天然氣儲運關(guān)鍵技術(shù)研究和技術(shù)經(jīng)濟分析

王新勇

摘要：我國天然氣資源主要分布在西北地區(qū)的塔里木盆地、柴達木盆地、鄂爾多斯等區(qū)域，天然氣儲量在地理上存在著西多東少的特點，而天然氣的消耗主要集中在東南沿海人口較較為密集、經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)。為了解決天然氣資源分布不均、使用不平衡的問題，需要將西部的天然氣運輸?shù)綎|部地區(qū)。天然氣運輸工程路線場，不可控因素較多，天然氣的儲運技術(shù)直接影響著天然氣運輸?shù)陌踩徒?jīng)濟效益。鑒于天然氣儲運技術(shù)的重要性，本文介紹幾種常見的天然氣儲運方式，從儲運技術(shù)、經(jīng)濟性、安全性三個方面進一步比較了不同天然氣儲運方式的優(yōu)勢。旨在為建設(shè)高效、安全的天然氣儲運系統(tǒng)中天然氣儲運技術(shù)的選擇提供一些參考。

關(guān)鍵詞：天然氣;儲運;經(jīng)濟性;安全性;關(guān)鍵技術(shù)

引言：天然氣世界上最為重要的能源之一，也是一種清潔能源，具有較高的安全性。因其安全性、潔凈性的特點，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ墓I(yè)能源之一。隨著全球環(huán)境不斷惡化，清潔能源成為工業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型的必要條件。天然氣潔凈環(huán)保的特性使其在市場的發(fā)展趨勢明顯上升，而天然氣基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的建設(shè)則成為天然氣資源使用的基礎(chǔ)。進入新時期以來，我國大力倡導(dǎo)綠色發(fā)展理念，天然氣在各個城市的使用比重不斷上升。東南沿海一帶天然氣使用量增長趨勢尤為明顯。西氣東輸作為我國重要的能源工程之一，為天然氣的供給提供了基礎(chǔ)保障。天然氣系統(tǒng)性的輸送到各個城市后還需要經(jīng)過調(diào)壓向下級城鎮(zhèn)輸送，不同的運輸方式經(jīng)濟效益及安全性存在差異性，天然氣企業(yè)選擇儲運技術(shù)直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟效益。天然氣儲運方式及其技術(shù)的選擇是影響企業(yè)市場競爭力的關(guān)鍵因素之一，研究儲運技術(shù)對企業(yè)經(jīng)濟效益有著重要的影響。

一、天然氣儲運方式

（一）管道儲運

管道儲運簡稱PNG儲運，指借助輸氣管段、首站、壓氣站、中間氣體接收站、中間氣體分輸站、末站、清管站、干線截斷閥室、線路上各種障礙穿越及跨越段組成的天然氣儲運系統(tǒng)。PNG儲運是目前我國天然氣儲運中應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)，也是技術(shù)最為成熟的一種運輸方式，儲氣系統(tǒng)中分輸站、壓氣站、末站都配有調(diào)壓、計量及分離功能，其中，末站還可作為城市工期系統(tǒng)配氣站使用。干線截斷閥室的設(shè)置為管道運輸維修提供了便利。儲氣庫可作為季節(jié)調(diào)峰、應(yīng)急供氣用，地面儲氣站作日調(diào)峰和小時調(diào)峰使用。

（二）壓縮儲運

壓縮儲運簡稱CNG，指天然氣通過壓縮，壓縮為高壓狀態(tài)存儲與專用的高壓儲罐的儲運方式。壓縮儲運主要用于工業(yè)氣源和汽車燃料。汽車燃料直接有CNG母站向汽車供給。CNG儲運需要采用專用的鋼瓶及拖車，將壓縮天然氣運輸?shù)郊託庾诱竞蠼o子站補給。從運輸方式而言，具有較高的靈活性，每車可裝運大約3000-5000立方米的天然氣，使用范圍廣，前期投資小，但運輸量較小、運輸效率低，不適合長距離運輸。壓縮儲運方式中，壓縮機為核心裝置，它在儲運系統(tǒng)中啟動頻繁、工況變化性強。壓縮機的安全性、可靠性直接影響著天然氣的壓縮品質(zhì)及運輸安全。CNG在向城鎮(zhèn)運輸過程中，需要將高壓天然氣逐級減壓，在泵入儲罐，相對而言流程繁瑣，而每級的調(diào)壓對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了較高的要求，增加了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的成本。

（三）液化儲運

液化儲運簡稱LNG。LNG指借助低溫技術(shù)將天然氣液化后以液態(tài)的形式進行儲運的方式。在天然氣氣源充足的汽井位置建設(shè)LNG液化站，將天然氣收集后通過丙烷預(yù)冷的混合制劑進行液化增壓，加壓后液化，壓入氣化器中氣化，最后調(diào)壓戶輸入城市管網(wǎng)。

（四）水合物儲運

水合物儲運簡稱NGH技術(shù)，也叫固態(tài)甲烷，是指將天然氣與水組合為固態(tài)在進行運輸?shù)姆绞健Ｒ蚱湫嗡票?，又稱可燃冰或固體瓦斯。NGH儲運方式對技術(shù)要求極高，一般的零散氣田不適合采用該技術(shù)?？墒褂玫臍庠匆髩毫Υ笥?MPa，水合物合成的壓力為5～6MPa，溫度為0～4℃。要求汽車的儲罐具有較高的保溫性能，溫度為-15℃～-10℃，有較好的密閉性。氣化溫度為20℃～30℃，且壓力必須滿足用戶壓力要求。

（五）吸附儲運

吸附儲運簡稱ANG，指在儲罐中裝入天然氣專用吸附劑，利用吸附劑表面的微孔接口對常溫、中壓的天然氣進行吸附儲存。要求儲罐壓力必須低于外界壓力。它的作用與CNG相似，但儲運方式相較于CNG的專用高壓儲罐更為輕便，作為城市燃氣調(diào)峰的替代方式，具有較高的應(yīng)用價值。由于吸附劑為內(nèi)置，吸附劑只能定期更換，而吸附劑的使用壽命就成為影響儲運工藝效果的關(guān)鍵。為了提高吸附劑的使用壽命，一般要對吸附劑雜質(zhì)進行脫附，來增大吸附劑表面微孔的表面積，由此而提高高壓天然氣儲運的密度。一般情況，使用吸附儲運，可見3.5～5MPa的中低壓吸附為20MPa的高壓進行儲存。

二、天然氣儲運工藝的技術(shù)與經(jīng)濟比較

（一）儲運技術(shù)分析

不同儲運方式技術(shù)對基礎(chǔ)設(shè)施及技術(shù)條件要求都存在差異性。從技術(shù)的成熟性而言，PNG技術(shù)、CNG技術(shù)在我國使用的時間較長，技術(shù)成熟度更高，且對天然氣儲運的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要求較高，前提投資建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施的成本較高。當(dāng)運輸范圍越大，基礎(chǔ)設(shè)施投資的成本就越高。NGH技術(shù)、ANG技術(shù)的起步較晚，技術(shù)相對薄弱，還未進入成熟階段。LNG技術(shù)雖然應(yīng)用范圍及其廣泛，技術(shù)操作簡單，同時技術(shù)也相對成熟，但液化后的天然氣長距離運輸中不可控性因素較多，危險性相應(yīng)提升。特別是在陸地運輸中，運輸途中不可控環(huán)境因素復(fù)雜，安全性成為限制該技術(shù)的主要原因。PNG技術(shù)拋開投資成本及自然條件限制，技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢較為明顯，但對遠洋運輸顯然實現(xiàn)難度交大。

（二）經(jīng)濟性分析

在不考慮輸配站投資成本的基礎(chǔ)上，假設(shè)運輸距離為2000千米，天然氣產(chǎn)量為4×104立方米，對三種儲運方式的成本進行計算。NGH技術(shù)實際儲運成本850萬元，LNG技術(shù)實際儲運成本1050萬元，CNG技術(shù)實際儲運輸成本1200萬元，顯然NGH技術(shù)的儲運成本最低，其次是LNG技術(shù)，CNG技術(shù)的儲運成本較高。這說明水合物儲運方式綜合經(jīng)濟效益最高。

天然氣水合物<液化天然氣<壓縮天然氣，總投資天然氣水合物的方案費用最低。

（三）安全性分析

不同的天然氣儲運方式有著各自的個點和優(yōu)勢，就整體安全性和環(huán)境污染雙重因素考慮下，LNG技術(shù)的安全性較高。其他儲運方式儲運安全性主要天然氣壓縮技術(shù)影響交到。壓縮天燃氣為高壓環(huán)境，因此危險系數(shù)相對較高。特別是在發(fā)生泄漏問題時，常規(guī)的儲運方式中高壓天然氣易發(fā)生爆炸問題。NGH儲運技術(shù)對天然氣做低溫處理，發(fā)生泄漏后需要先分解，分解過程中需要較多的熱性能才能滿足燃燒和爆炸，因此NGH在安全性方面也有明顯的優(yōu)勢。

三、結(jié)語

天然氣企在構(gòu)建天然氣儲運體系時，應(yīng)結(jié)合實際情況選擇儲運方式。就經(jīng)濟性、安全性而言，NGH技術(shù)優(yōu)勢更加明顯，但一般長距離、高壓力的天然氣儲運更適合PNG儲運和LNG儲運方式，相較而言LNG儲運的系統(tǒng)安全性更高，但前期建設(shè)成本較高，且輸配站不適合設(shè)置在人口稠密卻，短距離的運輸干線更適合GNG儲運方式，低壓力的天然氣適合ANG儲運方式，高密度的天然氣適合NGH儲運方式。只有結(jié)合將天然氣儲運的技術(shù)優(yōu)勢及實際建設(shè)需，天然氣企業(yè)才能在保障安全性的基礎(chǔ)上獲得更高的、更加長遠的經(jīng)濟收益。

參考文獻：

[1]周楊.實用有效的頁巖氣“甜點”預(yù)測技術(shù)[J].化工管理.2020（11）：114-115.

[2]鄧江城.天然氣儲運技術(shù)和發(fā)展論述[J].石化技術(shù).2019（11）：193+195.

[3]石鵬杰.天然氣儲運技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展探討[J].化工管理.2019（17）：126-127.