螺桿壓縮機在LNG領(lǐng)域的應(yīng)用與前景分析

安 見

(冰輪環(huán)境技術(shù)股份有限公司，山東 煙臺 264000)

LNG是液化天然氣(liquefied natural gas)的縮寫。主要成分是甲烷，被公認是地球上最干凈的能源。無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600，液化天然氣的重量僅為同體積水的45%左右。其制造過程是先將富含雜質(zhì)的天然氣凈化處理，經(jīng)一連串超低溫液化后得到。燃燒后對空氣污染非常小，而且放出熱量大，所以液化天然氣好。LNG是一種清潔、高效的能源。由于進口LNG有助于能源消費國實現(xiàn)能源供應(yīng)多元化、保障能源安全，而出口LNG有助于天然氣生產(chǎn)國有效開發(fā)天然氣資源、增加外匯收入、促進國民經(jīng)濟發(fā)展，因而LNG貿(mào)易正成為全球能源市場的新熱點。我國的天然氣約2/3由國內(nèi)油氣田生產(chǎn)，1/3由國外進口。國內(nèi)生成的天然氣主要來自陜西(鄂爾多斯盆地)，新疆(塔里木等)，四川(天然氣儲量第一，此外頁巖氣豐富)這三個省份，它們生產(chǎn)的天然氣占全國總產(chǎn)量的70%以上。但進口的比例在持續(xù)擴大，對外依存度增加[1]。

圖1 進口量和進口依賴度不斷提升

除了常規(guī)的天然氣被開采加以利用之外，在資源開發(fā)過程中還會存在一些包括氣田分散的單井氣、石油伴生氣、煤層氣、頁巖氣、工藝放散氣、以及海上采油平臺產(chǎn)出的無法利用的小股天然氣等非常規(guī)的零散天然氣。此類氣體在實際應(yīng)用中一般都是放掉或者焚燒掉，嚴重污染環(huán)境，并且對資源是一種浪費。例如中原油田有上百口零散井，單井，日產(chǎn)量多在10t以下，各井位置分散，產(chǎn)量不穩(wěn)定。在比如中石化延川南非常規(guī)能源開采項目，多處氣井利用不掉的煤層氣都被焚燒掉。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅部分因地域限制分散的小油田每年焚燒掉的伴生氣高達10億m3左右。因此，液化，回收零散氣和放散氣資源，變廢為寶，對緩解能源供應(yīng)緊張和改善地區(qū)環(huán)境有著重要的意義。對于此類位置不固定且氣量不穩(wěn)定的分散氣源的回收利用，常規(guī)的固定式機組投資大，風(fēng)險高?？梢圆捎每梢苿忧搜b式的螺桿機組來實現(xiàn)。

1 螺桿壓縮機的行業(yè)發(fā)展及應(yīng)用

近年來，我國的螺桿壓縮機制造行業(yè)有了較快的發(fā)展，制造工藝有了穩(wěn)步的提升，下游應(yīng)用領(lǐng)域需求也日漸廣泛。國內(nèi)的螺桿壓縮機逐步由傳統(tǒng)的空氣壓縮擴展到石油、天然氣、化工、制冷等各個領(lǐng)域的特殊氣體壓縮，產(chǎn)銷量保持增長態(tài)勢[2]。

1.1 螺桿壓縮機在煤層氣、石油伴生氣、沼氣等領(lǐng)域的應(yīng)用

國家已將煤層氣、天然氣的采集、液化運輸，石油伴生氣、火炬氣、沼氣回收、液化利用納入了重點投資建設(shè)項目，同時伴隨著國家的對環(huán)境保護力度的加大，螺桿式壓縮機的發(fā)展有了更好的契機。對比傳統(tǒng)的壓縮機在該領(lǐng)域的應(yīng)用，螺桿壓縮機有先天的優(yōu)勢。螺桿壓縮機結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，重要的是螺桿壓縮機可以集成在一個撬塊上，對于多氣井的布局，便于拆裝，節(jié)省成本。目前，集成式的螺桿機組已在美中能源、中石化、藍焰等大型煤層氣開采企業(yè)中得到成功的運用。同時貴州茅臺沼氣項目，慶港石油伴生氣項目運行都獲得了成功。

圖2 天然氣增壓機

1.2 螺桿壓縮機在液化天然氣中的應(yīng)用

目前針對螺桿式壓縮機在LNG中的應(yīng)用，多以3～6萬方/日處理量為主。該處理量的壓縮機多為小撬裝式噴油螺桿壓縮機。集成吸氣過濾器，油分離器，油過濾器，高效除油器，活性炭除油器在同一公共底座，移動方便靈活。對比活塞壓縮機，集成式撬塊無需特定的安裝,維修簡單。機組出口含油量可低至0.01ppm，不會對后端液化設(shè)備造成冰堵、污染，提高出液量。壓縮機轉(zhuǎn)子采用先進的雙邊非對稱全圓弧及其包絡(luò)線轉(zhuǎn)子型線，使得壓縮機具有較高的效率。流量調(diào)節(jié)裝置使壓縮機可進行15%～100%的流量無級調(diào)節(jié)，同時可實現(xiàn)最小負荷啟動，節(jié)省運行費用。近五年的發(fā)展，使得螺桿式壓縮機在LNG行業(yè)得到了廣泛的認可。在我國氣源豐富的地區(qū)，用撬裝式螺桿壓縮機作為液化核心設(shè)備的份額正在不斷的增長。據(jù)不完全統(tǒng)計，2018年在陜西、內(nèi)蒙古地區(qū)多座井口氣氣源項目在建，預(yù)計達30多座，單項目涉及產(chǎn)能均在3～6萬方/日， 目前陜西燃氣設(shè)計院參與在建項目8座，其它公司設(shè)計項目10座。這其中的螺桿壓縮機使用數(shù)量占比到70%以上，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。例如目前已具備液化條件的陜西綠源杭錦旗液化站，濮陽聚能油氣公司以石油伴生氣為氣源的1.5萬方/日液化站，壓縮設(shè)備全部以撬裝式螺桿壓縮機為主。

圖3 5萬方/日LNG液化站

2 我國未來LNG市場需求分析展望

打好污染防治攻堅戰(zhàn)，要使主要污染物排放總量大幅減少，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體改善，重點打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)。推廣清潔能源、用天然氣替代燃煤使用，已是大勢所趨。政策接棒推廣天然氣，十三五年均消費增速有望達到15%。《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出，天然氣推廣是我國能源轉(zhuǎn)型的重要抓手，到2020年中國能源消費總量要控制在50億噸標(biāo)準煤以內(nèi)，其中，天然氣比重力爭達到能源結(jié)構(gòu)的10%。保守估計，如果2020年天然氣消費量相當(dāng)于5億噸標(biāo)準煤熱值，按照1噸標(biāo)準煤熱值等同于720m3天然氣測算，中國天然氣消費規(guī)模在2020年將達到3600億m3?，F(xiàn)階段中國天然氣利用極為不平衡，天然氣在中國能源中的比重很小。從中國的天然氣發(fā)展形勢來看，天然氣資源有限，天然氣產(chǎn)量遠遠小于需求，供需缺口越來越大。盡管還沒有形成規(guī)模，但是LNG的特點決定LNG發(fā)展非常迅速?？梢灶A(yù)見，在未來5～10年的時間內(nèi)，LNG將成為中國天然氣市場的主力軍。中國對LNG產(chǎn)業(yè)的越來越重視，體現(xiàn)在中國正在規(guī)劃和實施的沿海LNG項目，主要有：廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、遼寧等，這些項目將最終構(gòu)成一個沿海LNG接收站與輸送管網(wǎng)。2017 年以來，江蘇啟東、廣東揭陽、中石化天津等接收站項目陸續(xù)投產(chǎn)，截至 2017 年底我國 LNG 接收站總接卸周轉(zhuǎn)能力達5640萬t/a。當(dāng)前浙江舟山、廣西防城港、江蘇江陰及廣東潮州等在建項目有序推進，預(yù)計將于 2018、2019 年陸續(xù)投產(chǎn)；寧波二期、舟山二期、浙江溫州、濱海等項目有望陸續(xù)開工。但是由于接收站建造周期較長，其中 LNG 儲罐的建造周期就長達 30 個月，假設(shè)建成后立即投產(chǎn)，從開工到投產(chǎn)時間至少需要三年，預(yù)計短期內(nèi)新增接收站產(chǎn)能釋放有限。根據(jù)現(xiàn)在的在建及規(guī)劃項目進度，我們預(yù)計到 2020 年底，LNG 接收產(chǎn)能有望達到8270 萬t/a，較 2017 年底增長 46.63%。經(jīng)測算，2018 年我國接收站利用率需達到 85%才能完全滿足 LNG 進口需求，2020 年利用率需達到 97%才能補足我國天然氣供需缺口。考慮到天然氣消費季節(jié)性差異明顯、且短期內(nèi)我國儲氣設(shè)施不足導(dǎo)致接收站產(chǎn)能無法完全利用，預(yù)計 2020 年之前我國在建 LNG 接收站尚無法完全滿足 LNG 進口需求，接收站仍屬稀缺源。所以，以氣田井的不斷開發(fā)，包括非常規(guī)能源的開采利用，來應(yīng)對我國現(xiàn)階段對LNG的需求缺口，依舊是我國未來幾年天然氣推廣使用主要依賴的途徑和LNG供應(yīng)源頭。屆時，螺桿壓縮機的市場份額將會隨著國內(nèi)天然氣在能源比重的增加與LNG產(chǎn)能供應(yīng)，獲得階段性的增長。

3 結(jié)語

螺桿壓縮機經(jīng)過不斷的發(fā)展與創(chuàng)新，以其易損件少，輸氣量大，體積小，可撬裝式，效率高，能耗低等明顯優(yōu)勢，為廣大用戶所熟知。通過近幾年與油田、天然氣開采液化、非常規(guī)能源開采液化等企業(yè)的磨合，螺桿壓縮機高效穩(wěn)定，故障率低，在惡劣環(huán)境下依然能夠超額完成任務(wù)，成績斐然。伴隨著美麗中國主題序幕的拉開，以清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高污染能源，還天空以藍色，環(huán)保成為了不可阻擋的潮流。在未來的能源更迭過程中，螺桿壓縮機與LNG的聯(lián)系會越來越緊密，發(fā)展前景會更好。