2003年油氣儲運天然氣的運輸方式及其特點吳長春張孔明石油大敩北京))(中原石油勘探局天然氣應用技術開發(fā)處吳長春張孔明天然氣的運輸方式及其特點油氣儲運2003229)39摘要作為一種清潔、高效的優(yōu)質能源天然氣在大多數(shù)發(fā)達國家得到了普遍應用。在21世紀初的幾十年中隨著西氣東輸?shù)裙こ滔嗬^投產(chǎn)天然氣在我國能源結構乃至整個國民經(jīng)濟中的地位將不斷提高。運輸是天然氣供應鏈中的重要環(huán)節(jié)在很大程度上影響著天然氣供應和消費的經(jīng)濟性。介紹了天然氣的各種運輸方式及其技術、經(jīng)濟特點指出管道是天然氣運輸?shù)闹饕绞礁鞣N非管道運輸方式是管道運輸?shù)挠幸嫜a充。主題詞天然氣供氣系統(tǒng)運輸方式特點境質量的要求越來越高耐對清潔能源的需求日益迫引切這在很大程度上推動了我國天然氣需求量的增長。特別是在東部沿海地區(qū)天然氣供氣系統(tǒng)的建21世紀將是天然氣的世紀這是自20世紀90設成為政府、企業(yè)和社會公眾密切關注的熱點問題。年代以來流行于國際能源界的一種說法,它表明本2000年我國的天然氣消費量約為270×108m3有世紀天然氣將在國際能源結構中扮演越來越重要的關部門的預測資料表明2005年、2010年和2015年角色。天然氣是由多種組分構成的氣體混合物其的需求量將分別達到643×105m3、1123×10°m3和主要成分為可燃的烴類氣體。根據(jù)天然氣的來源可1752×103m3。目前我國探明的天然氣地質儲量將其分為4種類型即從氣井中開采出的氣田氣、從已超過3×102m3其中塔里木、四川、陜甘寧三大油井中與原油一起采岀的石油伴生氣、含有液態(tài)輕盆地和南海、東海海域的天然氣儲量為我國的天然烴的凝析氣田氣以及從地下煤層中采出的煤層氣。氣供應提供了重要資源保證。此外為了全方位滿般來說氕氣田氣和煤層氣中重烴組分(指分子量足國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的天然氣需求國家正在積極大于甲烷分子量的烴〕的含量比石油伴生氣和凝析籌備俄羅斯至中國的跨國輸氣管道,以及若干個氣田氣低相應地氣田氣和煤層氣的熱值一般低于LNG進口碼頭的建設。可以預見,未來20年將是石油伴生氣和凝析氣田氣。氣田氣和煤層氣的發(fā)熱我國天然氣工業(yè)發(fā)展的高峰期與石油相比天然氣值通常為3300kJ/m3左右比人工煤氣高一倍以具有3個基本特點上而石油伴生氣和凝析氣田氣的發(fā)熱值往往更高(1)在常溫、常壓下為氣體且能量密度低作為燃料天然氣廣泛應用于發(fā)電、集中供熱、加工(2)可壓縮性很強制造業(yè)商業(yè)服務業(yè)、居民家庭等。采用天然氣作為3旒流動性好汽車燃料是近年來的一種發(fā)展趨勢,可以大大減少這些特點決定了管道是運輸天然氣的最合適方汽車尾氣中的污染物含量。此外天然氣還是一種式。事實上目前世界上的天然氣運輸基本上是由重要的化工原料。管中國煤化工道幾乎是天然氣的唯近年來隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)快速的發(fā)展和CNMHG殊條件下利用車船等人民生活水平的不斷提高社會公眾對城市大氣環(huán)運載工具以CN(壓縮天然氣)或LNG方式運輸天*10249死京棒庫區(qū)府學路18號電話(010X973498油氣儲運2003年然氣可能比管道更經(jīng)濟。作為天然氣供應鏈中的重在運行壽命期內(nèi)壓力變化大等特點。長距離輸氣管要環(huán)節(jié)運輸方式的選擇將在很大程度上影響天然道的任務是將凈化處理后的夭然氣輸送到城市門站氣供應和消費的經(jīng)濟性。鑒于此將結合天然氣的或大型工業(yè)用戶。天然氣城市輸配管網(wǎng)的任務是將特性概要介紹它的各種運輸方式及其技術、經(jīng)濟特來自長輸管道或其它氣源的天然氣輸送、分配到毎點對我國天然氣運輸方式的選擇和供氣系統(tǒng)規(guī)劃個用戶。大城市的輸配氣管網(wǎng)的規(guī)模可能相當大具有參考價值。以至于其建設工程量和投資可能會超過為它供氣的長輸管道。這類管道的壓力等級和管徑范圍均較二、天然氣供氣系統(tǒng)寬超高壓配氣干線的壓力可達4MPa而入戶管道的壓力不超過5kPa配氣干線的直徑可達1m以天然氣從油氣田井囗到終端用戶的全過程稱為上而入戶管道的直徑一般只有20mm天然氣供應鏈這條供應鏈所涉及的所有設施構成雖然礦場集輸和城市輸配也屬于天然氣運輸?shù)牡南到y(tǒng)稱為天然氣供氣系統(tǒng)。一個完整的天然氣供范疇但由于這兩個環(huán)節(jié)幾乎只采用管道一種運輸氣系統(tǒng)通常主要由油氣田礦場集輸管網(wǎng)、長距離輸方式故此處只討論天然氣的長距離運輸。長距離氣管道或管網(wǎng)、城市輸配氣管網(wǎng)、天然氣凈化處理運輸是指將經(jīng)過凈化的商品天然氣以某種形式運輸廠、儲氣庫地下儲氣庫或地面儲罐)等幾個子系統(tǒng)到輸配氣系統(tǒng)的接收站其運距一般超過100km構成在某些情況下還包括天然氣的非管道運輸系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)既各有分工又相互連接成一個統(tǒng)·、長距離輸氣管道的一體化系統(tǒng)其總目標是盡可能保證按質、按量、按時向用戶供氣同時做到安全、可靠、高效、經(jīng)濟運1、基本結構12行以獲得最佳經(jīng)濟與社會效益。如果將天然氣的條長距離輸氣管道一般由輸氣管段、首站、壓勘探開發(fā)、儲運和銷售分別看成是天然氣供氣系統(tǒng)氣站、中間氣體接收站、中間氣體分輸站、未站、清管甚至整個天然氣工業(yè)的上、中、下游的話則可以說,站、干線截斷閥室、線路上各種障礙水域、鐵路、地天然氣供氣系統(tǒng)或天然氣工業(yè)是上、中、下游一體化質障礙等)的穿跨越段等部分組成。的其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將影響一個國家首站的主要功能是對進入管道的天然氣進行分或地區(qū)的天然氣供氣系統(tǒng)甚至整個天然氣工業(yè)的正離、調壓和計量同時還具有氣質檢測控制和發(fā)送清常運行和發(fā)展。由此可見,個供氣系統(tǒng)的規(guī)劃、建管球的功能。如果輸氣管道需要加壓輸送則在大設和運行管理是一項巨大的系統(tǒng)工程必須對其上、多數(shù)情況下首站同時也是一個壓氣站中、下游的各個環(huán)節(jié)統(tǒng)籌兼顧、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調度、中間氣體接收站的主要功能是收集來自支線或統(tǒng)一管理才能獲得良好的經(jīng)濟和社會效益。管道沿線氣源的天然氣中間分輸站的主要功能是天然氣供氣系統(tǒng)的一個突出特點是用氣量的時向管道沿線的支線或用戶供氣。在中間接收站或分間不均衡,由此產(chǎn)生了該系統(tǒng)固有的一個關鍵問輸站通常設有天然氣調壓和計量裝置某些接收站題——供氣調峰所謂供氣調峰是指采取適當?shù)拇牖蚍州斦就瑫r也是壓氣站。施使天然氣的供氣量和用氣量隨時保持動態(tài)平衡。壓氣站是輸氣管道的心臟其功能是給氣體增根據(jù)調峰周期的長短可以將調峰分為季調峰、日調壓以維持所要求的輸氣流量,一般情況下兩個壓氣峰、小時調峰等幾種類型。為了解決調峰問題并提站的間距在100~-400km之間。壓氣站的主要設備高供氣的可靠性現(xiàn)代大型天然氣供氣系統(tǒng)一般都是輸氣壓縮機組包括氣體壓縮機離心式或往復設有地下儲氣庫或其它設施作為調峰與應急供氣的式中國煤化工心壓縮機采用燃氣輪手段機CNMHG常采用天然氣發(fā)動機天然氣礦場集輸管網(wǎng)輸送的介質是未經(jīng)凈化處驅動?，F(xiàn)代輸氣管道大多采用燃氣輪機一離心壓縮理的油氣井產(chǎn)物甚至有可能是直接從油井中產(chǎn)出機組在同一個壓氣站內(nèi)通常設置多套輸氣壓縮機的油、氣、水的多相混合物。天然氣礦場集輸管道組它們既可以并聯(lián)也可以串聯(lián)。由于輸氣管道的包括油氣汞艴輸管道)具有輸送距離短、管徑小、壓氣站一般在較低壓比(出站壓力與進站壓力之比第22卷第9期吳長春等天然氣的運輸方式及其特點41稱為壓氣站的壓比我國輸氣管道設計規(guī)范推薦其最大經(jīng)濟輸送距離與輸送能力密切相關輸送能力取值范圍為1.2~1.5)下運行因此絕大多數(shù)壓氣越大最大經(jīng)濟輸送距離就越長。因此輸氣管道特站都采用并聯(lián)方式。為了便于調節(jié)輸氣管道的流量別適用于大運量的天然氣運輸。隨著運量減小輸和壓力大多數(shù)輸氣壓縮機都可以在較大范圍內(nèi)實氣管道的最大經(jīng)濟輸送距離可能小于實際運輸距現(xiàn)無級調速。離此時采用CNG或LNG散裝運輸方式有可能比清管站的主要功能是發(fā)送、接收清管器,它可以管道運輸更經(jīng)濟。與其它站場合建在一起也可單獨建站定期清除管輸氣管道的運行能耗是輸氣成本的組成部分。道中的雜物如水、液態(tài)烴、機械雜質和鐵銹等)假設每座壓氣站的輸氣壓縮機組均采用管道本身輸清管站的間距一般為100~150km送的天然氣作為能源則一條5000km的輸氣管道若輸氣管道末站直接向城市輸配氣管網(wǎng)供氣,的燃氣消耗量的數(shù)量級為輸氣量的10%對于長度則被稱之為城市門站。末站具有分離、調壓、計量的為250~500km的管道相應的數(shù)量級為1%3。功能有時還兼有為城市供氣系統(tǒng)配氣的功能。3、發(fā)展概況干線截斷閥室是為了及時進行事故搶修、防止現(xiàn)代意義上的輸氣管道已有近120年的發(fā)展歷事故擴大而設置的。根據(jù)管道所經(jīng)過地段的地區(qū)等史。在北美、蘇聯(lián)和歐洲,天然氣管道已連成地區(qū)級不同根據(jù)人口和建筑物密度等因素,可以將管性、全國性乃至跨國性大型供氣系統(tǒng)全球輸氣管道道經(jīng)過地區(qū)劃分為4個等級),干線截斷閥室的間總長度超過140×104km其中直徑1m以上的管道距在8~32km之間。此外還應在管道穿跨越段兩超過12×104km。20世紀70、80年代是全球輸氣側設置干線截斷閥。管道建設高峰期,世界上幾條最著名的輸氣管道幾為滿足調峰和應急供氣的需要在輸氣管道終乎都是這一時期建成的如橫穿地中海的阿爾及利點附近通常建有配套的地下儲氣庫或地面儲氣站。亞至意大利輸氣管道、西西伯利亞至蘇聯(lián)中央地區(qū)地下儲氣庫主要用于季調峰和應急供氣地面儲氣的輸氣走廊(包括6條管徑為1420mm的管道總站一般只用于日調峰和小時調峰。由于天然氣具有長度約2×104km總輸氣能力達到2000×103m3可壓縮性因此輸氣管道末段也具有一定的儲氣調a)美國和加拿大合建的阿拉斯加公路輸氣系統(tǒng)峰能力在大多數(shù)情況下可以用其取代地面儲氣站。期工程等。本世紀已建成的最著名的輸氣管道是加2、主要技術和經(jīng)濟特點拿大至美國的聯(lián)盟管道全長2988km在沿線不同天然氣本身的固有特性決定了管道是其最合適的管段上分別采用914mm和1067mm兩種管徑的運輸方式,它適用于整個天然氣供應鏈上的每一設計壓力為12MPa,目前的年輸氣能力約為130個運輸環(huán)節(jié)。作為連接氣源和輸配氣系統(tǒng)的紐帶,10°m3。這條管道的一個突出特點是輸送富氣即長距離輸氣管道具有距離長一般從幾百公里到幾乙烷、丙烷等重烴組分含量較高的天然氣千公里入管徑大一般在400mm以上)輸量大、輸1963年我國建成第一條輸氣管道——巴渝管送壓力蠃一般高于4MPa)可以連續(xù)運行、投資規(guī)道。直到20世紀80年代中期我國的輸氣管道還模大等主要特點。主要分布在川渝地區(qū)。自90年代以后我國天然氣輸氣管道的輸送能力與管道直徑的2.5次方成管道的發(fā)展步伐顯著加快相繼建成了陜京輸氣管正比因此增大管徑是提高管道輸送能力的最有效道、南海崖13-1氣田至香港輸氣管道、澀寧蘭輸氣措施。例如,一條直徑為1420mm、輸送壓力為管道、東海平湖氣田至上海輸氣管道。目前我國的7.5MPa的輸氣管道相當于3條直徑為1000mm、輸氣管道建設已進入一個快速發(fā)展期多條長距離輸送壓力為5.5MPa的管道但前者可以節(jié)省鋼材大中國煤化工斯引進天然氣的跨國19%,節(jié)省投資35%。管CNMHG其中正在建設的西氣長距離輸氣管道的輸送成本在很大程度上取決東輸管道是一項世界級大型管道工程該管道西起于其輸送能力和輸送距離。一般而言在距離一定塔里木盆地的輪南首站東至上海白鶴鎮(zhèn)的末站全的條件下管道輸送能力越大其滿負荷運行的輸送長為4000km管徑為1016mm設計壓力10MPa,成本就越低方負荷運行的前提下輸氣管道的設計輸氣能力為120×103m3/a將來可以根據(jù)輸油氣儲運2003年量增長情況提高到200×103m3/a。該管道的預算0.04%~0.1%之間。LNG的運輸方式包括水運和投資為435×103元人民幣如果加上與之配套的氣陸上罐車運輸。LNG再氣化的目的是將液化天然田及城市輸配氣系統(tǒng)則整個西氣東輸工程的投資氣重新轉化為氣態(tài)以便向用戶供氣。再氣化過程是預算高達1200×103元。預計到2020年左右全國在專用蒸發(fā)器中進行的,它分為開式管架蒸發(fā)器將形成多個大型地區(qū)性輸氣管網(wǎng)從現(xiàn)在開始的10(ORV)淹沒燃燒式蒸發(fā)器(SCV)和空溫式蒸發(fā)~20年將是我國輸氣管道建設的高峰期器近幾十年,長距離輸氣管道的發(fā)展趨勢主要體2、LNG海現(xiàn)在以下幾個方面。作為天然氣的一種運輸方式進口LNG的運輸1)平均運距增大。目前世界上最長的單根輸主要是通過遠洋專用船舶實現(xiàn)的。據(jù)文獻資料4氣管道是俄羅斯的亞馬爾管道全長4451km。介紹當海底管道和陸上管道的運距分別超過1400(2)輸氣管道的最大口徑可達1420mm。km和3800km時其輸送天然氣的成本將高于采(3)高壓力。目前陸上輸氣管道的最高設計壓用LNG船運方式的綜合運輸成本(包括天然氣液力為12MPa海底輸氣管道為21MPa?；?、儲存、裝卸和再氣化的費用)。目前LNG海運(4)自動化遙控。目前普遍采用 SCADA系統(tǒng)已在國際天然氣貿(mào)易中占有重要地位運距超過7對輸氣管道或管網(wǎng)實施集散控制。000km的天然氣運輸幾乎都采用這種方式。2002(5形成大型供氣系統(tǒng)。年全球LNG貿(mào)易總量為10180×104t約占天然氣6)向極地和海洋延伸?？傎Q(mào)易量的26%。海運是LNG供應鏈中的重要環(huán)節(jié),它承擔著從四、LNG運輸基本負荷型液化廠到LNG接收站的長距離運輸任務。據(jù)統(tǒng)計JNG海運費用占LNG供應鏈總費用的1、ING供應鏈20%~55%?；矩摵尚鸵夯瘡S通常建在海邊并有在常壓下當溫度降至-163℃時天然氣由氣配套的裝運碼頭。ING接收站的功能是接收、儲存體轉化為液體即所謂的LNG。ING是一種無毒、和再氣化LNG氣化的天然氣將進入常規(guī)的天然氣無色、無氣味的液體在-163℃下的密度約為425輸送管網(wǎng)。此外,某些接收站還具有LNG轉運功kg/m3。LNG的最主要優(yōu)點是體積縮小到標準狀態(tài)能即通過專用小型船舶或罐車將LNG轉運到LNG下氣態(tài)體積的1600左右因此在某些特定條件下,衛(wèi)星站。據(jù)國外經(jīng)驗目前LNG接收站的最小規(guī)模以LNG形式進行天然氣儲運可能比氣態(tài)天然氣更為每年接收300×104t。在役LNG遠洋運輸船主要經(jīng)濟。有MT型( Moss rosenberg型)和CT型( Gas trans采用LNG形式供應天然氣的過程稱為LNG供pot型)其主要區(qū)別在于LNG貨艙結構及其與船應鏈它包括天然氣液化、LNG儲存、LNG運輸和裝體的關系。按1990年的價格水平,艘載貨容積為卸、LNG再氣化等環(huán)節(jié)。根據(jù)液化的目的天然氣12.5×104m3的LNG運輸船造價約為1.7~2億美液化廠通常分為基本負荷型和調峰型?；矩摵尚驮鄳奶烊粴夂＿\成本約為0.40~0.47美分/液化廠的目的是將天然氣以液態(tài)形式運輸?shù)较M(100km·m3)。據(jù)統(tǒng)計1999年全球共有113艘地其特點是全年連續(xù)運行且產(chǎn)量比較均衡。調峰LNG運輸船總運輸能力達到1243.2×10-m3。型液化廠的目的是為天然氣供氣系統(tǒng)提供一種儲氣為了滿足我國東南沿海地區(qū)的天然氣需求國峰方式管道供氣量大于用氣量時多余的家已經(jīng)批準在東深圳和福建湄洲灣建設兩座年接然氣液化后情存于液化的LNc儲罐中當管道供收能中國煤化工接收站及配套的輸氣氣量小于用氣量時將儲存的LNG再氣化并補充到管網(wǎng)CNMHG行建設前期準備工作供氣系統(tǒng)中。儲存ING通常采用低溫、常壓方式,預計2006年投產(chǎn)。根據(jù)規(guī)劃,廣東LNG項目二期儲存溫度在-161℃以下,壓力一般不超過0.03工程將在2015年以前投產(chǎn)屆時其LNG接收能力MPa。LNG儲罐分為地上金屬罐、地上金屬/混凝土將達到600×104ta。罐、地下罐彡婺撅型LNG儲罐的日蒸發(fā)率一般在3、LNG的內(nèi)陸運輸?shù)?2卷第9期吳長春等天然氣的運輸方式及其特點43LNG內(nèi)陸運輸包括罐車運輸和內(nèi)河航運。從瓶組。儲氣瓶組有兩種類型,一種是由許多類似于全球范圍看NG內(nèi)陸運輸?shù)囊?guī)模遠遠小于海運。氧氣瓶的小容積氣瓶組合而成每個氣瓶的幾何容在國外內(nèi)陸運輸主要是作為LNG接收站到衛(wèi)星站積為80L渦一種是由容積較大的導管式儲氣瓶組的一種轉運方式。這種衛(wèi)星站具有LNG接收、儲存合而成每個氣瓶的幾何容積為2m3。CNG拖車的和再氣化設施它既可以獨立地向分散的工業(yè)用戶、裝運能力為3000~5000m3運輸成本為0.15~0中小城鎮(zhèn)或居民小區(qū)供氣也可以作為大型供氣系20元(100km:m3)統(tǒng)的調峰設施。此外預計LNG燃料汽車將會有較與管道輸送方式相比以CNG形式運輸天然氣快發(fā)展屆時內(nèi)陸運輸也將承擔給LNG加氣站供氣具有靈活性強、投資少等特點特別適合于用氣量不的任務。大、用戶距氣源及輸氣干線較遠的情況。近年來河南綠能高科有限責任公司根據(jù)我國國情實施了一種新的LNG供氣方式。該公司在中六、幾種運輸方式的比較原油田建設了一個日液化能力為15×104m3的天然氣小型基本負荷型液化廠其生產(chǎn)的LNG通過專通過對上述幾種天然氣運輸方式的對比可以用汽車罐車運輸?shù)饺珖鞯氐亩鄠€LNG衛(wèi)星站。得到以下基本結論。目前國內(nèi)采用的LNG汽車罐車有3種規(guī)格其幾何(1)長距離輸氣管道是天然氣運輸?shù)淖钪饕饺莘e分別為30m、40m、45m3運輸成本約為0.05式適應范圍廣特別適用于長距離大運量的天然繼綠能高科公司之后新疆廣匯實業(yè)股份有限氣運輸元(100kmm3)(2)在具備海運條件,且管道運距很長的情況公司于2002年開始建設一個日液化能力為150×下ING遠洋運輸船的經(jīng)濟性可能優(yōu)于輸氣管道。10m3的天然氣基本負荷型液化廠預計2003年底當運距超過7000km時前者可能是惟一經(jīng)濟的運投產(chǎn)。該公司擬采用專用集裝箱裝運ING其運輸輸方式。工具可以是汽車或火車。目前國外尚沒有用火車運(3)NG和CNG內(nèi)陸運輸是輸氣管道的有益輸LNG的先例補充主要適用于運量較小和分散供氣的情況。這從目前情況看JNG內(nèi)陸運輸在我國有較大的兩種運輸方式與管道運輸?shù)慕?jīng)濟界限還有待于進市場。隨著幾個進口LNG接收站、國內(nèi)新的基本負荷型液化廠的建成投產(chǎn)以及市場范圍的擴大預計步的系統(tǒng)研究。除了上述幾種運輸方式外,另一種有可能荻得我國的LNG內(nèi)陸運輸將會獲得較快的發(fā)展而且可工業(yè)應用的方式是以水合物形式運輸天然氣。水合能從目前單一的汽車運輸發(fā)展成汽車、火車、內(nèi)河航物是天然氣在一定溫度、壓力條件下與液態(tài)水形成運并舉的局面。的一種白色結晶狀物質。在常壓下形成天然氣水合物的溫度約為-15℃,1m3水合物可以儲存164五、CNG運輸220m3天然氣。天然氣水合物儲運技術在挪威等國已進入實用階段,但由于再氣化速度、水源、脫水CNG是指以高壓狀態(tài)儲存于專用儲罐中的氣等方面的原因這種方法目前在國際上還沒有獲得態(tài)天然氣其壓力一般為20-25MPa。CNG主要有廣泛應用兩種應用方式其一是作為汽車燃料其二是作為民參考文獻用或工業(yè)氣源。在第一種方式中既可直接在CNG,袒油,業(yè)出版被北京)1997母站給CNG汽車加氣也可利用專用鋼瓶拖車將2中國煤化CNG運輸?shù)礁鱾€加氣子站。在第二種方式中首先3NMHGO在母站將天然氣壓縮到CNG專用拖車上的高壓瓶4,自蘭君天然氣經(jīng)濟學石油工業(yè)出版社北京)200組中然后將其運至配氣站最后在配氣站將瓶組中(收稿日期2003405-30)的CNG減壓并輸入到配氣管網(wǎng)或儲氣罐中。CNG編輯張淑英專用拖車的基結構是在平板拖車上安裝高壓儲氣