天然气的运输方式及其特点

2003年油气储运天然气的运轴方式及其特点吴长春张孔明石油大敩北京))(中原石油勘探局天然气应用技术开发处)吴长春张孔明天然气的运输方式及其特点油气储运2003229)39~43摘要作为一种清洁、高效的优质能源天然气在大多数发达国家得到了普遍应用。在21世纪初的几十年中随着西气东输等工程相继投产天然气在我国能源结构乃至整个国民经济中的地位将不断提高。运输是天然气供应链中的重要环节在很大程度上影响着天然气供应和消费的经济性。介绍了天然气的各种运输方式及其技术、经济特点指出管道是天然气运输的主要方式,各种非管道运输方式是管道运输的有益补充。主题词天然气供气系统运输方式特点境质量的要求越来越高对清洁能源的需求日益迫引言切这在很大程度上推动了我国天然气需求量的增长。特别是在东部沿海地区天然气供气系统的建21世纪将是天然气的世纪这是自20世纪90设成为政府、企业和社会公众密切关注的热点问题年代以来流行于国际能源界的一种说法,它表明本2000年我国的天然气消费量约为270×103m3有世纪天然气将在国际能源结构中扮演越来越重要的关部门的预测资料表明2005年、2010年和2015年角色。天然气是由多种组分构成的气体混合物其的需求量将分别达到643×108m3、1123×10°m3和主要成分为可燃的烃类气体。根据天然气的来源可1752×10°m3。目前我国探明的天然气地质储量将其分为4种类型即从气井中开采出的气田气、从已超过3×10"2m3其中塔里木、四川、陕甘宁三大油井中与原油一起采岀的石油伴生气、含有液态轻盆地和南海、东海海域的天然气储量为我国的天然烃的凝析气田气以及从地下煤层中采岀的煤层气。气供应提供了重要资源保证。此外,为了全方位满般来说氕气田气和煤层气中重烃组分(指分子量足国内经济发达地区的天然气需求国家正在积极大于甲烷分子量的烃〕的含量比石油伴生气和凝析筹备俄罗斯至中国的跨国输气管道,以及若干个气田气低相应地气田气和煤层气的热值一般低于LNG进口码头的建设。可以预见,未来20年将是石油伴生气和凝析气田气。气田气和煤层气的发热我国天然气工业发展的高峰期与石油相比天然气值通常为33000kJ/m3左右比人工煤气高一倍以具有3个基本特点。上而石油伴生气和凝析气田气的发热值往往更高。(1)在常温、常压下为气体且能量密度低作为燃料天然气广泛应用于发电、集中供热、加工(2)可压缩性很强。制造业商业服务业、居民家庭等。采用天然气作为(3)流动性好。汽车燃料是近年来的一种发展趋势可以大大减少这些特点决定了管道是运输天然气的最合适方汽车尾气中的污染物含量。此外天然气还是一种式。事实上目前世界上的天然气运输基本上是由重要的化工原料。管道承担的特别是在陆上管道几乎是天然气的唯近年来随着我国国民经济持续快速的发展和运输方式。然而在某些特殊条件下利用车船等人民生活水平的不断提高社会公众对城市大气环运载工具以CN压缩天然气)或LNG方式运输天油气储运2003年然气可能比管道更经济。作为天然气供应链中的重在运行寿命期内压力变化大等特点。长距离输气管要环节运输方式的选择将在很大程度上影响天然道的仼务是将净化处理后的天然气输送到城市门站气供应和消费的经济性。鉴于此将结合天然气的或大型工业用户。天然气城市输配管网的任务是将特性概要介绍它的各种运输方式及其技术、经济特来自长输管道或其它气源的天然气输送、分配到毎点对我国天然气运输方式的选择和供气系统规划用户。大城市的输配气管网的规模可能相当大具有参考价值。以至于其建设工程量和投资可能会超过为它供气的长输管道。这类管道的压力等级和管径范围均较二、天然气供气系统宽超高压配气干线的压力可达4MPa而入户管道的压力不超过5kPa配气干线的直径可达1m以天然气从油气田井囗到终端用户的全过程称为上而入户管道的直径一般只有20mm天然气供应链这条供应链所涉及的所有设施构成虽然矿场集输和城市输配也属于天然气运输的的系统称为天然气供气系统。一个完整的天然气供范畴但由于这两个环节几乎只采用管道一种运输气系统通常主要由油气田矿场集输管网、长距离输方式故此处只讨论天然气的长距离运输。长距离气管道或管网、城市输配气管网、天然气净化处理运输是指将经过净化的商品天然气以某种形式运输厂、储气库(地下储气库或地面储罐)等几个子系统到输配气系统的接收站其运距一般超过100km。构成在某些情况下还包括天然气的非管道运输系统。这些子系统既各有分工又相互连接成一个统长距离输气管道的一体化系统其总目标是尽可能保证按质、按量、按时向用户供气同时做到安全、可靠、高效、经济运1、基本结构1行以获得最佳经济与社会效益。如果将天然气的条长距离输气管道一般由输气管段、首站、压勘探开发、储运和销售分别看成是天然气供气系统气站、中间气体接收站、中间气体分输站、末站、清管甚至整个天然气工业的上、中、下游的话测可以说,站、干线截断阀室、线路上各种障碍水域、铁路、地天然气供气系统或天然气工业是上、中、下游一体化质障碍等)的穿跨越段等部分组成。的其中任何一个环节出现问题都将影响一个国家首站的主要功能是对进入管道的天然气进行分或地区的天然气供气系统甚至整个天然气工业的正离、调压和计量同时还具有气质检测控制和发送清常运行和发展。由此可见,个供气系统的规划、建管球的功能。如果输气管道需要加压输送则在大设和运行管理是一项巨大的系统工程必须对其上、多数情况下首站同时也是一个压气站中、下游的各个环节统筹兼顾、统一规划、统一调度、中间气体接收站的主要功能是收集来自支线或统一管理才能获得良好的经济和社会效益。管道沿线气源的天然气中间分输站的主要功能是天然气供气系统的一个突出特点是用气量的时向管道沿线的支线或用户供气。在中间接收站或分间不均衡,由此产生了该系统固有的一个关键问输站通常设有天然气调压和计量装置某些接收站题——供气调峰所谓供气调峰是指采取适当的措或分输站同时也是压气站。施使天然气的供气量和用气量随时保持动态平衡。压气站是输气管道的心脏其功能是给气体增根据调峰周期的长短可以将调峰分为季调峰、日调压以维持所要求的输气流量,一般情况下两个压气峰、小时调峰等几种类型。为了解决调峰问题并提站的间距在100~-400km之间。压气站的主要设备高供气的可靠性现代大型天然气供气系统一般都是输气压缩机组,包括气体压缩机(离心式或往复设有地下储气库或其它设施作为调峰与应急供气的式)和与之配套的原动机。离心压缩机采用燃气轮手段机或电机驱动往复压缩机通常采用天然气发动机天然气矿场集输管网输送的介质是未经净化处驱动。现代输气管道大多采用燃气轮机-离心压缩理的油气井产物甚至有可能是直接从油井中产出机组在同一个压气站内通常设置多套输气压缩机第22卷第9期吴长春等天然气的运输方式及其特点41称为压气站的压比我国输气管道设计规范推荐其最大经济输送距离与输送能力密切相关输送能力取值范围为1.2~1.5)下运行因此绝大多数压气越大最大经济输送距离就越长。因此输气管道特站都采用并联方式。为了便于调节输气管道的流量别适用于大运量的天然气运输。随着运量减小输和压力大多数输气压缩机都可以在较大范围內实气管道的最大经济输送距离可能小于实际运输距现无级调速离此时采用CNG或LNG散装运输方式有可能比凊管站的主要功能是发送、接收清管器,可以管道运输更经济。与其它站场合建在一起也可单独建站定期清除管输气管道的运行能耗是输气成本的组成部分。道中的杂物(如水、液态烃、机械杂质和铁锈等)假设毎座压气站的输气压缩杋组均采用管道本身输清管站的间距一般为100~150km。送的天然气作为能源则一条5000km的输气管道若输气管道末站直接向城市输配气管网供气,的燃气消耗量的数量级为输气量的10%对于长度则被称之为城市门站。末站具有分离、调压、计量的为250~500km的管道相应的数量级为1%3。功能有时还兼有为城市供气系统配气的功能3、发展概况干线截断阀室是为了及时进行事故抢修、防止现代意义上的输气管道已有近120年的发展历事故扩大而设置的。根据管道所经过地段的地区等史。在北美、苏联和欧洲,天然气管道已连成地区级不同根据人口和建筑物密度等因素,可以将管性、全国性乃至跨国性大型供气系统全球输气管道道经过地区划分为4个等级),干线截断阀室的间总长度超过140×104km其中直径1m以上的管道距在8~32km之间。此外还应在管道穿跨越段两超过12×10km。20世纪70、80年代是全球输气侧设置干线截断阀。管道建设高峰期世界上几条最著名的输气管道几为满足调峰和应急供气的需要在输气管道终乎都是这一时期建成的如横穿地中海的阿尔及利点附近通常建有配套的地下储气库或地面储气站。亚至意大利输气管道、西西伯利亚至苏联中央地区地下储气库主要用于季调峰和应急供气地面储气的输气走廊(包括6条管径为1420mm的管道总站一般只用于日调峰和小时调峰。由于天然气具有长度约2×104km总输气能力达到2000×103m3可压缩性因此输气管道末段也具有一定的储气调a美国和加拿大合建的阿拉斯加公路输气系统峰能力在大多数情况下可以用其取代地面储气站。期工程等。本世纪已建成的最著名的输气管道是加2、主要技术和经济特点拿大至美国的联盟管道全长2988km在沿线不同天然气本身的固有特性决定了管道是其最合适的管段上分别采用914mm和1067mm两种管径的运输方式它适用于整个天然气供应链上的每一设计压力为12MPa,目前的年输气能力约为130个运输环节。作为连接气源和输配气系统的纽带,10°m3。这条管道的一个突出特点是输送富气,即长距离输气管道具有距离长(一般从几百公里到几乙烷、丙烷等重烃组分含量较高的天然气。千公里)管径大一般在400mm以上)输量大、输1963年我国建成第一条输气管道——巴渝管送压力高(一般高于4MPa)可以连续运行、投资规道。直到20世纪80年代中期我国的输气管道还模大等主要特点。主要分布在川渝地区。自90年代以后我国天然气输气管道的输送能力与管道直径的2.5次方成管道的发展步伐显著加快相继建成了陕京输气管正比因此增大管径是提高管道输送能力的最有效道、南海崖13-1气田至香港输气管道、涩宁兰输气措施。例如,一条直径为1420mm、输送压力为管道、东海平湖气田至上海输气管道。目前我国的7.5MPa的输气管道相当于3条直径为1000mm、输气管道建设已进入一个快速发展期多条长距离输送压力为5.5MPa的管道但前者可以节省钢材大口径输气管道(包括从俄罗斯引进天然气的跨国19%,节省投资35%。管道)经或即将开工建设其中正在建设的西气长距离输气管道的输送成本在很大程度上取决东输管道是一项世界级大型管道工程该管道西起于其输送能力和输送距离。一般而言在距离一定塔里木盆地的轮南首站东至上海白鹤镇的末站全油气储运2003年量增长情况提高到200×103m3/a。该管道的预算0.04%~0.1%之间。LNG的运输方式包括水运和投资为435×10元人民币如果加上与之配套的气陆上罐车运输。LNG再气化的目的是将液化天然田及城市输配气系统测则整个西气东输工程的投资气重新转化为气态以便向用户供气。再气化过程是预算高达1200×10元。预计到2020年左右全国在专用蒸发器中进行的,它分为开式管架蒸发器将形成多个大型地区性输气管网从现在开始的10(ORV)淹没燃烧式蒸发器(SCV)和空温式蒸发20年将是我国输气管道建设的高峰期器近几十年长距离输气管道的发展趋势主要体2、ING海运现在以下几个方面作为天然气的一种运输方式进口LNG的运输〔1)平均运距增大。目前世界上最长的单根输主要是通过远洋专用船舶实现的。据文献资料4气管道是俄罗斯的亚马尔管道全长4451km。介绍当海底管道和陆上管道的运距分别超过1400(2)输气管道的最大口径可达1420mm。km和3800km时其输送天然气的成本将高于采(3滈高压力。目前陆上输气管道的最高设计压用LNG船运方式的综合运输成本(包括天然气液力为12MPa海底输气管道为21MPa。化、储存、装卸和再气化的费用)。目前LNG海运(4)自动化遥控。目前普遍采用 SCADA系统已在国际天然气贸易中占有重要地位运距超过7对输气管道或管网实施集散控制。000km的天然气运输几乎都采用这种方式。2002(5邢形成大型供气系统。年全球ING贸易总量为10180×10t约占天然气(6)向极地和海洋延伸。总贸易量的26%海运是LNG供应链中的重要环节它承担着从四、LNG运输基本负荷型液化厂到LNG接收站的长距离运输任务。据统计JNG海运费用占LNG供应链总费用的1、LNG供应链20%~55%。基本负荷型液化厂通常建在海边并有在常压下当温度降至-163℃时天然气由气配套的装运码头。LNG接收站的功能是接收、储存体转化为液体即所谓的LNG。LNG是一种无毒、和再气化LNG气化的天然气将进入常规的天然气无色、无气味的液体在-163℃下的密度约为425输送管网。此外,某些接收站还具有LNG转运功kg/m3。LNG的最主要优点是体积缩小到标准状态能即通过专用小型船舶或罐车将LNG转运到LNG下气态体积的1600左右因此在某些特定条件下,卫星站。据国外经验目前LNG接收站的最小规模以LNG形式进行天然气储运可能比气态天然气更为每年接收300×10t。在役LNG远洋运输船主要经济。有MT型( Moss rosenber型)和GT型( Gas trans采用LNG形式供应天然气的过程称为LNG供port型)其主要区别在于LNG货舱结构及其与船应链它包括天然气液化、LNG储存、LNG运输和装体的关系。按190年的价格水平,艘载货容积为卸、LNG再气化等环节。根据液化的目的,天然气12.5×10m3的LNG运输船造价约为1.7~2亿美液化厂通常分为基本负荷型和调峰型。基本负荷型元相应的天然气海运成本约为0.40~0.47美分液化厂的目的是将天然气以液态形式运输到消费(1000km·m3)。据统计1999年全球共有113艘地其特点是全年连续运行且产量比较均衡。调峰ING运输船总运输能力达到1243.2×10·m3。型液化厂的目的是为天然气供气系统提供一种储气为了满足我国东南沿海地区的天然气需求圃调峰方式当管道供气量大于用气量时将多余的天家已经批准在广东深圳和福建湄洲湾建设两座年接然气液化后储存于液化厂的LNG储罐中当管道供收能力为300×104t的LNG接收站及配套的输气气量小于用气量时将储存的LNG再气化并补充到管网目前这两个项目正在进行建设前期准备工作供气系统中。储存LNG通常采用低温、常压方式,预计2006年投产。根据规划广东LNG项目二期储存温度在-161℃以下,压力一般不超过0.03工程将在2015年以前投产届时其LNG接收能力第22卷第9期吴长春等天然气的运输方式及其特点43LNG内陆运输包括罐车运输和內河航运。从瓶组。储气瓶组有两种类型,一种是由许多类似于全球范围看LNG內陆运输的规模远远小于海运。氧气瓶的小容积气瓶组合而成每个气瓶的几何容在国外内陆运输主要是作为LNG接收站到卫星站积为80L冯一种是由容积较大的导管式储气瓶组的一种转运方式。这种卫星站具有LNG接收、储存合而成每个气瓶的几何容积为2m3。CNG拖车的和再气化设施,它既可以独立地向分散的工业用户、装运能力为3000~5000m3运输成本为0.15~0.中小城镇或居民小区供气也可以作为大型供气系20元(100kmm3统的调峰设施。此外预计LNG燃料汽车将会有较与管道输送方式相比以CNG形式运输天然气快发展届时内陆运输也将承担给LNG加气站供气具有灵活性强、投资少等特点特别适合于用气量不的任务。大、用户距气源及输气干线较远的情况。近年来河南绿能高科有限责任公司根据我国国情实施了一种新的LNG供气方式。该公司在中六、几种运输方式的比较原油田建设了一个日液化能力为15×104m3的天然气小型基本负荷型液化厂其生产的LNG通过专用汽车罐车运输到全国各地的多个LNG卫星站。通过对上述几种天然气运输方式的对比,可以得到以下基本结论。目前国内采用的LNG汽车罐车有3种规格其几何(1)长距离输气管道是天然气运输的最主要方容积分别为30m3、40m345m3运输成本约为0式适应范围广特别适用于长距离、大运量的天然元(100km·m3)继绿能高科公司之后新疆广汇实业股份有限气运输(2)在具备海运条件,且管道运距很长的情况公司于2002年开始建设一个日液化能力为150×下LNG远洋运输船的经济性可能优于输气管道。104m3的天然气基本负荷型液化厂预计2003年底当运距超过7000km时前者可能是惟一经济的运投产。该公司拟采用专用集装箱装运LNG其运输输方式。工具可以是汽车或火车。目前国外尚没有用火车运(3)LNG和CNG内陆运输是输气管道的有益输ING的先例。从目前情况看ING内陆运输在我国有较大的补充主要适用于运量较小和分散供气的情况。这两种运输方式与管道运输的经济界限还有待于进一市场。随着几个进口ING接收站、国内新的基本负荷型液化厂的建成投产以及市场范围的扩大预计步的系统研究。我国的LNG内陆运输将会获得较快的发展而且可除了上述几种运输方式外,另一种有可能获得工业应用的方式是以水合物形式运输天然气。水合能从目前单一的汽车运输发展成汽车、火车、内河航运并举的局面。物是天然气在一定温度、压力条件下与液态水形成的一种白色结晶状物质。在常压下形成天然气水合物的温度约为-15℃,1m3水合物可以储存164五、CNG运输220m3天然气。天然气水合物储运技术在挪威等国已进入实用阶段但由于再气化速度、水源、脱水CNG是指以高压状态储存于专用储罐中的气等方面的原因这种方法目前在国际上还没有获得态天然气其压力一般为20~25MPa。CNG主要有广泛应用。两种应用方式其一是作为汽车燃料其二是作为民参考文献用或工业气源。在第一种方式中既可直接在CNG1,王志昌输气管道工程石油工业出版社北京)1997母站给CNG汽车加气也可利用专用钢瓶拖车将2,GB50251-%4输气管道工程设计规范CNG运输到各个加气子站。在第二种方式中首先3,R埃贝哈德燃气供应技术手册199在母站将天然气压缩到CNG专用拖车上的高压瓶4,自兰君天然气经济学石油工业出版社北京)200组中然后将其运至配气站最后在配气站将瓶组中(收稿日期2003405-30)