國(guó)內(nèi)煤層氣輸送方式現(xiàn)狀及簡(jiǎn)析

張炳俊 任魁杰 孟 良

(中石化華東分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 210031)

國(guó)內(nèi)煤層氣輸送方式現(xiàn)狀及簡(jiǎn)析

張炳俊 任魁杰 孟 良

(中石化華東分公司石油工程技術(shù)研究院，江蘇 210031)

煤層氣輸送是銜接氣田與市場(chǎng)的重要環(huán)節(jié)。在對(duì)煤層氣各種輸送方式及其技術(shù)特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了國(guó)內(nèi)已建成的煤層氣輸送系統(tǒng)。結(jié)合煤層氣生產(chǎn)特性、可依托設(shè)施、市場(chǎng)條件、氣田產(chǎn)量等因素對(duì)常見(jiàn)的煤層氣輸送方式進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)對(duì)實(shí)際案例的分析研究，確定了影響煤層氣輸送方式的關(guān)鍵因素，并提出了輸送方式優(yōu)選的步驟及建議。

煤層氣 輸送方式 管道 LNG CNG

我國(guó)常規(guī)油氣資源短缺，煤層氣儲(chǔ)量較為豐富。2006年全國(guó)煤層氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，我國(guó)煤層氣資源主要分布在鄂爾多斯、沁水和滇東黔西等8個(gè)盆地。埋深2000m以淺的煤層氣資源量約為36.81×1012m3，與國(guó)內(nèi)目前的陸上天然氣儲(chǔ)量(約38×1012m3)相當(dāng)。

和常規(guī)油氣資源相比，煤層氣具有以下特點(diǎn):

(1)常溫常壓下為氣體，流動(dòng)性好，能量密度低;

(2)氣體生產(chǎn)壓力低，一般不高于0.6MPa;

(3)單井產(chǎn)量低，部署大規(guī)模的井網(wǎng)才能形成一定產(chǎn)能。

1 煤層氣輸送方式及現(xiàn)狀

煤層氣的輸送方式有管道輸送、LNG輸送、CNG輸送、水合物輸送以及吸附輸送。作為銜接煤層氣生產(chǎn)與煤層氣消費(fèi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，煤層氣輸送方式的選擇將在很大程度上影響其生產(chǎn)和消費(fèi)的經(jīng)濟(jì)性。由于煤層氣的有利產(chǎn)區(qū)大多遠(yuǎn)離主要消費(fèi)地，根據(jù)氣田的方位、產(chǎn)量、目標(biāo)市場(chǎng)等情況，選擇合適的輸送方式對(duì)降低運(yùn)營(yíng)成本具有重要意義。

1.1 管道輸送

1.1.1 基本結(jié)構(gòu)

煤層氣主要成分為CH4，在常溫常壓下為氣體。與天然氣輸送管道類(lèi)似，煤層氣輸氣管道輸送系統(tǒng)一般包括輸氣管線、首末站、氣體增壓站、氣體分輸站、截?cái)嚅y室以及穿跨越段等。

1.1.2 主要特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

煤層氣田一般產(chǎn)量低、壓力低 (0.2～0.6MPa)，為滿足管輸要求，必須進(jìn)行多級(jí)增壓，能耗較高。和大型天然氣管道比，煤層氣管道一般運(yùn)行壓力低、運(yùn)距短。此外，煤層氣管道一般需要較成熟的目標(biāo)市場(chǎng)以及輸氣管網(wǎng)等因素依托。截至目前，國(guó)內(nèi)已建成的煤層氣管道如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有煤層氣輸送管道情況

1.2 液化 (LNG)輸送

1.2.1 原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在1個(gè)大氣壓下，溫度降至-162℃時(shí)，煤層氣由氣體轉(zhuǎn)化為無(wú)色、無(wú)味的液體 (稱(chēng)作LNG)，此狀態(tài)下LNG密度約420kg/m3。和相等質(zhì)量的氣態(tài)煤層氣相比，LNG的體積約為氣態(tài)下的1/600。體積的極大減少使得煤層氣能量密度大幅增加，這就造成在特定情況下，煤層氣以LNG形式輸送比其他方式更經(jīng)濟(jì)。常見(jiàn)的LNG輸送系統(tǒng)一般包括液化站場(chǎng) (包括預(yù)處理設(shè)備、制冷設(shè)備、換熱設(shè)備、LNG管路、LNG儲(chǔ)槽罐等)，LNG運(yùn)輸設(shè)備，LNG終端設(shè)備等。

1.2.2 主要特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

LNG輸送具有運(yùn)輸便利、安全高效、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，其可承載運(yùn)量一般小于管道輸送，但大于CNG輸送。運(yùn)營(yíng)成本方面，LNG輸送高于管道輸送，但低于CNG輸送。

從2001年中原油田引進(jìn)第一套LNG裝置以來(lái)，LNG產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。LNG關(guān)鍵設(shè)備已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，早期制約LNG發(fā)展的接收終端短缺現(xiàn)象也取得了極大改觀。國(guó)內(nèi)LNG加氣站數(shù)量已初具規(guī)模，LNG燃料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公交、長(zhǎng)途客車(chē)等交通工具。截至目前，國(guó)內(nèi)已建成的煤層氣LNG輸送系統(tǒng)如表2所示。

表2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有煤層氣LNG項(xiàng)目情況

1.3 壓縮 (CNG)輸送

1.3.1原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CNG輸送是指利用氣體的可壓縮性，通過(guò)壓縮機(jī)將煤層氣壓縮至高壓狀態(tài)儲(chǔ)存在鋼瓶中運(yùn)輸，其壓力一般為20～25MPa。在此狀態(tài)下，CNG的體積約為標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積的1/200。CNG輸送系統(tǒng)一般包括加氣母站 (包括脫水設(shè)備、脫酸氣設(shè)備、增壓設(shè)備和儲(chǔ)氣設(shè)備等)，CNG運(yùn)輸設(shè)備，CNG加氣子站(包括儲(chǔ)存設(shè)備、調(diào)壓設(shè)備和加氣設(shè)備等)等。CNG母站的處理能力一般不超過(guò)30×104m3/d，即年輸氣量不超過(guò)1.0×108m3/a。

1.3.2 主要特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀

和其他輸送方式相比，CNG輸送具有運(yùn)距短、運(yùn)量小、靈活性大、投資省、終端配套設(shè)施較為完善的特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)天然氣CNG消費(fèi)終端分布較為廣泛，許多城市都設(shè)有CNG加氣子站。煤層氣生產(chǎn)企業(yè)層面上，CNG輸送項(xiàng)目處于快速發(fā)展階段，中聯(lián)煤層氣、中石油煤層氣分公司、晉煤集團(tuán)、中石化華東分公司等企業(yè)均建有CNG加氣母站。

1.4 NGH輸送與ANG輸送

NGH(天然氣水合物)是一種由水分子空穴吸附小分子烴類(lèi)氣體而形成的籠型結(jié)晶化合物。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1m3的NGH中可充填150～170m3煤層氣。NGH制備條件較易實(shí)現(xiàn) (可在2～6MPa，0～20℃ 的條件下制備)，且水合物較穩(wěn)定，其表層分解后形成冰層包裹，保護(hù)了內(nèi)部的水合物不致分解。從理論上來(lái)講，可以通過(guò)改變平衡條件使水合物分解，然而由于現(xiàn)有技術(shù)條件限制，NGH再氣化速度較慢，水合物輸送未得到商業(yè)應(yīng)用。

ANG(吸附天然氣)技術(shù)是指在儲(chǔ)罐中裝入專(zhuān)用吸附劑，利用吸附劑巨大的比表面積和微孔結(jié)構(gòu)，在常溫、中壓 (3～4MPa)條件下實(shí)現(xiàn)煤層氣吸附儲(chǔ)存的技術(shù)。在ANG儲(chǔ)存技術(shù)中，儲(chǔ)存的煤層氣有吸附態(tài) (吸附于吸附劑中)和壓縮態(tài) (以3～4MPa壓縮在儲(chǔ)罐中)兩種狀態(tài)，此時(shí)1m3ANG含氣量約為160～180m3。然而由于吸附效率、吸附速度等因素制約，ANG輸送仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

2 輸送方式比較及實(shí)例分析

在煤層氣的管道輸送、液化輸送、壓縮輸送、水合物輸送和吸附輸送5種方式中，水合物輸送和吸附輸送由于再氣化速度、吸附效率等因素制約，未得到工業(yè)應(yīng)用。截至目前應(yīng)用最多的為管道輸送、液化輸送和壓縮輸送三種方式。通常狀況下，與這三種輸送方式相適應(yīng)的運(yùn)距和運(yùn)量依次減小。

從輸送系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)營(yíng)期來(lái)看，輸送總成本包括建設(shè)成本以及運(yùn)營(yíng)成本兩部分。在三種輸送方式中，管道輸送運(yùn)營(yíng)成本較低，建設(shè)成本較大，因此制約其總成本的關(guān)鍵因素為建設(shè)成本;對(duì)于LNG輸送和CNG輸送來(lái)講，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用占總成本較大比例，且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，該比例急劇增大。

2.1 實(shí)例一

根據(jù)規(guī)劃要將某山區(qū)氣田5×108m3/a的煤層氣外輸，已知距該區(qū)塊50km左右有天然氣銷(xiāo)售管網(wǎng)。

因輸量較大，不考慮CNG運(yùn)輸，僅做LNG輸送與管道輸送的對(duì)比。管道輸送系統(tǒng)的主要項(xiàng)目包括煤層氣處理廠、首站、煤層氣管道、末站等;LNG輸送系統(tǒng)的主要項(xiàng)目包括煤層氣處理廠、液化廠、LNG儲(chǔ)罐、LNG運(yùn)輸車(chē)等。由表3可知，在案例條件下管輸系統(tǒng)的建設(shè)投資低于LNG輸送系統(tǒng)，又因?yàn)長(zhǎng)NG輸送系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用遠(yuǎn)高于管輸系統(tǒng)，因此在運(yùn)量較大的條件下應(yīng)選擇管道輸送。

2.2 實(shí)例二

根據(jù)規(guī)劃需將某山區(qū)氣田15×104m3/d的煤層氣外輸，銷(xiāo)售市場(chǎng)距離該區(qū)塊約260km，且附近無(wú)天然氣管網(wǎng)。

因輸量較小，無(wú)管道依托，不考慮管道輸送，僅進(jìn)行LNG和CNG輸送方式的比較。兩種輸送系統(tǒng)均包括凈化設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)施、運(yùn)輸設(shè)施等。根據(jù)表4可以得知，CNG輸送的建設(shè)投資低于LNG，但運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)高于LNG。在案例給定條件下，CNG輸送總成本遠(yuǎn)高于LNG輸送總成本。

3 認(rèn)識(shí)與建議

在優(yōu)選煤層氣輸送方式時(shí)，須遵循以下步驟:

(1)選擇合適的目標(biāo)市場(chǎng)，盡量選擇在產(chǎn)地周邊地區(qū)銷(xiāo)售;

(2)及時(shí)確定可依托的管網(wǎng)、CNG、LNG終端條件，以期最大程度的利用已有資源，縮短運(yùn)距，降低投資。

表3 管道輸送與LNG輸送建設(shè)投資對(duì)比

表4 CNG輸送與LNG輸送綜合比較

(3)根據(jù)已掌握的目標(biāo)市場(chǎng)、依托條件等因素，結(jié)合氣田產(chǎn)量以及運(yùn)輸距離進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，確定合適的輸送方式。

通常情況下，對(duì)于煤層氣產(chǎn)量較大且有銷(xiāo)售管網(wǎng)依托的煤層氣田，采用管道輸送經(jīng)濟(jì)性較好;對(duì)于煤層氣產(chǎn)量適中、無(wú)管網(wǎng)依托且距離目標(biāo)市場(chǎng)較遠(yuǎn)的氣田，采用LNG輸送具有較好的經(jīng)濟(jì)性;對(duì)于運(yùn)量不大于30×104m3/d，且運(yùn)距小于150km的項(xiàng)目，應(yīng)采用CNG輸送。

［1］黃盛初，劉文革，趙國(guó)泉等.中國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)煤炭，2009，35(1):5-9.

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Current Situation and Study on CBM Transportation Methods in China

ZHANG Bingjun，REN Kuijie，MENG Liang
(Petroleum Engineering Technology Research Institute，East China Branch of SINOPEC，Jiangsu 210031)

The transportation process of CBM is an important link between CBM field and consumer market.Based on the analysis of different CBM transportation methods currently applied in China and their technical characteristics，the paper summarizes the domestic CBM transportation systems which have been constructed and compared the existing transportation methods from aspects of CBM production features，reliable facilities，market conditions，production of the CBM fields，etc.The key aspects to influence the CBM transportation methods are determined，and the corresponding measures and advices are put forward based on the analyses of the two cases.

CBM;transportation method;pipeline;LNG;CNG

張炳俊，助理工程師，現(xiàn)就職于中石化華東分公司石油工程技術(shù)研究院，從事煤層氣地面工程規(guī)劃與研究工作。

(責(zé)任編輯 劉 馨)