液化天然气在多气源供气中的作用和地位

1液化天然气在多气源供气中的作用和地位郭揆常（上海石油天然气总公司，200041）摘要：为了提高城市（区域）天然气供给的安全性，规避天然气供气波动的风险，采用多气源供气是一项重要措施。液化天然气在气质、储存、运输方面的特点，已经成为多气源供气中的一种重要气源。文章概述了液化天然气特点，对引进液化天然气，提高供气安全性以及液化天然气接收站建设进行了探讨。关键词：液化天然气特点作用供气安全性对能源世界而言，21世纪是天然气时代。天然气在21世纪世界能源供应领域中将占有重要的地位。2003年12月在卡塔尔召开的世界石油大会第二届地区会议有报告指出：预测到2025年，天然气在世界能源消费结构中的份额将上升到28％，世界天然气消费增长率2.8％，亚洲天然气消费增长率6.1%,同期世界能源消费增长率为1.9%。这些数据充分表明了天然气作为一种清洁能源的重要性。液化天然气（LNG）使天然气以液态形式存在，实现了天然气的液态储运，从而使天然气的远洋贸易成为可能，促进了全球天然气贸易的发展，因而，自20世纪60年代出现LNG以来，特别是80年代开始，随着液化成本的降低，LNG的出口量以每年8%的速度增长。2000年，世界LNG贸易量已逾亿吨。目前，LNG用量占全球燃气市场的5.6%，成为多气源供应中的重要形式。目前，随着LNG的产量不断增加，成本不断下降，它已经能够和管输天然气相竞争。不仅西方发达国家广泛使用天然气，许多发展中国家也大量进口LNG，如印度通过进口LNG，到2025年印度能源总量的28％将由天然气供应。1LNG特点液化天然气除具有天然气作为清洁、高效燃料的特点外，还由于液化天然气产业链自身特点所带来的在储存、运输、贸易等方面的不同。（1）天然气在常压下深冷到-162℃成为液态。为了避免原料气中的H2S、CO2、H2O、Hg、重烃等在低温下冻结而堵塞设备和管路，因而，在液化之前必须将这些组分脱除。表1列出了LNG生产要求原料气中最大允许杂质的含量，表2列出了我国商品天然气的质量指标，可以看出，这些杂质含量低于商品天然气的质量指标，LNG是一种高质量的天然气。表1LNG原料气质量要求杂质组分允许含量，×10-6杂质组分允许含量／mg·m－３H2O0.1总硫10～50CO250～100汞0.01COS0.1H2S3.5芳烃类1～10C5+70注：H2O、CO2、COS、芳烃为体积分数。表2我国商品天然气质量指标2项目一类二类三类高热值/MJ·m－３31.4总硫（以硫计）/mg·m－３≤100≤200≤460水露点/OC交接点压力、温度下，比最低环境温度低5OC硫化氢/mg·m－３≤6≤20≤460二氧化碳，%≤3.0≤3.0（2）LNG的产业链是一个资金庞大、技术密集的完整链系，产业链中任何一个环节的断裂都将导致其他主要环节的连锁反应。因此，产业链的每个环节必须满足其相关合同规定的义务，且各个合同必须协调一致，综合整体情况规定相关义务。图1是LNG产业链的原理流程。图1液化天然气产业链（3）LNG产业链的特点使LNG成为特殊商品，其买卖合同严格，国际贸易方式为买卖双方之间一对一的20年以上的长期照付不议合同。合同的长期性要求买卖双方共同规划，而在合同关系上可具备一定的灵活性。（4）LNG是天然气以液态形式存在，其体积仅为气态时的1/600。由于体积小，适合于用船远洋运输和贸易。形成了天然气除管道运输以外的另一种重要运输方式。经验表明，供气海上距离大于1500km或陆上距离大于3000km时，LNG运输更有竞争力。另外，天然气管道运输受点对点的限制，而LNG运输灵活，不但可以转换出售对象，还可以进行现货市场交易。弥补了天然气管道运输的不足，促进了LNG贸易的发展。（5）LNG接收站是用户的咽喉。为实现进口气源多元化，以保证用户供气可靠和经济，接收站要能接收多个LNG气源，并能通过输气管线供应多个用户，充分发挥接收站和输气管线的总体经济效益。2利用LNG，提高供气安全性随着我国经济发展和人民生活水平的提高，能源需求也逐年增长。从可持续发展考虑，清洁能源更成为能源需求之首要。而西气东输管道的建成投产，为天然气的利用提供了条件。随着经济发展，管道沿线的地区，天然气的需求将不断增长。同时，对天然气供应的安全性陆地/海上开采预处理/液化储存装船运输气化储存卸装天然气液化天然气液化天然气液化天然气液化天然气液化天然气液化天然气天然气3要求也不断提高。稳定、可靠供气，规避天然气供气波动的风险是经济发展的重要保证。（1）安全供气需要多气源保障。为确保城市（区域）供气的安全可靠，必须建立完善的天然气供应体系，而多气源供气是该体系的重要组成。欧洲成熟的天然气市场至少有三种气源，其中任何一种气源供应量最多不超过50%，且所有的气源可通过公用运输设施相连接。城市（区域）天然气主干管网规划，要建立多气源的供应体系和相互贯通的天然气网络。进口LNG作为第三气源，不仅可解决日益增长的天然气需求，必要时也可作为本地区事故情况下的应急气源。对城市供气而言，在管道供气的同时，引进LNG，具备了天然气另一种运输方式的气源，为安全可靠供气提供了多一份保障。（2）具备足够的调峰能力是城市安全供气的必要保证。随着大规模使用天然气，城市供气的调峰问题也必须解决。为了解决调峰问题，除上游提供部分季、日调峰能力外，在不具备建设地下储气库条件的地区，利用LNG气源调节灵活的特点，是解决天然气调峰问题的有效手段。一般说来，管道输送的上游气源解决下游用户的季节调峰和直供用户调峰比较现实。对于城市或地区供气的日、时调峰能力，LNG气源可以发挥其调节灵活的特点，起到相当大的作用。按照有关预测，我国城市燃气调峰能力不足是一个很大问题。以我国某市的预测数据分析，随着该市气化程度的提高，2007年民用和工业用总调峰量98.6×104m3，缺口调峰能力20.6×104m3，缺口率达20.9%，2010年缺口率上升到60.1％，2015年缺口率77.6%，2020年缺口率84.3%,这些充分说明解决城市燃气调峰能力以及LNG作为大城市调峰能源的重要性。(3)天然气战略储备是安全供气的需要。建设天然气战略储备是城市安全供气的重要措施。发达国家为保证能源供应安全都建设了完善的石油、天然气战略储备系统。国外天然气储备17~110天不等。我国大规模应用天然气刚刚开始，天然气战略储备系统还没有实质性的考虑。从长远来看，规划天然气战略储备系统工作十分必要。随着我国用气规模的不断增长，储备量也要相应增加，即战略储备必须要动态发展。按照国外天然气安全储备的情况，我国的天然气储备可采用政府与企业共同承担，以政府为主；储备规模可远近期结合，近期15天、远期30天。储备方式可以LNG或地下储气库储备。LNG储备可以充分利用国际资源，缓解石油进口压力，实现能源供应来源多样化，在国际上是普遍认同的发展模式，也完全适合中国的实际情况。3LNG接收站建设无论从为适应能源结构调整，满足可持续发展对清洁能源需求的不断增长考虑，还是从确保安全供气的需要出发，引进LNG是解决这些问题的有效措施之一。LNG工程建设必须满足天然气供给系统的总体要求，其主要功能是LNG的接收、再气化和输送。LNG接收站是LNG气源与用户管网的连接点，也是LNG工程的主要内容。对此，借鉴国外LNG接收站建设的实践经验，结合我们的实际，在规模、功能、工艺、设备、成本等方面优化比选，以期建设国际一流的LNG工程。(1)LNG作为多气源供气中的一大气源，其规模应满足城市天然气供应规划中安排的供气份额。一次规划、分期实施。一期规模适应市场近期预测，今后，按市场需求最终确定二期规模。(2)接收站的主要功能是接收、储存、再气化。要求最大程度地优化运输安排，满足客户的需求波动。尽可能降低运行成本，减少损耗。典型的LNG接收站流程见图2。4图2LNG接收站流程(3)接收站的存储能力除按正常运行所需要的周转量外，若考虑储备，还需增加一定的储存量。如对3000kt/a规模的接收站，周转储存量计算应为30×104m3，但若考虑战略储备，按储备天数还需增加一定的储存量。(4)储罐是接收站的重要设备，其选型要从投资、运行费用、环境保护等综合因素考虑。储罐结构型式有球罐、单容罐、双容罐、全容罐及膜式罐等。单容罐的外罐是普通碳钢制成，它不能承受低温的LNG，总图布置要求有较大的安全距离和地域面积，并需设置防火堤。单容罐的设计压力低，卸船气体返回需设风机。但单容罐的投资相对较低。由于其安全性相对其他形式的罐低，近年来已较少在生产厂和接收站使用。双容罐具有能耐低温的金属材料或混凝土的外罐，内筒发生泄漏时，气体会发生外泄，但液体不会外泄，其安全性较单容罐高。一般不需设置防火堤，但仍需较大的安全防护距离。其设计压力与单容罐相同，需设返回气鼓风机，造价约为单容罐的1.1倍。全容罐的结构采用9%镍钢内筒、9%镍钢或混凝土外筒和顶盖。外筒可承受内筒泄漏的LNG及其气体，不会外泄，因此，安全防护比较容易。当采用混凝土顶盖时，其设计压力可达29kPa（表压）,在卸船时可利用罐内气体自身压力将蒸发气返回LNG船，节省了蒸发气返回气鼓风机，减少了操作费用。膜式罐采用不锈钢内膜和混凝土储罐外壁，性能与全容罐相同，但它只有一个筒体。LNG储罐选型比较见表3。LNG进口蒸发气蒸发气LNGLNG高压液液态气体高压气气输出蒸发气压缩机再冷凝器高压泵LNG储罐气化器LNG船输气干线5表3LNG储罐选型比较项目单容罐双容罐(混凝土外壁)双容罐(金属外壁)全容罐(混凝土顶)全容罐(金属顶)膜式罐安全性中高高高中高占地多中中少中少技术可靠性高高高高高低结构完整性低高中高高高投资（罐及相关设备）高中高中低高操作费用中中中高中高施工周期长中中短中长施工难易度高中中中中低储罐的设置方式有地上式与地下式。地下储罐具有更好的抗震性和安全性，不会受到风荷载的影响。但地下储罐的罐底应位于地下水位以上，因此，建设前期需要进行详细的工程地质勘测工作，以决定是否可采用地下式。地下储罐的施工周期较长、投资较高。（5）接收站的接收系统主要包括码头、卸船系统。根据世界上LNG远洋运输的经验，LNG运输船的卸船时间为12h。而世界现有LNG运输船的船型规格为8×104~16.5×104m3（最大已达20×104m3）。按现有船型和今后发展预测，码头建设应按停靠大型运输船考虑。卸船系统的设置应灵活，既适应大型运输船，满足卸船时间的要求，又满足其他规格船型的要求。(6)再气化能力是LNG接收站供气能力的保证。气化能力既要满足正常供气的需要，也要适应城市天然气供给系统对接收站调峰能力的要求。为此，需要优化气化器选型，实现运行灵活、节省投资、操作费用低。LNG气化器型式有：开架式、浸没燃烧式、立式、管壳式和三元流体式气化器。广泛采用的是开架式和浸没燃烧式。开架式气化器（ORV）由一组铝合金管组成，管内是LNG，管外用海水冷却。开架式气化器投资较高，但可靠性高，操作费用低，主要消耗是海水的电耗，操作费用仅为浸没燃烧式气化器的30%，适合用作正常供气气化。浸没燃烧式气化器（SCV）是压缩空气和燃料气在气化器的燃烧室内燃烧，燃烧气通过喷嘴进入水中，将水加热。LNG通过浸没在水中的盘管，由热水加热而蒸发。该种气化器的优点是投资少、外型小、操作灵活，但突出的缺点是操作费用高，需要消耗输出气量的1.5%作为燃料，排放的尾气也易对环境造成污染。一般用作接收站的调峰和开架式气化器的备用。(7)为了降低投资、减少运行费用，需要优化接收站的工艺和设备选型。如卸船系统采用单总管还是双总管、蒸发气返回系统是否设置风机、蒸发气压缩采用单机还是双机、冷循环系统流程的优化等等。总之，LNG可以作为一种清洁能源和管输天然气相竞争，对我国沿海和内地一些城市（地区）而言，LNG作为气源之一参与供气，形成互为补充的多气源供气格局，将大大提高城市天然气供应的可靠性。而LNG气源供气机动灵活的特点，将有效改善系统的调峰能力，增加天然气储备，提高城市供气的安全性和稳定性，促进和保证国民经