液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)分析

陳鵬　羅麗勤

摘 要： 作為一種清潔、高效的能源，液化天然氣在全球范圍內(nèi)具有極高的應(yīng)用價(jià)值，也是公眾生活及企業(yè)生產(chǎn)的必要資源。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于液化天然氣的需求量逐漸提高，液化天然氣的液態(tài)管輸技術(shù)也獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。文章從液化天然氣輸送技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀出發(fā)，簡(jiǎn)要闡釋液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)應(yīng)用的重要性，分析了液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)工藝。

關(guān)鍵詞： 液化天然氣;長(zhǎng)輸管道;輸送技術(shù)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TE832 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）08-0246-01

引言：隨著我國(guó)對(duì)于液化天然氣需求量的提升，液化天然氣的跨國(guó)及跨地區(qū)輸送事業(yè)發(fā)展迅猛。傳統(tǒng)的液化天然氣長(zhǎng)距離輸送通常采用儲(chǔ)運(yùn)形式，即將液化天然氣儲(chǔ)存在運(yùn)輸船、槽車(chē)或罐車(chē)中，在通過(guò)海運(yùn)及陸運(yùn)的方式輸送至制定的區(qū)域，雖然能夠增加我國(guó)液化天然氣的持有量，但傳統(tǒng)輸送模式下液化天然氣的損失率較高，并且容易引發(fā)較為嚴(yán)重的安全事故。隨著低溫流體管道輸送技術(shù)的逐漸成熟，液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)也有所發(fā)展，不僅能夠節(jié)省輸送的空間，還能夠有效提高輸送的效率。液化天然氣闡述管道輸送技術(shù)的要點(diǎn)在于選擇絕熱性能較好的絕熱形式及管道材料，建立冷卻站。

1 液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的天然氣長(zhǎng)距離輸送采用儲(chǔ)運(yùn)的方式，利用高壓液化技術(shù)，將天然氣氣體壓縮為液體，再裝入專(zhuān)業(yè)的液化天然氣儲(chǔ)存容器中，能夠有效節(jié)省空間。但傳統(tǒng)的液化天然氣高壓儲(chǔ)存運(yùn)輸在輸送過(guò)程中會(huì)受到多種因素的影響，例如罐體的密封性、罐體材料的抗壓能力等，一旦發(fā)生泄漏，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的事故。在此背景下，低溫流體管道輸送技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，不僅消除了高壓儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)谋锥?，還有效提高液化天然氣的輸送效率。

2 液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)應(yīng)用的重要性

在輸送距離小于四千千米時(shí)，液化天然氣的輸送采用普通管道及傳統(tǒng)的高壓儲(chǔ)存運(yùn)輸方式即可以滿足輸送的基本需求。但當(dāng)輸送距離超過(guò)四千千米時(shí)，普通管道在抗負(fù)荷能力等方面難以滿足需求，使用罐車(chē)或運(yùn)輸船的輸送成本將明顯高于長(zhǎng)輸管道輸送。為了能夠保證液化天然氣輸送的穩(wěn)定性、安全性、高效性，當(dāng)輸送距離超過(guò)四千千米時(shí)，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)。

3 液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)

3.1 液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于液化天然氣長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)及輸送技術(shù)都有明確的規(guī)定。首先，天然氣是一種由多種物質(zhì)組成的混合氣體，由與產(chǎn)氣田及生產(chǎn)工藝不同，天然氣中各組成成分的含量也有所差異。在輸送過(guò)程中，液化天然氣的溫度會(huì)受到多種因素的影響，如溫差導(dǎo)致的熱傳遞、流動(dòng)阻力損失造成的壓降等，當(dāng)LNG溫度升高到臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生氣化，降低輸送效率，因此需要根據(jù)液化天然氣的溫度、摩爾質(zhì)量等基本狀態(tài)參數(shù)，計(jì)算器熱物性參數(shù)以及遷移性質(zhì)，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)輸管道。其次，液化天然氣長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)一方面要保證管道的絕熱性能及保冷性能，另一方面要注重管道的經(jīng)濟(jì)性，因此要在保證管道運(yùn)輸量的基礎(chǔ)上確定最佳的管內(nèi)直徑及流速。

3.2 液化天然氣長(zhǎng)輸管道密相輸送技術(shù)

液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送過(guò)程中，由于液化天然氣與管道周?chē)h(huán)境之間存在較大的溫差，會(huì)使液化天然氣吸收徑向熱量，甚至?xí)l(fā)液化天然氣相變，液態(tài)天然氣與部分氣化的天然氣在管道內(nèi)部形成兩相流動(dòng)，不僅會(huì)增大沿程阻力，使液化天然氣溫度進(jìn)一步升高，還會(huì)影響液化天然氣的安全運(yùn)輸。為了能夠避免液化天然氣冷量的流失，需要采用密相輸送技術(shù)，通過(guò)將溫度和壓力控制在液化天然氣氣化的臨界點(diǎn)，防止天然氣的氣化。

3.3 液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送途中冷卻站的建設(shè)技術(shù)

液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送的距離較短，雖然密相輸送技術(shù)能夠在一定程度上保證管內(nèi)的液相環(huán)境，但液化天然氣仍然會(huì)由于流動(dòng)摩擦及過(guò)泵剪切而升溫。因此需要在長(zhǎng)距離輸送途中建立冷卻站。確定冷卻站數(shù)量及冷卻站之間的距離是冷卻站建設(shè)首要解決的問(wèn)題，如果距離過(guò)大，則會(huì)降低冷卻站的作用;如果距離過(guò)小，則會(huì)增加冷卻站建設(shè)及液化天然氣輸送的成本。為此，需要根據(jù)液化天然氣的進(jìn)站溫度、壓力、揚(yáng)程等進(jìn)行精確的計(jì)算。

3.4 液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送的絕熱保冷技術(shù)

液化天然氣長(zhǎng)輸管道絕熱形式主要包括真空絕熱形式及非真空絕熱形式。費(fèi)真空絕熱形式是指在管道夾層敷設(shè)絕熱材料。真空絕熱形式則是保持管道夾層的真空環(huán)境，增大輻射傳熱的輻射熱阻，以達(dá)到絕熱的效果。真空絕熱形式絕熱性能更好，能夠有效降低冷量的損失，但是成本較高，工藝較為復(fù)雜。因此需要根據(jù)液化天然氣的輸送量、管道成本等選擇合適的絕熱形式、管道內(nèi)徑及管道材料。

4 液化天然氣長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決對(duì)策

為避免管道結(jié)構(gòu)被破壞，LNG管道進(jìn)入運(yùn)營(yíng)前要進(jìn)行預(yù)冷。預(yù)冷時(shí)，為防止溫度變化過(guò)快、熱應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致材料或連接部位產(chǎn)生損壞，應(yīng)控制預(yù)冷時(shí)的溫降速率。根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，預(yù)冷速率在50℃/min左右是比較安全的。在預(yù)冷過(guò)程中，為使LNG管道、保冷層和周?chē)寥澜禍?，就需要蒸發(fā)掉一定量的LNG，而且要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。預(yù)冷時(shí)，可以利用LNG的汽化潛熱，也可以利用已汽化氣體溫度升高時(shí)的顯熱，預(yù)冷過(guò)程中LNG需液量隨顯熱的利用程度而變化。

結(jié)束語(yǔ)：液化天然氣輸送正朝向多元化及長(zhǎng)距離發(fā)展，為了能夠提高輸送的效率，提高液化天然氣的利用率，需要重視液化天然氣長(zhǎng)輸管道輸送技術(shù)。該技術(shù)的要點(diǎn)在于按照國(guó)家及國(guó)際的相關(guān)規(guī)定合理設(shè)計(jì)長(zhǎng)輸管道參數(shù);采用密相輸送及數(shù)，防止液化天然氣氣化;根據(jù)液化天然氣進(jìn)站的溫度及壓力等計(jì)算冷卻站的距離;兼顧經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性選擇絕熱形式，繼而降低液化天然氣運(yùn)輸過(guò)程中的冷量損失。

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