國內(nèi)LNG運(yùn)輸技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

郭　旭，羅曉鐘，王榮華，王蘇淮，徐周凱，王芳云，苗　娜

(張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司，江蘇 張家港 215600)

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國內(nèi)LNG運(yùn)輸技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

郭旭，羅曉鐘，王榮華，王蘇淮，徐周凱，王芳云，苗娜

(張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司，江蘇 張家港 215600)

摘要:作為LNG工業(yè)體系中的物流環(huán)節(jié)，LNG運(yùn)輸業(yè)承上啟下，貫穿整個(gè)LNG工業(yè)體系的方方面面，并隨著LNG的需求和供應(yīng)而迅速發(fā)展。文章簡要介紹了LNG在我國的發(fā)展歷程，對(duì)我國LNG陸路運(yùn)輸、海上運(yùn)輸和管道運(yùn)輸目前所處的狀態(tài)和未來的發(fā)展方向做了扼要的分析，并對(duì)LNG運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展提出了建議和意見。

關(guān)鍵詞:LNG；槽車；罐箱；管道；船用運(yùn)輸罐；發(fā)展現(xiàn)狀

LNG起源于美國，1917年戈弗雷·卡波特獲得美國第一個(gè)有關(guān)LNG處理和運(yùn)輸?shù)膶＠?917年美國在西弗吉尼亞地區(qū)建起了世界上第一個(gè)甲烷液化工廠[1]，使得美國成為全球率先提出LNG理念并付諸實(shí)施的國家。1964年開始，LNG的液化、氣化、儲(chǔ)存和運(yùn)輸應(yīng)用進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行，截至目前已有51年的發(fā)展歷程。

早在上個(gè)世紀(jì)60年代，國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)就制定了符合我國國情的LNG發(fā)展規(guī)劃綱要，由于規(guī)劃綱要為我國LNG發(fā)展指明了方向，使得我國在60年代中期就完成了工業(yè)性試驗(yàn)。進(jìn)入90年代，中科院低溫中心聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)企業(yè)，進(jìn)一步開展了LNG應(yīng)用技術(shù)的實(shí)踐，開啟了我國LNG產(chǎn)業(yè)鏈的高速發(fā)展模式。同時(shí)，隨著我國LNG工業(yè)發(fā)展的不斷深入，通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)突破了一些關(guān)鍵技術(shù)，這標(biāo)志著在引進(jìn)國外核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)LNG應(yīng)用技術(shù)開始全面向前推進(jìn)，在此過程中既引進(jìn)大量的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)，又發(fā)展了配套產(chǎn)業(yè)，同時(shí)培養(yǎng)和鍛煉了一大批從事LNG應(yīng)用技術(shù)的人才和隊(duì)伍。1999年由法國索非公司幫助建設(shè)的我國首座LNG液化工廠在上海浦東建成，2001年11月建成我國第一臺(tái)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的中原燃?xì)庖夯b置[2]，2004年9月當(dāng)時(shí)最大的150萬m3LNG工廠在新疆率先建成投產(chǎn)。

世界上普遍認(rèn)為，LNG工業(yè)是當(dāng)代天然氣產(chǎn)業(yè)的一場革命，在近十年的時(shí)間內(nèi)，我國LNG應(yīng)用技術(shù)得到了空前發(fā)展，逐步建立起了涉及液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)浇K端使用，以及配套裝備制造各個(gè)環(huán)節(jié)具有中國特色的LNG產(chǎn)業(yè)，成為我國LNG工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要特征。

在LNG產(chǎn)業(yè)中，LNG運(yùn)輸業(yè)是LNG工業(yè)體系中的物流環(huán)節(jié)，作為LNG產(chǎn)業(yè)樞紐，LNG運(yùn)輸業(yè)承上啟下，貫穿LNG工業(yè)體系的方方面面，并隨著LNG的需求和供應(yīng)迅速擴(kuò)大。LNG的運(yùn)輸可分為陸路、海上和管道三種運(yùn)輸方式，其中陸路主要有公路和鐵路兩種運(yùn)輸方式[3]。

1陸路運(yùn)輸

1.1公路運(yùn)輸

公路運(yùn)輸LNG在我國已有多年的應(yīng)用歷史，設(shè)計(jì)及制造技術(shù)都十分成熟，我國LNG的公路運(yùn)輸主要使用液化天然氣槽車(簡稱LNG槽車)，見圖1，LNG槽車有30、40、45、52.6 m3等幾種常用規(guī)格。2013年張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司通過應(yīng)用領(lǐng)先的技術(shù)，設(shè)計(jì)制造出國內(nèi)最大容積56.23 m3的LNG運(yùn)輸槽車，但國家基于LNG運(yùn)輸存在的危險(xiǎn)性，出于安全考慮確立了一個(gè)穩(wěn)定的容積，使LNG槽車形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品體系，并在標(biāo)準(zhǔn)中做出明確規(guī)定(俗稱：限容)[4]，目前我國LNG運(yùn)輸槽車允許最大容積為52.6 m3，國外可生產(chǎn)制造最大容積為90 m3的LNG運(yùn)輸槽車。

LNG槽車運(yùn)輸適用于運(yùn)輸距離短、數(shù)量不大的LNG輸送，研究表明1000 km距離以內(nèi)以公路槽車運(yùn)輸為宜。利用槽車運(yùn)輸時(shí)，影響運(yùn)輸費(fèi)用的主要因素為槽車儲(chǔ)罐的幾何容積[5]。槽車在移動(dòng)結(jié)構(gòu)平臺(tái)上運(yùn)輸深冷、易燃易爆介質(zhì)，必須確保物料的裝卸、隔熱保冷和高速行駛等項(xiàng)技術(shù)安全可靠。

目前，LNG槽車裝卸工藝主要采用壓力輸送(增壓輸送)和裝卸泵輸送兩種形式[5]。壓力輸送是利用裝卸點(diǎn)的空溫式氣化器或水浴式加熱器對(duì)槽車進(jìn)行增壓，借助槽車內(nèi)外部的壓力差實(shí)現(xiàn)LNG的裝卸，這種方式簡單易行，但需要的裝卸時(shí)間較長。泵輸送是利用外部工藝離心式裝卸泵將LNG增壓實(shí)現(xiàn)槽車裝卸，這種輸送方式裝卸車流量大、裝卸車的時(shí)間非常短。2011年張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司開始研發(fā)LNG加氣車產(chǎn)品，經(jīng)歷兩年多的時(shí)間完成帶泵車企標(biāo)評(píng)審和技術(shù)評(píng)審，2013年9月圣達(dá)因成為國內(nèi)首批通過帶泵車技術(shù)評(píng)審的3家制造企業(yè)之一，填補(bǔ)了國內(nèi)LNG槽車自帶泵技術(shù)的空白。

為了確保LNG槽車運(yùn)輸過程中的安全性和經(jīng)濟(jì)高效，對(duì)于深冷介質(zhì)LNG的運(yùn)輸，槽車的隔熱保冷必須經(jīng)濟(jì)有效，以免在運(yùn)輸過程中因發(fā)生熱交換導(dǎo)致LNG大量蒸發(fā)引起儲(chǔ)存容器超壓，目前國內(nèi)常用的隔熱保冷技術(shù)有堆積絕熱、高真空絕熱、真空粉末(含纖維絕熱)絕熱、高真空多層絕熱[6]，其中以真空粉末絕熱技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。

鑒于LNG運(yùn)輸存在的危險(xiǎn)性，國家對(duì)LNG槽車運(yùn)輸時(shí)的行駛速度明確規(guī)定：最高時(shí)速在一級(jí)公路上≤60 km/h，二、三級(jí)公路為30～50 km/h(見JB/T 6898—1997《低溫液體儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備使用安全規(guī)則》)。

圖1　LNG槽車

1.2鐵路運(yùn)輸

2013年6月，中國鐵路總公司批準(zhǔn)通過LNG鐵路運(yùn)輸試驗(yàn)大綱，隨后我國LNG鐵路運(yùn)輸進(jìn)入試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，在8月中旬至9月底，在青藏線格拉段經(jīng)過三次的上線試運(yùn)和大量試運(yùn)數(shù)據(jù)的取證，論證了LNG罐箱鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩裕陣诣F路總公司將LNG罐車列為科技開發(fā)計(jì)劃，由西安軌道交通裝備公司承擔(dān)該項(xiàng)目的研發(fā)和試制。我國首條LNG鐵路運(yùn)輸專用線在新疆竣工，該項(xiàng)目由新疆廣匯燃?xì)饧瘓F(tuán)建設(shè)，專用線的竣工將有效解決新疆LNG向外運(yùn)輸距離遠(yuǎn)的難題，2015年4月我國首個(gè)LNG鐵路罐車樣車設(shè)計(jì)方案獲批，首個(gè)LNG鐵路罐車樣車正在加工生產(chǎn)，預(yù)計(jì)明年年初完成投入試運(yùn)行。

現(xiàn)階段，國外僅有美國、日本等少數(shù)國家掌握了LNG鐵路罐車技術(shù)[7]，LNG鐵路罐車在我國還是空白。在我國，鐵路運(yùn)輸LNG的容器主要朝向LNG罐箱方向發(fā)展，見圖2，其儲(chǔ)存容器結(jié)構(gòu)與LNG槽車完全相同。與LNG槽車結(jié)構(gòu)相比較而言，LNG罐箱由于采用了非固定的鏈接方式，具有較好的機(jī)動(dòng)性、罐箱外形尺寸適合鐵路的優(yōu)點(diǎn)。

與LNG槽車公路運(yùn)輸相比較而言，LNG鐵路運(yùn)輸運(yùn)輸量大、運(yùn)輸速度快、效率高、受大霧雨雪等惡劣天氣影響小、保障平穩(wěn)供給能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得鐵路比公路運(yùn)輸更加經(jīng)濟(jì)有保障。

圖2　LNG罐箱(中集安瑞科制造)

2海上運(yùn)輸

根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2020年國際市場上LNG貿(mào)易量將達(dá)到天然氣貿(mào)易量的40%，LNG在國際天然氣貿(mào)易中發(fā)展勢頭如此強(qiáng)勁，都得益于世界LNG應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展[8]，LNG貿(mào)易經(jīng)過40多年的發(fā)展已基本形成較為完善的貿(mào)易模式和運(yùn)輸方式。

LNG海上運(yùn)輸主要用于國際LNG貿(mào)易，LNG運(yùn)輸船是造船業(yè)公認(rèn)的技術(shù)含量高、難度最大的頂尖級(jí)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，多年以來，該項(xiàng)技術(shù)只有美國、日本、韓國和歐洲的少數(shù)幾個(gè)國家的造船廠才能建造，其設(shè)計(jì)及建造技術(shù)一直處于壟斷地位，這大大刺激了中國制造業(yè)的神經(jīng)，在廣東LNG項(xiàng)目中，為實(shí)現(xiàn)“國貨國運(yùn)，國船國造”的目標(biāo)，首次引入國內(nèi)造船企業(yè)參與競標(biāo)，從此開啟了我國LNG造船業(yè)和LNG船運(yùn)運(yùn)輸發(fā)展的新模式。

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國LNG遠(yuǎn)洋運(yùn)輸及近海、內(nèi)河運(yùn)輸船技術(shù)獲得歷史突破，2008年由滬東中華造船建造的我國首艘LNG船“大鵬昊”首航廣東LNG項(xiàng)目，世界級(jí)船舶建造歷史上又一次銘刻下中國制造“零”的突破，標(biāo)志著我國LNG船運(yùn)運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)正式加入到LNG運(yùn)輸業(yè)中，同時(shí)也說明了我國已經(jīng)基本掌握了這一頂尖級(jí)技術(shù)。

隨著設(shè)計(jì)及建造技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，中小型LNG運(yùn)輸船已成為LNG運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)一個(gè)新的熱點(diǎn)，我國LNG運(yùn)輸裝備制造業(yè)攻克多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，2015年5月，由江南造船廠為中海油建造的國內(nèi)首艘30000 m3LNG運(yùn)輸船“海洋石油301號(hào)”正式交付，2015年9月1日由中集安瑞科下屬企業(yè)張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司為浙江華祥海運(yùn)建造的首臺(tái)中國“智造”7000 m3船用C型運(yùn)輸罐順利完工，見圖3，該項(xiàng)目首創(chuàng)國內(nèi)自主設(shè)計(jì)、制造，CCS負(fù)責(zé)審圖及監(jiān)造，設(shè)計(jì)及建造全面實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，這將進(jìn)一步豐富我國近海及內(nèi)河LNG的運(yùn)輸需要。

根據(jù)IGC CODE國際散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則，從船運(yùn)運(yùn)輸液貨艙與船體之間的相對(duì)關(guān)系，LNG運(yùn)輸船分為整體液貨艙、薄膜液貨艙、半薄膜液貨艙、獨(dú)立液貨艙和內(nèi)部絕熱液貨艙5種類型[9]。

液化天然氣低溫、易燃、運(yùn)輸量大的特點(diǎn)，使得LNG海上運(yùn)輸具有不同于其他運(yùn)輸方式的獨(dú)有特點(diǎn)。首先，LNG海上運(yùn)輸因氣罐船需要的低溫絕熱材料、高昂的建造費(fèi)用和船舶用途的單一性，經(jīng)營缺乏靈活性，使LNG運(yùn)輸船投資風(fēng)險(xiǎn)比其他類型船舶更大；其次，由于世界液化天然氣運(yùn)輸大多為定向造船，包括運(yùn)輸、航線和港口都比較固定，所以出現(xiàn)運(yùn)輸穩(wěn)定和競爭有序的特點(diǎn)。

圖3　圣達(dá)因設(shè)計(jì)制造的7000 m3 C型船用運(yùn)輸罐

3管道運(yùn)輸

在陸地上，LNG管道運(yùn)輸由于受到低溫輸送技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性、氣源等各方面因素的制約，世界上約75%的天然氣仍舊采用常溫態(tài)管道輸送方式[10]。到目前為止我國沒有出現(xiàn)LNG遠(yuǎn)距離管道運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用實(shí)例，在文萊有一條LNG海底低溫管道，有效輸送距離為32 km，另據(jù)報(bào)道日本已經(jīng)著手建造一條從新島至仙臺(tái)的LNG輸送管道，輸送管道直徑為24 in(注：1 in=25.4 mm)，全線長約358 km，建成后將成為全球最長的LNG管道輸送線。

雖然，在低溫材料與設(shè)備的應(yīng)用和LNG貿(mào)易量都在逐年增加的前提下，LNG長距離管道運(yùn)輸沒有取得長足的發(fā)展，但最新的研究表明，建設(shè)長距離LNG輸送管線在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)性上也是合理的。一般來講，LNG的管道輸送可以分為非絕熱管、普通堆積型絕熱管和高真空絕熱管三種方式，主要用于LNG液化工廠內(nèi)、調(diào)峰站、大型終端接收站和氣化站等短距離輸送。

LNG管道輸送的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面由于1 m3LNG占用的體積約為天然氣的1/600，與常溫態(tài)天然氣管道輸送相同體積的天然氣，LNG輸送管道要求的直徑要小得多。另一方面，常溫態(tài)天然氣管道輸送過程中要在沿線設(shè)置多套天然氣增壓站，相比較與LNG管道輸送沿線設(shè)置的LNG泵站，天然氣增壓站的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)要超過LNG泵站，并且天然氣增壓站的能耗是LNG泵站的好幾倍。

但是，LNG管道運(yùn)輸也存在十分突出的不足，主要體現(xiàn)在為了保證LNG遠(yuǎn)距離輸送安全，其管道與設(shè)備必須采用價(jià)格昂貴的鎳鋼和保冷性能良好的絕熱材料，用以補(bǔ)償管道長距離輸送過程中產(chǎn)生的冷收縮和較低的蒸發(fā)。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)LNG單向流動(dòng)和蒸發(fā)氣的再次液化，需在管道上增建中間冷卻站。因此，管道工程的設(shè)計(jì)復(fù)雜和施工技術(shù)要求高，長距離LNG管道的初期投資將非常大。

4建議

基于LNG公路槽車、鐵路運(yùn)輸和海上LNG船運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，其運(yùn)輸載體均需要另一種能源提供續(xù)航動(dòng)力，如果將運(yùn)輸載體改用LNG發(fā)動(dòng)機(jī)，則在運(yùn)輸過程中因發(fā)生熱交換而產(chǎn)生的蒸發(fā)BOG氣體正好可用作燃料，這樣就可以認(rèn)為在整個(gè)LNG運(yùn)輸鏈條是沒有損失的。國際能源署(IEA)近日發(fā)布的天然氣市場中期報(bào)告顯示，液化天然氣潛在細(xì)分市場中包括運(yùn)輸燃料領(lǐng)域，美國、加拿大、俄羅斯、印度都已開始試驗(yàn)LNG火車機(jī)車，從內(nèi)燃電力機(jī)車轉(zhuǎn)換為LNG動(dòng)力機(jī)車的成本為60萬～100萬美元，但年耗40萬加侖柴油的機(jī)車若使用等能量的天然氣，每加侖可便宜1美元，因此投資回收期很短。

5結(jié)束語

短期內(nèi)，我國LNG陸路運(yùn)輸仍以LNG槽車運(yùn)輸為主，LNG鐵路運(yùn)輸和LNG管道運(yùn)輸不會(huì)取得較快的發(fā)展，目前正處于技術(shù)摸索和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累階段。但在“一帶一路”戰(zhàn)略機(jī)遇下，LNG鐵路運(yùn)輸前景可期，將成為管道運(yùn)輸天然氣的重要補(bǔ)充。同時(shí)，由于我國西氣東輸和北氣南運(yùn)輸送距離一般都在1000～4000 km，發(fā)展LNG鐵路運(yùn)輸可發(fā)揮鐵路運(yùn)輸半徑大、運(yùn)輸費(fèi)用低的優(yōu)勢，促進(jìn)我國LNG均衡發(fā)展，能將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

我國水運(yùn)資源豐富，海岸線長度達(dá)1.8萬km，內(nèi)河總長達(dá)43萬km，加之我國為LNG進(jìn)口大國，大量的LNG通過國際貿(mào)易源源不斷地進(jìn)入中國，LNG船運(yùn)運(yùn)輸將在我國取得較快的發(fā)展，其需求量特別巨大，并且我國LNG運(yùn)輸船在設(shè)計(jì)及建造技術(shù)不斷積累的過程中將逐步向大型化、超大型化的方向發(fā)展。

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郭旭(1987)，男，甘肅通渭縣人。2011年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，研究方向：低溫裝備的設(shè)計(jì)和建造。

Development of Domestic LNG Transportation Technology

GUO Xu, LUO Xiaozhong, WANG Ronghua, WANG Suhuai XU Zhoukai, WANG Fangyun, MIAO Na

(Zhangjiagang CIMC Sanctum Cryogenic Equipment Co., Ltd., Zhangjiagang 215600, China)

Abstract:As the logistics link of the LNG industrial system, LNG transportation from a connecting link between the preceding and the following in every aspect of the LNG industrial system. And, LNG transportation will grow rapidly with the growing domestic LNG supply and demand. This article briefly introduced the development of domestic LNG transportation. Meanwhile, in allusion to the domestic present situation of land LNG transport、marine LNG transport and pipeline LNG transport, this paper has done a brief analysis of the development direction of the LNG transportation. At last, the article is to raise the conclusion and advice concerning the thesis.

Key words:LNG; tanker; tank container; pipeline; carrier; development status

作者簡介：

doi:10.3969/j.issn.1007-7804.2016.02.003

中圖分類號(hào)：TE83

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-7804(2016)02-0011-04

收稿日期：2016-01-21