液化天然氣(LNG)瓶組供氣技術(shù)應(yīng)用及管理研究

上海市浦東新區(qū)公用事業(yè)管理署 陸志平

液化天然氣(LNG)瓶組供氣技術(shù)應(yīng)用及管理研究

上海市浦東新區(qū)公用事業(yè)管理署 陸志平

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及生活條件的改善，農(nóng)村燃?xì)夤芫W(wǎng)未達(dá)地區(qū)居民迫切希望早日用上更為方便、經(jīng)濟(jì)的天然氣。文章以浦東新區(qū)張江鎮(zhèn)環(huán)東村為樣本，以解決供需矛盾為方向，引入液化天然氣(LNG)瓶組供氣這樣一種方式，并對其應(yīng)用技術(shù)及后續(xù)管理情況進(jìn)行分析和研究。

液化天然氣 瓶組供氣 管理 建議

0 前言

受本市天然氣發(fā)展政策及管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀的制約，上海農(nóng)村大部分地區(qū)采用瓶裝液化石油氣(LPG)作為氣源。

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及生活條件的改善，廣大農(nóng)村地區(qū)居民迫切希望早日用上更為方便、經(jīng)濟(jì)的天然氣。僅在浦東原南匯地區(qū)，市政管網(wǎng)未達(dá)到而迫切需要配套天然氣的農(nóng)民成片集中住宅面積超過350萬m2。如何解決好天然氣管網(wǎng)短期內(nèi)無法覆蓋農(nóng)村化地區(qū)而當(dāng)?shù)鼐用裼制惹邢Ｍ缛沼蒙咸烊粴膺@對矛盾，是擺在當(dāng)?shù)卣貏e是燃?xì)夤芾聿块T面前的一個現(xiàn)實問題。

本文按照上海市委八屆九次會議通過的《關(guān)于推進(jìn)社會主義新郊區(qū)新農(nóng)村建設(shè)的決議》精神，以浦東新區(qū)張江鎮(zhèn)環(huán)東村為樣本，以解決上述矛盾為方向，引入液化天然氣(LNG)瓶組供氣這樣一種方式，并對其應(yīng)用技術(shù)及后續(xù)管理情況進(jìn)行分析和研究。

1 環(huán)東村用氣現(xiàn)狀分析

1.1 環(huán)東村簡要情況

浦東新區(qū)張江鎮(zhèn)環(huán)東村是當(dāng)代社會主義新農(nóng)村建設(shè)的樣板，1996年8月由原來的三灶村、四灶村、橋弄村合并成立環(huán)東村，是當(dāng)年上海市的5個中心村試點之一。環(huán)東村東臨川沙鎮(zhèn)，西靠外環(huán)線，北至川楊河，南與黃樓欄桿村接壤，全村區(qū)域總面積為3.9 km2，現(xiàn)有22個村民小組，55個自然宅，總戶數(shù)約1 400戶，總?cè)丝? 700余人。

環(huán)東村由南往北依次劃分為農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)、生活居住區(qū)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展區(qū)。在中間生活居住區(qū)已建成616幢獨立式別墅和20幢公寓房，總戶數(shù)730戶，住房建筑面積約14萬m2。另外，在集中居住區(qū)的二期規(guī)劃住戶400~500戶，集中居住區(qū)住戶構(gòu)成見表1。

表1 環(huán)東村集中居住區(qū)構(gòu)成表

1.2 燃?xì)馐褂矛F(xiàn)狀

環(huán)東村居民目前使用的燃?xì)舛际瞧垦b液化氣(LPG)，氣源主要由環(huán)東村附近的兩個液化氣供應(yīng)站—上海百斯特能源發(fā)展公司孫橋中心站和橋弄站供應(yīng)。中心村集中生活區(qū)的1戶家庭平均每月用2瓶15 kg型液化氣。

2 LNG瓶組供氣技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 LNG瓶組供氣工藝

液化天然氣，簡稱LNG(Liquefied Natural Gas)，是指在常壓或略高于常壓(0.2~0.4 MPa)下低溫(-162℃)液化了的天然氣。它是天然氣經(jīng)過凈化(脫水、脫烴、脫酸性氣體)后，采用節(jié)流、膨脹和外加冷源制冷的工藝使甲烷變成液體而形成的。LNG體積約為其氣態(tài)體積的1/600，有利于儲存和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，因此在無法或尚未使用管輸天然氣的地區(qū)可廣泛應(yīng)用。

在LNG應(yīng)用端，通過LNG鋼瓶儲存和輸入氣源的供氣方式稱為“LNG瓶組供氣”。由于LNG瓶組氣化站靈活機(jī)動、占地面積小、配套設(shè)施簡單、投資節(jié)省，同時它拆裝方便、安裝建設(shè)快，適合中等規(guī)模用戶的氣源供應(yīng)，圖1為LNG瓶組供氣現(xiàn)場。

圖1 LNG瓶組供氣現(xiàn)場

LNG瓶組供氣工藝是用LNG鋼瓶在接收站或衛(wèi)星站內(nèi)灌裝LNG，然后運(yùn)輸?shù)絃NG瓶組供氣站內(nèi)，經(jīng)氣化、調(diào)壓、計量和加臭后直接向小區(qū)居民用戶或工業(yè)用戶供氣的一種供氣方式。瓶組供氣站內(nèi)主要設(shè)備包括：LNG瓶組、空溫式氣化器、加熱器、加臭裝置、低溫閥門、調(diào)壓器和流量計等。

2.1.1 工藝流程

將裝LNG的鋼瓶運(yùn)到站內(nèi)，連接好氣、液相管，用鋼瓶自帶的增壓器給鋼瓶增壓，利用壓差將鋼瓶中的LNG輸送到空溫式氣化器，在氣化器中LNG氣化，然后通過調(diào)壓器調(diào)至所需壓力經(jīng)加臭后送至用戶。

LNG瓶組供氣工藝與液化氣(LPG)瓶組供氣相類似，在瓶組站內(nèi)根據(jù)下游用氣量設(shè)置使用和備用兩組瓶組，當(dāng)使用側(cè)的LNG鋼瓶液位下降到規(guī)定液位時，可打開備用瓶組，并將換下的空瓶運(yùn)回LNG衛(wèi)星站灌裝。

2.1.2 LNG鋼瓶

LNG鋼瓶國內(nèi)外均有生產(chǎn)，鋼瓶的性質(zhì)和價格差別較大。以國產(chǎn)410 L的臥式低溫鋼瓶為例，說明其性能和外形特點，其參數(shù)見表2。

表2 國產(chǎn)410 L的臥式低溫鋼瓶參數(shù)

LNG鋼瓶采用內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)，用304L不銹鋼材料制作，內(nèi)層采用絕熱材料纏繞工藝，內(nèi)外層之間抽真空，最大限度降低蒸發(fā)損失。整個鋼瓶安裝在有萬向腳輪的支撐座上，普通工人1人可以完成充裝供氣作業(yè)。410 L的臥式低溫鋼瓶外形和工藝原理見圖2、圖3。

圖2 臥式低溫鋼瓶

圖3 臥式低溫鋼瓶工藝原理

2.1.3 鋼瓶的灌裝

將LNG液相進(jìn)出口閥門與LNG衛(wèi)星站低溫儲罐液相出口軟管連接，氣相閥門接至LNG站的回收氣體(BOG)管線連接軟管上。打開LNG進(jìn)出口閥門和氣相閥門，關(guān)閉其它閥門，將LNG自低溫儲罐壓入鋼瓶。充好后，關(guān)閉LNG進(jìn)出口閥門和氣相閥門，松開連接軟管，完成灌裝作業(yè)。

2.1.4 工藝特點

LNG瓶組供氣方式工藝簡單，操作安全可靠，供氣穩(wěn)定，能滿足中心村約2 000戶居民及附屬公建用戶的天然氣用氣需求。

(1)空溫式氣化器與自然蒸發(fā)加熱器BOG制作成一個組合體，便于安裝和維護(hù)管理。

(2)站內(nèi)儀表可選擇國內(nèi)成熟工廠的產(chǎn)品，儀表柜面上顯示動態(tài)溫度、壓力、流量，為減少計量誤差，出站流量計選用新型質(zhì)量流量計。

(3)站內(nèi)設(shè)置4點可燃?xì)怏w濃度報警器，配置國產(chǎn)低溫閥門。

(4)為確保設(shè)備和管線運(yùn)行安全，每組氣化器前后閥門間均裝有安全閥，防止液體氣化后管道超壓，出站溫度計設(shè)有低限報警，防止出站氣體溫度過低造成用戶點火困難或燃燒不充分。站內(nèi)設(shè)置消防噴淋滅火裝置，所有管道設(shè)備均采取靜電接地措施。

(5)根據(jù)下游用戶供氣需求波動自動調(diào)整出站流量。

2.1.5 LNG瓶組供氣的適用條件及主要對象

LNG瓶組供氣壓力范圍為0.3~0.003 MPa，可以采用中、低壓兩級供氣，可實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離輸送。LNG瓶組供氣的適用條件，一是遠(yuǎn)離城市天然氣管網(wǎng)且短期內(nèi)無法覆蓋的區(qū)域；二是用戶相對集中的居民區(qū)，供氣規(guī)模為1 000~10 000戶；三是用氣量相對較大的工商業(yè)用戶(如大型酒店)等的生活用氣，用氣量200~300 m3/d。

LNG瓶組供氣的主要對象有，一是遠(yuǎn)郊中心村居民小區(qū)；二是政府配套的廉租住房；三是集中建設(shè)的工人食堂和宿舍；四是大型酒店等商業(yè)用戶或大型工業(yè)區(qū)的生活用氣。

2.2 LNG瓶組供氣方式的技術(shù)分析

2.2.1 用氣量測算

環(huán)東村集中居住區(qū)住戶1 230戶，考慮余量，按1 500戶供氣規(guī)模進(jìn)行計算。

2.2.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

居民耗氣定額：2 092 MJ/(人·年)

戶均人口：3.3人

戶數(shù)：1 500戶

LNG熱值：38.49 MJ/m3

不均勻系數(shù)：Km=1.2，Kd=1.15，Kh=2.7

未可預(yù)見量按總用氣量的5%計算。

2.2.1.2 用氣量的平衡計算

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》，環(huán)東村的供氣規(guī)模按1 500戶測算，對燃?xì)庥脩舻脑?、日、時的燃?xì)庥昧窟M(jìn)行計算，結(jié)果見表3。

表3 環(huán)東村用氣量平衡

由上表可見，環(huán)東村按1 500戶的供氣規(guī)模，計算月平均日用氣量為928.7 m3，高峰小時用氣量167.5 m3/h。

2.2.2 鋼瓶數(shù)量的計算

《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》中有關(guān)液化天然氣瓶組氣化站的規(guī)定，“…氣瓶組儲氣容積宜按1.5倍計算月最大日供氣量確定。”LNG鋼瓶數(shù)量計算結(jié)果見表4。

表4 環(huán)東村LNG鋼瓶數(shù)量計算

若選用國產(chǎn)化的410L低溫鋼瓶，每只鋼瓶可充裝LNG折合氣態(tài)天然氣為208 m3。環(huán)東村的供氣規(guī)模按1 500戶測算，需要配備LNG鋼瓶數(shù)量8只，瓶組分為兩組，每組4只，一用一備，最大供氣量為800 m3/h，可滿足環(huán)東村1 500戶居民用氣。

2.3 LNG瓶組供氣方式的氣源保障分析

我國LNG進(jìn)口始于東南沿海地區(qū)，進(jìn)口量由2006年的69萬t增長到2011年的1 221萬t(約為178.2億m3)，占我國天然氣進(jìn)口總量的一半以上。目前，我國LNG進(jìn)口來源主要是澳大利亞、印度尼西亞、卡塔爾和馬來西亞等國，分別占進(jìn)口總量的29.8%、16.3%、19.1%和12.9%。截至2011年底，我國已經(jīng)在廣東、福建、上海、江蘇、遼寧等五個省市建成LNG接收站，目前在寧波、青島、珠海、唐山等地的接收站正在建設(shè)中。預(yù)計“十二五”期間，我國將建成新進(jìn)口LNG接收站17座，接收能力達(dá)到6 500萬t/y，2015年之前國內(nèi)液化天然氣工廠總產(chǎn)能將達(dá)到750萬t/y。

表5 我國已建成(在建)LNG接收站情況

經(jīng)過多年發(fā)展，我國LNG產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善。從上游LNG供應(yīng)商來看，中海油、中石油和中石化三大石油公司大力建設(shè)LNG接收站，壟斷了我國海上LNG的貿(mào)易和生產(chǎn)。此外，我國陸上LNG液化工廠蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出了以新疆廣匯能源等為代表的一大批陸基LNG生產(chǎn)供應(yīng)商。下游LNG分銷商有廣匯能源、中石油昆侖能源、中海油總公司、新奧能源及綠能控股集團(tuán)等國內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)。

上海液化天然氣項目(LNG)一期工程已在2009年建成投產(chǎn)，成為繼“西氣”和“東氣”之后的第三個天然氣供應(yīng)源。氣源來自馬來西亞，建設(shè)地點位于洋山深水港的中、西門堂島，由專用船碼頭、接收站和海底輸氣干線組成，規(guī)劃年接收液化天然氣600萬t。項目分兩期建設(shè)，其中一期規(guī)模為每年進(jìn)口天然氣300萬t，按氣體體積估算，約合40億m3天然氣，2009年開始供氣。

2013年，本市各類非管輸天然氣購入量約為1.2億m3，目前上海地區(qū)的LNG供應(yīng)是相當(dāng)充足的，且未來長期氣源也將得到可靠保障。

2.4 LNG瓶組供氣方式的投資分析

LNG瓶組氣化站設(shè)置在小區(qū)內(nèi)，站內(nèi)主要有瓶組庫、氣化區(qū)、計量區(qū)，值班室、大門、圍墻等。瓶組庫可放置在半露天的遮雨棚內(nèi)，氣化器和加熱器等宜露天放置，但瓶組與周圍建、構(gòu)筑物的防火間距應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范的要求。可燃?xì)怏w濃度報警和天然氣低溫報警器宜設(shè)在值班室內(nèi)。

2.4.1 投資費用測算

LNG瓶組供氣站的投資費用主要有：供氣站主體及附屬設(shè)備、中心村內(nèi)的輸配系統(tǒng)、用戶室內(nèi)立管等。參照上海萬事紅公司2014年提供的LNG瓶組供氣站投資費用，初步測算環(huán)東村供氣站的總投資費用為571.2萬元，組成明細(xì)見表6。

表6 LNG瓶組供氣投資費用表

2.4.2 資金來源

按本市當(dāng)前液化天然氣投資管理體制，LNG供氣站由燃?xì)夤景凑沼嘘P(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計和建設(shè)，供氣站主體費用由企業(yè)承擔(dān)；中心村內(nèi)街坊管及戶內(nèi)管費用按本市有關(guān)物價文件規(guī)定及行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行收取，費用主要由政府承擔(dān)。環(huán)東村LNG瓶組供氣資金籌措見表7，政府承擔(dān)部分為452.8萬元。

表7 環(huán)東村LNG瓶組供氣投資費用來源

2.4.3 LNG瓶組供氣方式的經(jīng)濟(jì)效益分析

2.4.3.1 從用戶角度，與瓶裝LPG的比較

由于LNG瓶組供氣使用的氣源是LNG，購氣運(yùn)營成本高于現(xiàn)行的管輸天然氣，但供氣用戶都是原瓶裝LPG用戶。而LNG與LPG之間，在價格上尚存在約20%的價格差，所以在售氣價格上以LPG為參考量，計算用戶的得益。

表8 LNG瓶組供氣與LPG熱價對比表

說明：2014年8月本市液化石油氣(LPG)的市場價格110元/瓶，氣態(tài)密度2.35 kg/m3。

由表8分析，與LPG相比，LNG要便宜約35%，相當(dāng)于購買1瓶110元的瓶裝LPG只需要70.8元，節(jié)省燃?xì)馐褂觅M39.2元。環(huán)東村730戶居民一年可節(jié)省燃?xì)馐褂觅M68.68萬元.

2.4.3.2 從政府投資的角度，與管輸天然氣的比較

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查后詳細(xì)測算，從政府投資的角度，LNG與管輸天然氣的投資費用比較見表9。

表9 LNG瓶組供氣與管輸天然氣的投資對比 單位：萬元

由表9可見， LNG瓶組供氣投資節(jié)省的優(yōu)勢非常明顯。

(1)從總投資費用看，LNG瓶組供氣比管輸天然氣要省1 200多萬元，投資總量約為管輸天然氣的32%；

(2)從政府出資費用看，LNG瓶組供氣約為管輸天然氣的25%，比管輸天然氣省1 300多萬元。

3 LNG瓶組供氣方式的管理分析

3.1 供氣站的日常管理與維護(hù)

由于LNG瓶組供氣系統(tǒng)一般都建設(shè)在遠(yuǎn)離管網(wǎng)的中心村居住小區(qū)內(nèi)，距離公用服務(wù)設(shè)施較遠(yuǎn)，相應(yīng)會帶來服務(wù)網(wǎng)點配置問題，因此設(shè)定LNG瓶組供應(yīng)站的功能不能停留在穩(wěn)定供氣上，還應(yīng)將燃?xì)庠O(shè)施的服務(wù)內(nèi)容拓展至供應(yīng)點，在強(qiáng)化管理職能的同時，方便用戶。

LNG瓶組供氣站的日常經(jīng)營管理的功能包括了四個方面：

(1)供氣系統(tǒng)的運(yùn)行保障；

(2)輸配系統(tǒng)的安全維護(hù)；

(3)用戶服務(wù)和安全檢查；

(4)售氣和收費系統(tǒng)運(yùn)營。

瓶組供氣站的功能確定后，工作范圍也相應(yīng)確定。雖然涉及面很廣，但具體每一項功能的工作量卻不大。在供氣站中，配置三名工作人員，分別從三個方面作分工，即：燃?xì)夥?wù)窗口功能、氣源供氣系統(tǒng)操控功能、輸配系統(tǒng)和用戶安全維護(hù)檢查功能。

3.2 LNG瓶組供氣與管輸天然氣的接口分析

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中心村供氣的管道化是本市發(fā)展的必然趨勢。從城市燃?xì)獾陌l(fā)展來看，預(yù)計未來的3~4年以后，管輸天然氣將會在新農(nóng)村尤其是類似環(huán)東村的中心村得到普及。屆時，LNG轉(zhuǎn)換管輸天然氣，從理論上看，在接口上不存在障礙。

(1)在氣源的性質(zhì)方面，由于LNG的組分、熱值與管道天然氣基本相同，兩者具有良好的互換性，用戶不需要做任何調(diào)整。

(2)在供氣管道方面，LNG的輸配系統(tǒng)和用戶室內(nèi)立管都是按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》設(shè)計和建設(shè)，只需要將管輸天然氣的中低壓調(diào)壓站輸出口與LNG調(diào)壓站的出口對接，操作起來簡單方便。

(3)在管理體制方面，LNG燃?xì)夤九c管輸天然氣公司可以采取用戶集中轉(zhuǎn)賣，或者作為“大用戶”承包的形式加以解決。

盡管LNG瓶組供氣是一種相當(dāng)成熟的工藝，但在本市的推廣卻比較緩慢。究其原因，除了行業(yè)宣傳不夠，社會知曉度、認(rèn)可度不高外，還在于LNG供氣企業(yè)與管輸天然氣企業(yè)通常不是同一單位。出于各自利益保護(hù)的需要，雙方在實際轉(zhuǎn)換時往往會產(chǎn)生摩擦，并最終影響到用戶和當(dāng)?shù)卣睦?，如原敷設(shè)管網(wǎng)的通用性、LNG供氣企業(yè)的預(yù)期收益率等等。故在實務(wù)操作中要注意以下幾點：

(1)LNG瓶組供氣的管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)有相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計、施工、監(jiān)理單位按規(guī)范實施。

(2)項目竣工驗收時應(yīng)請將來的管輸天然氣企業(yè)一同參與并認(rèn)可。

(3)當(dāng)?shù)卣畱?yīng)與LNG供氣企業(yè)及管輸天然氣企業(yè)事先商定轉(zhuǎn)換的相關(guān)事宜，包括LNG企業(yè)的最短經(jīng)營期、轉(zhuǎn)換后的供氣價格、結(jié)算方式等。

4 結(jié)論和建議

城市供氣的管道化是城市發(fā)展的必然趨勢，但當(dāng)下城市燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)尚不能與農(nóng)村化住宅開發(fā)建設(shè)同步。LNG作為城鎮(zhèn)燃?xì)獾囊环N， LNG瓶組供氣方式具有許多獨特的優(yōu)勢，在環(huán)東村等類似地區(qū)采用LNG瓶組供氣無疑是一種科學(xué)、可行的供氣方法。

(1)LNG瓶組供氣可作為環(huán)東村等類似地區(qū)在管輸天然氣建設(shè)之前的過渡供氣方式。由于今后幾年內(nèi)上海市管輸天然氣僅能供應(yīng)城市化地區(qū)的居民用氣，大部分郊區(qū)和農(nóng)村化地區(qū)，因管網(wǎng)及政策因素制約，短期內(nèi)無法順利接納管輸天然氣。利用LNG供氣即可以解決類似環(huán)東中心村這些農(nóng)村化地區(qū)利用天然氣的問題。

(2)LNG瓶組供氣技術(shù)成熟，安全可靠。近年來，我國LNG技術(shù)的發(fā)展、成功應(yīng)用的經(jīng)驗、成本的下降、安全可靠性的提高，使LNG作為燃?xì)鈿庠吹玫搅藦V泛的認(rèn)可。

(3)LNG瓶組供氣投資省，建設(shè)規(guī)模上有很大的靈活性，具有管道天然氣不可比擬的優(yōu)勢。LNG瓶組供氣的總投資費用約為管輸天然氣的30%，投資節(jié)省的優(yōu)勢非常明顯；若中心村離大管網(wǎng)更遠(yuǎn)的話，市政管和總投資費用將更高，LNG瓶組供氣的投資效益將更加明顯。

(4)發(fā)展LNG瓶組供氣有利于改善本市現(xiàn)有天然氣的投資管理體制，吸引多方資金參與天然氣的配套建設(shè)。

總之，LNG瓶組供氣可作為建設(shè)上海中心村和社會主義新農(nóng)村改善人民生活條件、解決燃?xì)馀涮追矫娴囊环N科學(xué)的、新型的手段和方法。

Research on Application and Management of the Supplying Technology of the LNG Cylinder Unit

Shanghai Municipal Pudong New Area Public Utility Management Department Lu Zhiping

With the social economic development and the improvement of living conditions, the remote areas where pipeline gas can’t be used want to use the convenient and economical natural gas. Taking Huandong Cun, Zhangjiang Town of Pudong New Area where there was no pipeline gas as a sample, the LNG cylinder unit was applied to solve the problems and its technology and management was analyzed and researched as well.

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