张 洋 曾 尧

(西华大学 汽车与交通学院 四川 成都 610039)

天然气储运技术新进展

张 洋 曾 尧

(西华大学 汽车与交通学院 四川 成都 610039)

天然气储运是天然气推广使用过程中不可或缺的重要环节，但由于在储运技术上还存在很多技术难题与挑战，目前能够利用的天然气仅仅不到储量的25%。因此，对天然气储运及相关技术进行研究具有重要意义。论文中指出了天然气储运技术对天然气大规模推广使用的重要性，介绍了天然气管道、压缩天然气、液化天然气等三种常用天然气储运方式的基本原理以及适用范围，重点综述了这几种储运方式存在的主要问题和最新研究进展，最后对每种储运技术的未来发展方向进行了相关探讨。

天然气；储运技术；新进展；内涂减阻涂料；25MpaCNG气瓶；CNG船；LNG罐式集装箱

前言

能源和环境是世界上各国都在关注的两大基本问题，在经济快速发展的我国,能源利用与环境污染之间的问题更加突出,已成为影响我国社会和经济能否实现可持续发展的关键因素。天然气是一种优质的能源与清洁化工原料，其在保护大气环境质量、支持国民经济持续健康发展、改善人民生活水平等方面发挥出了越来越重要的作用。在过去的10年里，中国天然气消费量呈现出了年均增长13%以上的态势；即使这样，天然气在中国仍有很大发展前景。目前，天然气在我国一次能源消费中所占的比例仅为5.8%，人均用气量也只有国际平均水平的三分之一，仍存在很大差距[1]。

由国务院办公厅印发的《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》提出了：十三五中国天然气发展战略，要求到2020年天然气在中国一次能源消费中的比重要提高到10%以上。但现实状况是我国用气量最为巨大的中心城市和相关工业企业都与气源相离甚远，这就需要将商品天然气安全、稳定、连续不断地输送给用户。

一、天然气储运方式

现阶段常用的天然气储运技术主要有管道储运(pipenaturalgas,PNG)、液化天然气(liquefiednaturalgas,LNG)储运、压缩天然气(compressednaturalgas,CNG)储运这三种。

(一)管道储运

PNG法作为陆上进行天然气运输和贸易的主要方式，是一种成熟的已经得到广泛应用的技术。现阶段世界上约有65%的天然气采用这种方法输送。管道储运所存在的问题在于一次性投入资金数额巨大，配套设施较多不易监控，不适用于边远零散气田等。为了解决这些问题，现在管道选线的原则普遍是将投资最低且距离最短的线路作为最佳路线；管道的铺设现多采用的是国家空间数据基础设施提供的数据，并通过卫星遥感影像和航空摄影测量获得最新的地形、地质、水文等直观环境数据，这不仅提高了测量精度，降低了成本，还大大缩短了管道建设周期，方便了后期的运行管理[2]。

与此同时，管线钢等级也快速发展，采用大口径高压输气与高强度管材组合的方式是近几年新建天然气管道的发展趋势，这样既可以减小管道壁厚，达到节约钢材的目的，同时也能降低输气成本。目前欧洲和北美天然气管道的设计压力已普遍在10MPa以上。另外长输管道的自动化控制技术水平也不断提高，由计算机和PLC(可编程逻辑控制器)组成的SCADA(数据采集与监视控制)系统以及现代通信技术的应用，有效提高了管道系统的操作智能化，使天然气长输管道系统得以科学、高效、安全、稳定地运行，目前基本实现各站场“有人值守、无人操作、远程控制”的目标[3]。

(二)CNG储运

CNG储运的技术原理是将天然气进行高度压缩至20～25MPa,再采用高压气瓶组槽车通过公路运输的一种储运方式。CNG储运技术面临储气压力过高，对储存容器的材质要求较高；瓶体自重较大且制瓶工艺复杂；单个气瓶体积不大，能量储存密度不高等诸多问题。

国际上对于压缩天然气气瓶的研究开发速度很快，气瓶制造在选材上从钢瓶慢慢向复合材料发展，如使用热塑性塑料作为气瓶的内衬，筒体的体壳部分采用玻璃纤维或碳纤维环氧树脂预浸料干法缠绕成型，瓶两端的封头采用不锈钢或铝合金材质等都大大降低了气瓶的重量。气瓶在质量上也不断推陈出新，封头与筒体粘在一起的气瓶也得到推广应用，这种气瓶整体性和封闭性更好，质地更加轻巧，更具有耐腐蚀性和强度[4]；而在体积方面，由中国河北邯郸开发区生产出的711系列CNG(压缩天然气)气瓶长管拖车于2013年成功下线，该装备的气瓶直径达711毫米，比国内外传统大容量CNG气瓶的直径多出152毫米，稳居单个气瓶容积世界第一的宝座；该长管拖车总充气量为6000标方,是全球天然气运输领域最大的CNG气瓶拖车，有效提高了压缩天然气的运输效率。

另外针对当前的LNG成熟海运方式，欧美等国提出了CNG船运方法。CNG船的天然气存储容器为保温的管束容器，对耐压的要求较高，另外需要增加压缩和冷却设备，但费用比LNG液化费用低得多；与LNG船舶对保温功能要求严格相比，CNG船舶只需在运输过程中控制好天然气的温度波动的范围即可，所以普通的运输船就可以运输天然气[5]。关于CNG船的建造方面，世界上首艘由青岛重工设计的现代化CNG运输船已于去年完工交付，该船长110米，航速14节，整个货物系统的主体是800多个钢瓶，工作压力是25MPa，可装载2230m3气体其成功实践可谓是天然气海上运输方式发生改变的重要一步,必将为CNG运输船这一船型带来更多新的市场机遇[6]。

(三)LNG储运

LNG储运方式是采用低温技术将气态的天然气冷却到-162℃使其液化,然后以液体形式进行储运的一种技术。而船运、车运和管道输送则是LNG运输采用的三种主要方式。

国际上关于LNG长输管道的工艺设计标准和方法已经有了相关标准，但是建设LNG长输管道依然十分困难。原因在于建设LNG长输管道必须采用像镍钢这种在低温条件下仍可以保持良好机械性能的材料；同时为了减少LNG运输时的不断升温气化问题，还需要使用性能良好的绝热保温材料；即便如此，长距离管道中间还需要设置LNG冷却站来巩固保温效果[7]。所以目前还没有采用低温长输管道输送LNG的实例，现有的LNG管道主要用于天然气液化厂和LNG槽车装卸设施的附属配套设备上。

相对而言LNG船运技术则不断成熟，船运作为液化天然气运输的主要方式，输送了世界上液化天然气产量的80%以上。而LNG船发展面临的主要问题是行驶过程中会出现LNG蒸发而产生BOG气体，导致LNG船的运输效率降低。对于这个问题，现采用的方法是将运输过程中产生的BOG气体收集起来与柴油混合作为运输船的燃料，而针对停靠时产生的BOG气体则是通过再液化装备液化，来以减少资源浪费。

天然气槽车运输有公路和铁路两种。液化天然气通过槽车运输将液化天然气从LNG接收站、卫星站、液化厂等地快速运送到各个使用点。随着LNG槽车的广泛使用，LNG槽车装车设施也得到了不断的应用与发展，安全可靠、简单快速、经济实用的撬装系统相继出现。目前撬装系统已经从单一的单装/单卸到装发展到了可以槽车间直接导车的三用型撬装系统。三用型撬装系统可以同时实现装车、卸车、槽车对接导车等功能，极大的满足了用户的需求，也大大的提高了LNG的装车、卸车、以及槽车导车的效率[8]。

另外，为了实现LNG资源的快速分拨，改善目前依赖LNG接收站转公路槽车再转客户的繁琐模式。同时也为了打通上下游，使国内中小批量LNG进口贸易市场规模扩大成为可能。中集安瑞科公司推出了全球首创LNG罐式集装箱“一罐到底”式海陆联运技术，成功开启了LNG在公路、铁路、水运之间无中间环节的国际联运模式。这种LNG罐式集装箱在起吊、运输和堆存时同其他集装箱相比并无明显差别，利用现有的集装箱码头就可以实现LNG的接收，不必兴建大型接收装置；海港卸货后，罐箱将被直接运送至待使用现场，并可以在现场存放数日[9]。随着多年来LNG技术的不断成熟与完善以及全球天然气消耗量的不断增加，LNG罐式集装箱技术在未来几年将有望促进全球LNG物流模式升级。

二、结论

(1)管道输送是一种成熟的已得到广泛应用的技术,适合稳定气源与稳定用户间的长期供气情况。其未来发展应继续向着高压力、高钢级、大口径，以及调度灵活、数字化控制等方向发展。同时提高管道系统的科学性、稳定性和操作的智能化，保障管道安全运行。

(2)CNG技术成熟度高、设备投资少、灵活性强,对于用户距气源及输气干线较远且用气量不大的情况尤为适用。但储气压力较高，存在较大的安全隐患，长远距离输送运行费用较大是这种储运方式的缺点。针对这些缺点我们要研发出更为先进的天然气加压运输设备，增大充装容量，降低运输成本；还要加快对CNG船的研究工作，增加CNG船的安全性和单艘船的运输量，同时为其推广应用扫除障碍。

(3)LNG输送方式虽然存在天然气液化临界温度低、技术难度大、液化成本高、建设初期成本巨大、运输和存放过程中容易产生BOG气体等不足；但储存密度大、压力低、系统安全性和可靠性比较高等优点使其广泛应用于大规模、长距离、跨海船运方面。长距离LNG低温管输仍处于研究阶段，但技术在理论上已经比较成熟，我国应自主研发自己的LNG长输工艺技术、管材生产技术等，促进LNG低温长输管道技术的快速发展。另外，LNG罐式集装箱运输和小型LNG船运在我国已进入实质发展阶段，在技术上应继续开拓创新，扩大其适用范围。

[1]周总瑛，张抗，周庆凡.中国能源消费特征与发展战略分析[J].资源产业，2001，(05)：25-27.

[2]田瑛，焦忠良，杜艳.国外天然气管道建设现状、发展趋势及启示[J].石油规划设计，2015,26(6)：5-10.

[3]王保群，林艳红，焦忠良.我国天然气管道现状与发展方向[J].国际石油经济，2013,8.

[4]白洁，宁秋红.大型碳纤维复合材料气瓶在压缩天然气储运领域中的研制与应用进展[J].中国新技术新产品，2015.06.

[5]孙志高.天然气储运技术及其应用发展前景[J].油气储运，2006,25(10)：17-21.

[6]祁斌.LNG替代者—CNG[N].中国船检，2014-11(59).

[7]冯若飞，李学新，焦光伟等.液化天然气长输管道输送技术[J].天然气与石油，2012,30(2)：8-10.

[8]吴兴楼.LNG槽车撬装系统发展与探索[J].化工管理，2015,11.

[9]崔燕.LNG运输新模式[N].中国船检，2015-3.

四川省哲学社会科学重点研究项目“四川省LNG汽车应用推广研究”(项目编号 ：W14203328)

张洋(1991-)，男，河南南阳人，助教，硕士，主要从事清洁能源汽车方向的研究。

西华大学大学生创新创业项目 (项目编号：05030177)