LNG应用技术发展现状及前景

中国L N G应用技术发展现状及前景一、慨述近年来,随着世界天然气产业的迅猛发展,液化天然气LNG已成为国际天然气贸易的重要部分;与十年前相比,世界LNG贸易量增长了一倍,出现强劲的增长势头;据国际能源机构预测,2010 年国际市场上LNG的贸易量将占到天然气总贸易量的30%,到2020年将达到天然气贸易量的40% ,占天然气消费量的15%;至2020年全球天然气消费量将继续以年2%～3%的增长率增长,而LNG在天然气贸易市场中所占份额也将逐步增大,达到8% 的年增长率; LNG在国际天然气贸易中发展势头如此强劲,地位越来越重要,这都得益于世界LNG 应用技术的发展;世界上普遍认为：液化天然气工业是当代天然气工业的一场革命,其发展已经历了六十多年的历史,形成了从液化,储存,运输,汽化到终端利用的一整套完整的工艺技术和装备;LNG是天然气的一种储存和运输形式,其广泛使用有利于边远天然气的回收和储存,有利于天然气远距离运输,有利于天然气使用中的调峰和开拓市场,以及扩展天然气的利用形式;我国早在六十年代,国家科委就制订了 LNG 发展规划, 六十年代中期完成了工业性试验;四川石油管理局威远化工厂拥有国内最早的天然气深冷分离及液化的工业生产装置,除生产 He 外,还生产 LNG ;进入九十年代,我国进一步开始了液化天然气技术的实践, 中科院低温中心联合有关企业,分别在四川和吉林研究建成了两台液化天然气装置,一台容量为每小时生产方LNG ,采用自身压力膨胀制冷循环,一台容量为每小时生产方LNG,采用氮气膨胀闭式制冷循环;与国外情况不同的是,国内天然气液化的研究都是以小型液化工艺为目标;随着我国天然气工业的发展,在液化天然气技术实践的基础上,通过引进国外技术,第一台事故调峰型天然气液化装置于2000 年在上海浦东建成,第一台商业化的天然气液化装置于2001 年在中原油田建成;这标志着,在引进国外天然气液化技术的基础上,国内天然气液化应用技术开始全面推开,随后在新疆,四川等地相继有多个LNG工厂建成投产,促使我国天然气从液化,储存,运输,到终端使用的LNG应用技术的全面发展;二、中国LNG应用技术发展现状从2001年中原油田建成的第一套商业化天然气液化装置开始,到目前近十年的时间,我国LNG应用技术得到了快速发展,建立起了涉及天然气液化,储存,运输,汽化和终端使用,以及配套装备各个方面,具有中国特色的LNG产业,成为了我国天然气工业发展中的一个重要方面;主要体现在：1、天然气的液化、储存和运输目前,我国已建成近20套LNG生产工厂,总规模达到了年产LNG146万吨,在建和待建的还有10套,总规模达到了年产LNG120万吨;前期的工厂大都是在引进国外技术的基础上,通过消化吸收与国内技术相结合完成,中原天然气液化装置由法国索菲燃气公司设计,使用丙烷和乙烯为制冷剂的复叠式制冷循环;新疆广汇天然气液化装置由德国林德公司设计,采用混合制冷剂循环;而国内已建和拟建的中小型 LNG 液化工厂,其液化设备除主要设备外基本以国产设备为主,配套国产化设备已达到60%;近年来,随着多套小型液化装置的建设,我国已完全能自行设计、制造、安装和调试LNG生产装置;2009 年10 月, 由四川空分设备集团有限责任公司自行设计、制造、安装和调试的宁夏30 万方/天天然气液化装置在银川开发区正式开车成功;该套装置采用带制冷机预冷的氮、甲烷混合介质膨胀制冷工艺流程,是目前国内最大的完全国产化的天然气液化装置;在LNG储运方面,我国在低温液体储罐领域,如液氧、液氮、乙烯储罐,国内已有成熟的设计、建造技术;四川空分设备集团有限公司从20 世纪80 年代开始吸收外国设计,建造储罐的先进技术,近年来自主开发了400～6000方的低温液体储罐,目前已建成该类储罐上百台,其中2000方以上储罐20 多台;在国内主要有堆积绝热、高真空缠绕绝热和真空粉末绝热三种类型的LNG储槽,容积从30～700 方组合不等;而结构形式有立式和卧式两种;根据目前国内大型低温LNG 储罐设计、建造技术现状,我国30000 方以下的LNG 储罐实现自主设计、建造的条件已基本成熟;LNG槽车国内也是近年开始研制的;目前有30 方、40 方和、45 方、50 方等规格;因受车规的限制,目前真空粉末绝热一般以30～35 方为限,而多层绝热可能达40～50 方 ,而且从行走、底盘、制动、照明等方面均有新的改善;目前我国LNG槽车运载能力已达到2000万方规模,总车俩数1000多俩,单车有效容积从最初的29方发展到了51方,具有多家专业生产LNG槽车的企业和专业运输公司;同时,罐式集装箱近年来也得到了大力发展;罐式集装箱一次可装运方、40方或方LNG产品,采用高真空多层绝热,绝热性能好,无损储存时间长,自重轻,运输灵活;可公路,水路,铁路运输,或实现联运;51方LNG运输挂车2、LNG卫星站随着LNG生产装置商业化运行,LNG卫星站也得到了快速发展;以2001年建成投产的山东淄博LNG卫星汽化站为标志,在全国已建成100多座日供气规模在1-60万方的LNG卫星站,主要分布在华南和长三角等沿海经济发达地区;目前LNG卫星站已成为城市燃气调峰和弥补管道天然气不足的重要手段;LNG卫星站LNG卫星站主要具有接卸、储存和汽化功能;我国的LNG卫星站以及陆上运输技术也已基本成熟,高真空粉末和超级真空缠绕式绝热技术得到了快速发展,小型LNG瓶方以下的无损存放期在15 天以上,车载罐和卫星站储罐在75 天以上,LNG卫星站的建造和内陆液态运输设备制造都已完全国产化,同类型同性能产品价格比国外成倍的便宜,极具竞争力;已形成的一整套完善、成熟确保安全的小型LNG运输、储存、气化和使用技术,以及一套有关运输、储存和使用的规范和法规,为我国LNG卫星站的健康发展奠定了基础;3、大型LNG接收站中海油1995年受国家发改委委托,在广东沿海开展前期研究建设大型接收站引进国外LNG资源,1999年底国家正式批准在广东深圳试点建设LNG接收站一体化工程项目,从此开始了我国大型LNG接收站的建设;2003年福建LNG一体化工程项目获国家批准,成为我国第二个正式启动的LNG 项目;随后,三大石油公司分别在辽宁、河北,山东,江苏,上海,浙江,海南、广东,广西的沿海地区开展LNG 项目的前期研究工作,积极推动我国大型LNG接收站的建设;广东接收站一体化项目包括LNG接收终端和输气干线项目,以及配套新建电厂、燃油电厂改造和城市管网等用气项目;供气范围覆盖珠江三角洲和香港特区,输气主干线全长为509 km整个工程分两期完成,一期工程包括接收终端和输气干线,每年进口LNG的量为370 ×104 t/ a,年输气量约为40 ×108 m3/ a；二期工程增加1座10 ×104 m3的LNG储罐,每年进口LNG达700 ×104 t/ a,年输气量约82 ×108 m3 / a;项目一期于2006年5月建成投产,标志着我国成功实现了国外天然气的引进,并通过项目的建设,既引进了大型LNG接收站设计和建造技术,又发展了配套产业,同时培养和锻炼了从事LNG应用技术的人才和队伍;对于大型LNG接收站建设,最关键的应用技术是大型储罐的设计和施工;我国最早建造大型液化气体储罐始于90年代中期,分别在深圳和扬子石化建造了2台8OOOO液化石油气LPG低温储罐和10000方低温乙烯储罐;90年代末,上海建造了我国第一台20000低温LNG 储罐;2002-2005年合肥通用机械研究院等单位,承担原国家经贸委“十五”重大技术装备研制项目专题“20000方液化天然气储罐研制”等课题,着重对9Ni 钢焊接、无损检测和低温绝热材料及结构、LNG 储存安全等进行了研究;大型低温LNG 储罐内罐用低温材料选用是其设计与建造的技术关键之一;现在低温LNG 储罐内罐材料最常用的是9Ni 钢和不锈钢,前者因其强度高、低温韧性好广泛应用于大型低温LNG 储罐,后者主要用于50000方以下的中、小型低温LNG 储罐;长期以来,9Ni 钢及其焊接材料一直依赖进口,这是困扰我国大型LNG 工程建设的一个难题;2005-2007年,太原钢铁集团公司承担科技部863项目“液化天然气储罐用超低温9Ni 钢开发及应用技术”研究工作,成功研制出国产9Ni 钢06Ni9 ,随后合肥通用机械研究院等单位对06Ni9钢的综合材料性能与焊接性能进行了广泛深入的技术实验,结果表明：国产9Ni 钢06Ni9的综合性能指标超过了美国标准ASTM A553/A553MⅠ型和欧盟标准EN 10028的要求,与日本、欧洲按上述美欧标准生产的9Ni 钢水平相当或略高;2007年该钢通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会组织的专家评审,同意用于低温储罐和低温压力容器;中石油在建的江苏南通、辽宁大连两个LNG 项目中的16万方LNG 储罐,内罐低温材料已选用国产06Ni9钢;2009 年9月, 中国石油大连液化天然气有限公司位于大孤山半岛的第一个液化天气LNG 储罐罐顶平稳到达预定位置, 标志着我国第一个自主设计、自主采办、自主施工、自主管理的大型LNG 项目储罐升顶作业一次成功, 为我国独立自主建设LNG项目积累了成功经验;这是我国大型低温LNG 储罐国产化的一个重要里程碑;在施工工艺技术方面,国内已建和正建的低温LNG 储罐,不管其工艺及设备技术来自何方,但储罐建造施工无一例外地都由国内施工队伍完成;因此,国内较早承担大型低温LNG 储罐建造施工的企业,已积累了丰富的经验,并在基础及罐壁混凝土施工、内外罐组装焊接施工和绝热结构施工等方面对国外技术进行了改进;目前,我国在LNG相关设计规范与标准、绝热材料、施工工艺技术等方面所取得的积极进展,以及工程设计与施工企业参与大型低温LNG 储罐设计建造的实践,为我国大型低温LNG储罐国产化打下了一定的基础;4、LNG船运LNG 运输船是造船业公认的技术含量、附加值最高、难度最大的货轮,只有美国、日本、韩国和欧洲的少数几个国家的造船厂能建造;在广东LNG 项目中,为实现“国货国运,国船国造”目标,引入了国内造船企业参与竞标,上海沪东中华船厂在招标中最终胜出,从而为中国造船工业争取到一个重要的发展机遇;中国目前是世界第三大造船国,我国造船企业从90年,就开始积极引进和吸收国外先进的LNG船舶建造技术和经验;沪东中华造船厂早在1997年就开始了研发建造LNG船项目,2000年首先成功制造出LNG液货舱模分段,并获得法国GTT公司,以及BV,ABS,LR;DNV等船级社的认证；江南造船厂1996年开始为争取承建LNG船进行相关技术储备,2002年突破了建造LNG船的核心技术,成功建造了NO96薄膜型LNG船货物维护系统,获得法国船级社颁发的LNG船模舱建造证书;同时又与芬兰玛莎造船公司签订了球罐型LNG船设计转让协议,成功引进新型球罐型LNG船设计技术；大连新船重工于2002年获得了法国船级社,以及BV,ABS,LR;DNV等船级社颁发的LNG船模型舱特殊舱室制作证书,掌握了建造LNG船的核心技术;2008年4月,沪东中华造船厂自主建造的我国第一艘LNG船成功交付,标志着我国基本掌握了世界造船尖端技术;沪东中华造船厂在首艘LNG船的制造过程中已经研发了一批LNG船的建造技术,形成了9项专利,并将集中精力进行LNG系列船型的开发,逐步形成自己的品牌;目前,由沪东中华造船厂建造的5艘LNG船已全部交付业主使用,在该批次LNG船上,国产优质船用钢板和低温不锈钢材料、玻璃棉、低密度刚性绝缘和柔性绝缘等都得到了广泛应用,并获得了船东、船检、专利公司的高度认可;目前在抓紧建造在建LNG船的同时,沪东中华造船厂不断跟踪国内外液化天然气运输的需求和LNG船建造技术的发展,着手研发并向市场推出了拥有自主知识产权的16万立方米薄膜型电力推进LNG船,并成立了大型LNG船研发项目组,开展22万立方米薄膜型电力推进LNG船的设计;5、LNG终端利用我国LNG产业的快速发展,促使了LNG的终端利用,并对相关产业起到了非常大的带动作用;特别是LNG应用技术和储运装备,近几年得到了长足的发展;LNG是天然气的一种独特的储存和运输形式,非常利于降低天然气的储存成本和天然气的远距离运输,同时,天然气通过净化处理和液化,比管道输送的天然气更为洁净;因此LNG在终端使用上有比天然气更独特的特性;一是用于天然气市场的开拓;由于天然气管道建设投资大,许多地区不能及时建设管道,所以对管道气不能及时到达的地区,可用LNG培育和发展市场;二是作为管道气的补充和调峰;三是作为汽车和船代用燃料;LNG 在汽车工业中的发展优势非常明显：着火点低,燃烧清洁环保,无黑烟、无灰渣和焦油,几乎可以自由排放；体积小,能量存储密度大,连续行驶距离通常是CNG 的2 倍以上；安全性能好,储存压力低接近常压,而且密度0.45kg/m3比空气密度0.55kg/m3低,泄漏到空气里也会向空中扩散,不会影响人身安全；燃烧性能好,抗爆性强;三、发展中存在的问题我国液化天然气LNG产业经过近十年的快速发展,在应用工程技术和储运装备上取得了积极进展,具备了小型LNG工厂和LNG卫星站系统的设计和建造能力,储运装备生产能力；同时在大型低温LNG 储罐方面相关的设计规范与标准、绝热材料及结构、施工工艺技术等方面所取得的成果,以及工程设计与施工企业在大型低温LNG 储罐设计建造实践过程中取得的经验,为我国大型低温LNG储罐国产化打下了一定的基础;但是,我国在大型低温LNG 储罐标准以及设计与建造专利技术方面与国外相比仍存在较大差距;这也是目前制约30000方以上LNG 储罐实现自主设计、建造的一个重要因素;目前在建的LNG接收终端系统流程的设计基本上均采用国外技术;从目前我国LNG应用技术发展现状来看,主要还存在以下几方面问题：1、LNG相关规范标准体系不足;没有制定LNG的专用设计规范,以及LNG 质量标准,国际先进的标准也转标不足;国内LNG站设计工作一般参考美国NFPA一59A液化天然气LNG生产、储存和装卸标准2001版;应尽快颁布适合我国自身条件的LNG设计规范,制定施工标准,以指导LNG应用领域的设计、施工安装和运行管理;2、国内在建的LNG接收终端系统流程的设计均采用国外技术,国内仅具有卫星LNG站系统的设计能力,尤其是大型LNG储槽的设计与建造技术基本处于起步状态;研究人员应大力提高该方面的技术水平,开发具有自主知识产权的接收终端工艺流程;3、LNG相关设备、阀门、仪表等对材料和结构的保冷性有特殊要求,国内的设计制造水平与国际水平相差较大,应加强防腐蚀、安全性、可靠性的研究,从而大幅度降低产品成本;4、对LNG项目营运与管理缺乏综合性人才;包括液化厂、接收站、LNG 运输船、槽车、小型气化与液化装置设计制造国产化以及安全生产环保管理、经营管理等领域均需要多方面的技术管理人才;四、LNG应用技术发展前景近十年来,随着气田周边小型LNG工厂,以及沿海大型LNG接收站的建造,中国LNG应用技术得到了大力发展,促使了LNG产业的形成,基本建立起了涉及从天然气液化,储存和运输,到接收,汽化和终端利用各环节相配套的LNG 产业;展望未来,我国天然气需求旺盛,在一次能源中增长最快,液化天然气LNG 产业作为天然气工业的一个重要方面,凭借其自身独特的优势, 将促使天然气在发展方式、发展规模、投资成本、生产消费等方面呈现新的特点,同时进一步带动LNG应用技术的发展;从发展前景主要在以下几方面：1、沿海大型LNG接收站进一步的规模建设,将促使我国LNG应用技术进一步发展和完善;自2006年5月深圳LNG接收站一体化项目投产后,我国陆续投产了福建LNG接收站项目和上海接收站项目,三个项目系统流程设计均采用国外技术;通过项目实施,引进了专利技术,保证了LNG工艺的优化与最新技术的使用,同时锻炼了施工技术队伍;主要新工艺技术体现在,最大限度的收集与处理BOG保证了LNG工艺的安全；全容罐的采用最大限度的防止泄漏与事故；再冷器的利用有利于节约冷源；液体加压作为长输管线的动力有利于节能;海水冷却系统有利于节水节能;工程施工都由国内企业完成;因此,在接收站的建造过程中,国内的工程设计和施工企业都得到了很好的锻炼,并掌握了一定的关键技术;随着更多的大型LNG接收站的建设,将为我国的工程设计和施工企业提供自主设计,施工安装和运营管理的机会,从而促进LNG应用技术的发展;2、城市调峰和供气管网缺乏地区是LNG技术应用的重要方面;我国天然气资源主要分布在人口稀少、经济不太发达的中西部地区,而人口稠密、经济发达的东部及东南沿海地区天然气资源相对不足,资源分布和利用之间存在一定的矛盾;近年来,随着西气东输,忠武线,陕京一、二线,川气东送等跨区天然气管线的建设,实现了天然气从产气区向负荷中心的供应,目前我国有280多座城市使用天然气,2009年天然气消费达到了887亿;由于天然气需求旺盛,以及季节性用量差别大,往往造成地区性供气缺口,所以发展小型LNG调峰生产装置和卫星储备站,是保障城市安全平稳供气的重要手段;同时由于地区性经济发展水平的差别,一些地区管网建设有困难,可采取卫星站的方式实现天然气供应;因此,城市调峰和供气管网缺乏地区是小型LNG调峰生产装置和卫星储备站技术应用的重要方面;同时卫星储备站也是大型LNG接收站在合理经济配送半径内,最好的配套设施;3、汽车和内河航运是LNG技术应用的市场未来;从燃气汽车发展来看,经历了天然气到液化石油气,在到压缩天然气CNG 不平凡的过程,这个过程中关键的因素是资源的供应稳定和技术进步问题;近年来,由于天然气资源的快速增长和管道网络的形成,以及燃气发动机的发展,促使了CNG汽车的大力发展;然而,由于CNG须就近管网布点,在经济上才合理,以及其固有的缺点,限制了CNG加气站的大规模发展；而LNG具有CNG 同样的优点,且更具有比CNG更多的优点;因此,未来LNG车用的发展具有很大的潜力;其发展趋势主要体现在以下几方面:LNG撬装加气站1、在非管网覆盖区,以及沿海和江河地区,LNG将成为主流趋势;由于LNG是液态,非常便于经济可靠地远距离运输,在陆上,通常用20～50 m3相当于12000～30000N m3天然气的汽车槽车象运输汽柴油那样将LNG 远送到LNG汽车加气站,或LNG卫星站；也可根据需要用火车槽车,集装箱运输；在海上,通常用大至12～13万m3的 LNG轮船,进行长途运输；内河可用万m3左右的LNG船,或集装箱运输;因此,在非管网覆盖区,以及沿海和江河地区,建设LNG卫星站和汽车加气站不受天然气管网的制约,从而促使这些地区LNG业务的发展;目前,我国已有多个LNG工厂投产,沿海地区已有三座LNG 接收站,未来还将有多个接收站建成,由此可以认为,未来这些地区LNG将成为发展的主流趋势;2、城际长途交通将大力发展LNG汽车；使用LNG的汽车,由于LNG能量密度大,续使里程长;国外大型LNG货车一次加气可连续行驶1000～1300km,非常适合长途运输的需要;国内410升钢瓶加气一次在市区可连续行驶约400km,在高速公路加气一次可连续行驶约700Km以上;因此,特别适合长途大型客车和重型卡车作为燃料使用;目前,我国道路运输平均运距：客运为46.5公里,货运为171.5公里;表明道路货运在跨区间中长途运输、道路客运在短途出行服务中发挥着骨干作用;若在交通枢纽地区和高速公路沿线建设LNG加气站,势必促使城际长途交通大量使用LNG,从而促使使用LNG的汽车得到大力发展;LNG汽车加注3、连网的高速公路将是LNG加气站发展的首选；LNG的优势决定了LNG特别适合大型的长途运输车辆;目前,我国高速公路总里程达到万公里,至2010年,中国新建高速公路将达到万公里以上,总里程将达公里;“十一五”期间,交通部将着手组织实施国家高速公路网规划,五年后,中国东部地区基本形成高速公路网,长江三角洲、珠江三角洲和京津冀地区形成较完善的城际高速公路网,国家高速公路网骨架也基本形成;而据统计,2008年公路客运量和旅客周转量在综合运输体系中所占比重分别为%和%；公路货运量、货物周转量在综合运输体系中所占比重分别为%和%;完善的公路网络和庞大的运量将促使大量的运输车辆的发展,特别是大型车辆;因此,连网的高速公路将是LNG加气站重要的发展区域,并且也是最有潜力的区域;4、内河航运是LNG发展潜力非常大的市场；包括LNG运输和LNG作为船用燃料;内河航运具有运量大、成本低的优势;我国幅员辽阔,大江大河横贯东西、支流沟通南北,江河湖海相连,构成了天然内河航运网;流域面积在100km2以上的河流有5万多条、约43万公里长,大小湖泊900多个,大多水量充沛,常年不冻,为发展内河航运提供了优越的自然条件;2008年水路货运量、货物周转量在综合运输体系中所占比重分别达到了%和%; 内河航运将是我国交通发展的又一新领域相对高速公路和铁路;这势必将促使LNG作为船用燃料LNG和船运LNG的发展;目前由国内韩中深冷公司自行研制的首套船用LNG燃料系统已经通过了挪威船级社认证;该系统具备LNG储存、气化及天然气调压、供气功能,将为1艘在北欧海域运营的大型滚装船配套,为船上的燃气发动机提供燃料;今年5月份,该公司还将交付第二套同类设备;而船运LNG已相当成熟,我国已能自行建造大型的LNG运输船;因此,内河航运是LNG发展潜力非常大的市场;从以上趋势可以看出,在LNG资源充分保证的前提下,未来汽车和内河航运是LNG技术应用的主要市场;总之,LNG利用市场在中国的大力发展,为中国LNG应用技术的发展提供了广阔的空间,势必将进一步促使中国LNG工业的快速发展;。