNG船儲罐用材方面，低溫鋁材相比鎳合金而言更經(jīng)濟(jì)、更安全，具有優(yōu)良的低溫力學(xué)性能和抗腐蝕性，可以預(yù)見，鋁材將成為鎳鋼的最具潛能的替代材料;

　　(4)中小型LNG船近年來逐漸成為LNG船型發(fā)展的一個新趨勢，這種小型船造價低廉，適于內(nèi)陸運(yùn)輸，運(yùn)營周期短，適應(yīng)于市場需求，不過目前研究資料甚少，技術(shù)也并不成熟。

　　(5)LNG管道密相輸送工藝技術(shù)。即使管道內(nèi)運(yùn)行工況位于液相密相區(qū)，溫度控制在飽和溫度之下，操作壓力控制在飽和壓力之上，且需在管道沿線每隔一段距離設(shè)置泵站和冷泵站。

　　(6)新型海上集LNG的生產(chǎn)、儲存于一身的LNG－FPSO(浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置)技術(shù)。該設(shè)施適用于油田伴生氣的回收和邊際氣田的浮式LNG接收終端。既簡化了過程，又降低了成本，目前無實(shí)際應(yīng)用，仍有待進(jìn)一步發(fā)展。

　　(7)LNG－FSRU(浮式LNG存儲再氣化裝置)一般配備儲存和再氣化LNG的模塊裝置，因此既可作為LNG接收站具有氣化LNG的功能，又有替代陸上LNG儲罐儲存LNG的功能。使用LNG－FSRU比常規(guī)的LNG接受終端可以有效地節(jié)約技術(shù)投資，并且可以提高供氣的靈活性。

　　(8)數(shù)字化與智能化發(fā)展趨勢。我國大型LNG接收終端努力開發(fā)仿真模擬優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)LNG運(yùn)輸?shù)倪h(yuǎn)程控制可以有效地避免安全問題的出現(xiàn)，例如采用GPＲS通信技術(shù)、傳感器、射頻讀卡器等對運(yùn)輸裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

　　5結(jié)語

　　在LNG儲存方面，我國儲罐多是中小型壓力罐，大型LNG儲罐的設(shè)計、材料制造與研發(fā)等方面還無法徹底擺脫外國進(jìn)口。LNG運(yùn)輸方面，LNG槽車國產(chǎn)化已非常成熟;LNG船還需要加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，與國外水平有一定差距;LNG管道輸送技術(shù)在管材、低溫管道施工、自動控制和檢測等方面的研究工作還需進(jìn)一步深入。

　　新能源是解決環(huán)境污染的重要途徑，為了適應(yīng)社會發(fā)展的需要，LNG正在成為新的全球能源熱點(diǎn)，LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越受到人們的重視。然而LNG產(chǎn)業(yè)對我國來說仍是一個新興的行業(yè)，相關(guān)技術(shù)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還有許多不足之處。雖然中國LNG項目的建設(shè)大都是在東南沿海，但仍存在調(diào)峰能力不足、小型液化工廠布局雜亂無序等問題，有待進(jìn)一步解決。（文/張盈盈，李兆慈，丁楊，儀記敏 張國飛，中國石油大學(xué)(北京)油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室）