-LNG运输

2020/2/6LNG1第七章LNG运输液化天然气（LNG）技术2020/2/6LNG2第一节LNG的陆上运输目前，陆上LNG的输送方式主要有公路运输和铁路运输两种。(1)公路运输：目前，液化天然气罐车有30m3、40m3、45m3等几种规格，国外液化天然气罐车容积约为90m3，我国自主研制的规格为45m3的国产LNG槽车已投入使用。美国加州能源委员会报告中，容积为90m3的罐车的单程运费为1.50～3.0美元/km。(2)铁路运输：目前，铁路运输LNG的容器主要朝LNG罐式集装箱方向发展，它的结构与LNG槽车相同。但是，与LNG槽车相比，LNG罐式集装箱具有装卸灵活、尺寸适合铁路的优点，从而降低运输成本，使得铁路比公路槽车长距离输送LNG更经济。2020/2/6LNG3第一节LNG的陆上运输一、LNG汽车罐车在目前的运输中，主要使用半挂式罐车。图7.1LNG半挂式罐车2020/2/6LNG4第一节LNG的陆上运输1.罐车结构半挂式罐车主要由低温罐体与行走机构两大部分构成。图7.2LNG半挂式罐车低温罐体2020/2/6LNG5第一节LNG的陆上运输2.LNG罐车绝热方式罐车的隔热主要有真空粉末隔热、真空纤维隔热和高真空多层隔热3种方式。绝热技术日蒸发率，%/d自然升压速度，kPa/d真空粉末绝热(CF)≤0.35≤20真空纤维绝热（GB）≤0.3≤17高真空多层绝热（CD)≤0.28≤14表7-1三种绝热技术绝热性能指标比较表注：(1)日蒸发率值为环境温度20℃，压力为0.1MPa绝压时的标准值。(2)自然升压速度为环境温度50℃时，初始充装率为90％；初始压力为0.2MPa(表压)升至终了压力为0.8MPa(表压)条件下的平均值。(3)介质为LNG。2020/2/6LNG6第一节LNG的陆上运输3.LNG罐车材料选用内罐主体材料根据GB150-1998《钢制压力容器》规定，采用低温韧性优良的奥氏体不锈钢材料；外罐材料根据使用地区环境温度不同，可采用碳素钢或低合金钢；内外筒支承选用环氧玻璃钢。2020/2/6LNG7第一节LNG的陆上运输4.罐车流程及工作原理液化天然气罐车整体由汽车底盘、卧式罐体、管路系统、阀门系统、防静电装置、电气系统等组成。其中罐体是主要部分。其工作流程图如下图。V1—液相阀；V2—气相阀；V3—排气阀；V4—蒸发器阀；V5—单向阀；V6—泄压阀；V7—顶注阀；V8—溢流阀；V9—紧急切断阀；V10—上、下阀；V11—平衡阀；V12—调压阀；V13－组合双向阀；V14—取样阀；A—加排口；B—气相接口；C，D—取样口；SV1—安全阀；SV2—爆破片；SV3—外壳保险器；L—液位计；P—压力表；PB—蒸发器；Zh—阻火器图7.3LNG罐车罐体工艺流程图2020/2/6LNG8第一节LNG的陆上运输二、LNG罐式集装箱绝热方式：LNG罐式集装箱目前多采用真空多层绝热方式。材质：内筒一般为奥氏体不锈钢；外筒材质为低合金钢；内外筒之间的支撑选用耐低温且绝热性能较好的环氧玻璃钢。另外对内筒的材质选择方面，在满足强度相同的条件下，5083铝合金将比用奥氏体不锈钢减轻质量2/5，作为内筒材质具有广阔的前景。组成：LNG罐式集装箱由进排液系统、进排气系统、吹扫置换系统、仪控系统、紧急切断阀与气控系统、安全系统、抽空系统和测满分析取样系统组成。2020/2/6LNG9第一节LNG的陆上运输V1—下部进液阀V2—上部进液阀V3、V4—气体通过阀V5—三通阀V6—液相紧急切断阀V7—气相紧急切断阀V8—高真空隔离阀VV—抽空阀M1—控制气源进口阀M2—二位三通阀G1、G2—压力表阀S1—内容器安全阀S2—外容器防爆装置L1—液面计下阀L2—平衡阀L3—液面计上阀MV—测满阀E1—放空阀R—规管P1、P2—压力表LG—液面计B—控制气储气罐D—放空阻火图7.4LNG罐式集装箱流程图2020/2/6LNG10第二节LNG的海上运输LNG海上运输具有以下特点：①高风险：液化天然气的运输成本占液化天然气价格的10～30%，原油的运输成本只占10%。原因之一是液化天然气罐船需要低温绝热材料，建造费用高昂。另外，由于此类船舶的用途单一，经营上又缺乏灵活性，使液化天然气船舶的投资风险比其他种类船舶更大，一般在进行投资之前都要求掌握长期运输合同（一般在20年以上）；②运输稳定：世界液化天然气运输大多为定向造船，包船运输，航线和港口比较固定，并要求较为准确的班期，非计划性停泊较少，运费收入比较稳定，一旦进入市场运费收入比较稳定，来自外界的竞争相对较小；③竞争有序：由于世界液化天然气运输的即期市场没有出现，因此其运费主要取决于气源地的天然气价格、运输距离以及船舶的营运成本等方面，一般不会出现市场竞争无序的情况。2020/2/6LNG11第二节LNG的海上运输一、LNG运输船简介LNG船具有如下特点：液化天然气船大多设计成双层壳结构，夹层中充填惰性气体，防爆监测装置完备，而且液化气一旦渗漏即可气化，造成污染较原油、成品油要小得多。2020/2/6LNG12第二节LNG的海上运输二、LNG运输船的结构世界上得到广泛应用的形式主要有挪威的MOSS型，法国的Technigaz型和Gaz一Transport型（即GTT型）及日本研制开发的SPB型等几种。（1）MOSS型LNG船为自持式的球形罐液舱，罐体采用铝合金制成，板材的厚度按照不同的部位大致取值在30—170mm。为达到理想的保温作用，铝合金球的外表覆盖着一层厚厚的泡沫绝缘材料，同时为了保护绝缘材料，整个货舱球的最外表面是保护型金属外壳。MOSS液舱如右图所示。1一液舱;2一液舱壳体:3一保护钢罩;4一带绝热层的防溅屏壁:5一舱裙下部绝热层;6一压载水舱;7一绝热层;8一舱裙加强支承件;9一防护罩;10一滴盘图7.5MOSS型液舱2020/2/6LNG13第二节LNG的海上运输MOSS型LNG船优点：1）球型舱仅需部分次屏蔽，对绝热要求不严格。2）形状简单易于进行结构分析，由于没有内部加强材，制造技术简单。3）液面晃动效应少，不受装载限制。4）如果货泵坏了，容易对舱加压，以保证紧急卸货。5）初期投资少。MOSS型LNG船缺点：1）船舶的空间利用率低，为在低舱容积利用率的球体内装相同数量的货物，需要加大船舶尺度或提高液舱高度，而船长又是船舶费用的重要参数。2）船舶重心较其它船高，稳性差。3）球型舱上盖影响驾驶台了望，操纵困难，还可能增加保险费。今后球型液舱改进的重点将放在降低货物的蒸发率上。2020/2/6LNG14第二节LNG的海上运输（2）GTT型LNG船GTT型LNG船为薄膜围护系统的LNG船，主要由主薄膜、次薄膜、双层船壳和低温隔热层4部分所组成，GTT型的围护结构目前最先进的是GTN096和TGZMarkⅢ两种形式，其薄膜内均会受到静应力、动应力和热应力的作用影响。图7.6GTT型LNG船货舱的结构示意图2020/2/6LNG15第二节LNG的海上运输GTT型LNG船优点：1）由于内壁用薄膜做成，高镍钢消耗少，从而可以减轻液舱的结构重量。预冷的时间缩短。2）由于它们内壁和绝热层与船体结构连接在一起，货舱容积的利用率比自持式液舱可提高5-10%。GTT型LNG船缺点：1）结构复杂，全部液舱的薄膜和绝热装置都要进行全面实验，包括在低温条件下周期性载荷和疲劳试验。2）薄膜液舱的一些部件有时会产生裂缝。今后薄膜型液舱LNG船改进的重点将放在隔热绝缘构造上。2020/2/6LNG16第二节LNG的海上运输（3）SPB型LNG船SPB型（半薄膜型）液舱是全新半薄膜液货舱，SPB是一种由合金钢板和胶合板支持钵铝质液舱，造价也较便宜。这种液舱以聚氨脂泡沫和增强的玻璃纤维布为绝热材料，日立公司称采用SPB系统，能使大装载量的船舶长度缩短20m左右。1-部分次屏2-楔子3-内舱壳4-隔热层5-支撑图7.7SPB型棱型液舱2020/2/6LNG17第二节LNG的海上运输三、LNG船的装卸系统LNG船液货装卸系统包括岸站部分和船上部分。由管道、泵、压缩机、加热器、控制系统及各种阀门构成，这些设备均应满足相应的规范要求。图7.8LNG船舶的液货系统图2020/2/6LNG18第二节LNG的海上运输（1）卸货泵LNG船的全部卸货泵一般采用深井泵和浸没式泵。每个液货舱必须配备两台完全一致的深井泵作为卸货泵。（2）管道采用最简单方便、价廉的堆积绝热方法，绝热材料一般使用聚苯乙烯橡胶或聚氨基甲酸乙脂泡沫。LNG船液货装卸系统由两条跨接输液管和一条货物回气管组成，以便与岸上输液系统相一致。（3）阀门液化气船货物管路上的阀门一般是截断阀、球阀、闸阀等。这些阀门有些是手动的，也有些是用气压或者液压驱动的；有些可以现场操作或遥控操作。且所有阀门均是耐火的。2020/2/6LNG19第二节LNG的海上运输(4)蒸发气压缩机LNG船上有两种压缩机：一种是低容量压缩机，用于航行时将蒸发气供给锅炉作燃料，或将蒸发气排至再液化装置再液化，一般要求配备两台；另一种是高容量压缩机，用于卸货时将蒸发气排至回气管，到岸上再液化。(5)空气加热器航行时，当蒸发气用作燃料时，需将低容量压缩机排出的气体用空气加热器加热至常温。(6)控制系统用惰性气源远距离控制各种阀门操作，液位控制输液流量以及关闭所有设备。(7)装载作业1）已经驱气船舶的装载。在装入液化气蒸汽前，已经驱气的货舱必须先惰化。一般用惰性气体置换掉体积分数75%的空气即可。由于蒸汽比空气重，应从下部分充入货舱，惰性气体和惰性气体与蒸汽的混合物则从顶部排出。有时可由岸上供应蒸汽或液货蒸发产生蒸汽，排出的气体可排到岸上烧掉或导入其他适当的货舱。2）未经驱气船舶的装载。若船舶未经驱气直接驶往装货港，则货舱内仍保留了液体和蒸汽。在途中就可充气循环降低货舱温度，抵达装货港就可进行装载作业。2020/2/6LNG20第二节LNG的海上运输（8）卸载作业抵达卸货港前，甲板上的液体管线必须逐渐预冷。LNG装卸码头（装卸臂）2020/2/6LNG21第三节LNG的管道输送文莱有一条LNG海底低温管道，有效运输距离为32km。日本将建一条从新岛至仙台的LNG管道，直径24in，全长约358km，大约要用35000t钢管，估计耗资约600~700亿日元。2020/2/6LNG22一、管道输送工艺1.LNG密相输送工艺LNG管道输送采用“从泵到泵”的密闭输送系统。P0T0Q首站P0RT0RP0ZT0Z中间站P1RT1RP2RT2RP1ZT1ZL0L1Ln热力计算模块中间站末站Pn-1ZTn-1ZPnRTnR中间站PnZTnZLNG管道输送系统第三节LNG的管道输送2020/2/6LNG23第三节LNG的管道输送2.LNG的冷态输送工艺在进口站将液化天然气送入管道，在管道中的液化天然气吸收外界传入的热量后，逐步蒸发而使管内压力增加，以此推动液化天然气向前推进。这个方法的特点是：(1)节约中间加压站；(2)降低了绝热保温的要求；(3)把液化设备集中首站；(4)终点站是低温气体。冷态输送费用比液态输送高三分之一，比气态输送低60%。2020/2/6LNG24第三节LNG的管道输送二、LNG输送管道材质的选择对于输送LNG这样的低温产品，既可采用柔性软管，也可采用刚性管道。前者由于花费高和绝热的局限性，仅限于应用于短距离的装载和卸载，而较长距离的输送则应采用刚性管道。要实现刚性管道在低温“密相区”工况下运行，管道材质的选择十分关键。2020/2/6LNG25第三节LNG的管道输送材料最低使用温度（℃）极限抗拉强度（MPa）0.2%残余屈服强度（MPa）却贝冲击强度（Joules）Ni钢2.25%-73448241793.5%-1016895171309%-19679362164奥氏体不锈钢304-254586262156304L-25455225581316-198600262——316L-196586262——347-25462146981表7-2部分低温管材的机械和物理性能二、LNG输送管道