LNG储存与运输技术现状分析

　　近年来液化天然气(Liquefied natural gas，简称LNG)工业发展迅速，LNG供应量稳步增加。经过美国能源部许可，2014年美国20个LNG出口项目获得批准。预计未来几年内LNG的供应将进一步增加。LNG工业链包括天然气预处理、液化、储存、运输、接收、再汽化、销售等环节。发展液化天然气的初衷是方便运输和降低天然气运输成本，因此LNG的储存与运输在整个LNG工业链中占据非常重要的地位。

　　1 LNG储存技术发展现状

　　天然气的大规模储存可采用地下储气库和LNG两种方式。有关数据表明，地下储气库垫层气量大，投资回收率低，仅为天然气投资回收率的85%，而以LNG形式储存回收率高达98%。我国现状是小型压力罐较多，常压大型储罐较少，无LNG储气库。

　　1.1地下LNG储气库

　　相对于地上储气库来说，地下储气库虽然在成本费用、环境保护等方面具有不可比拟的优势，但是对于LNG来说，液化温度为－162℃，储库的围岩在这种情况下将受到低温的影响，造成岩体破碎，导致LNG的大量泄漏和蒸发损失，因此在稳定度较差的地下洞室储存LNG会很困难。

　　到目前为止，国外也仅有少部分用不锈钢保温层作为LNG的密封层地面储存槽来储存LNG的实例。阿尔及利亚阿尔泽的地下储气库利用冻土层地下洞穴来储存LNG，仍然无法避免泄漏问题。由于无法直接在岩洞中储存LNG，韩国通过对岩体冷却理论的深入研究，对使用隔热气密衬砌系统地下岩洞储存LNG技术进行了探索研发。

　　2001年，第一座衬砌水封LNG地下岩洞库在韩国大田试验成功，其结果表明地上库和半地下库的运营成本远高于地下库。而目前我国在这一方面仍处于空白。

　　1.2地下LNG储罐

　　地下LNG储罐内壁及保温层与地上储罐基本相同，常用的储罐内壁材料主要为9%镍钢、不锈钢或铝合金，保温层材料为珍珠岩和硬质聚氨酯泡沫。外罐一般采用钢筋混凝土壁和预应力混凝土壁，上有碳钢拱顶，拱顶下有上覆玻璃纤维毯保冷层的铝质吊顶。地下LNG储罐具有占地少、安全性极高、储存液体不易溢出、抗震性能强、耐久性等特点。

　　日本为全球地下LNG储罐建造技术较为领先的国家，由于该国家天然气资源稀缺，故也是最大的LNG进口大国，有近20座储罐在役。日本东京燃气有限公司在横滨新建的LNG基地中，采用气浮工艺、空气支撑技术，同时通过储罐侧壁与筒底的刚性结合方式建造储罐，取得了良好的成效。

　　目前，日本已建成了25万m3的地下LNG储罐，该容量已达到世界先进水平。地下储罐相对于地上储罐具有安全性高、土地利用率高等优势，我国在此领域并没有相应的研究成果。

　　1.3地上LNG金属混凝土储罐

　　根据地上LNG金属混凝土储罐内壁材料的不同，通常分为预应力混凝土型储罐和薄膜型储罐两种。一般大型储罐都采用预应力混凝土型，外壳材料主要为预应力混凝土，内筒为低温的金属材料。薄膜型储罐内筒材料有殷瓦钢和不锈钢两种。日本是全球建造大型LNG储罐最多的国家，其拥有的储罐数量占了全球LNG储罐的62%。据报道，日本大阪煤气公司日前在建可储存23万m3的LNG储罐。

　　此外印尼、文莱和阿尔及利亚等LNG输出国以及英、法等LNG进口国均建有大量大型常压LNG低温储罐。韩国天然气公司建造了世界第一批最大的27万m3的LNG储罐。与众多发达国家相比，我国LNG储罐大多为中小型压力罐，目前我国已经具备自主设计和建造大型LNG低温常压储罐的能力。

　　我国东部沿海10余个LNG接收站的储罐容量全部为16万m3。我国目前最大储罐为中石油江苏液化天然气公司如东接收站的20万m3全容储罐。

　　2 LNG运输技术发展现状

　　LNG运输有着不同于天然气管道运输的巨大优势，特别是在跨洋运输方面，主要采用LNG船运输。船运LNG成本较低，仅为天然气管道输送的1/7左右。船运LNG不仅能有效规避由于气源不足铺设管道而引起的风险，而且天然气通过液化前的净化处理，含有的有害物质更少，更有利于环保。长距离的LNG运输可以采用船运和铁路运输，短途则可利用LNG槽车或罐箱运输，以及内河水运，其中槽车运输逐渐成为公认的相当可靠、成本最低的LNG流运作模式。

　　2.1槽车运输

　　槽车运输包括两种:公路运输和铁路槽车运输。研究表明，1000km或更短的距离为公路运输的范围，超过1000km以上则选择铁路油罐车更为经济。目前，国内相关技术已非常成熟，完全实现了国产化。对于单辆槽车来说，液化天然气水容积最大，已发展到52.8m3，最大工作压力0.7MPa，最大充装天然气量3.3万m3，槽车行驶速度平均为60km/h。经跟车测量，运送中LNG槽车的储罐内压力基本稳定，紧急停车时压力会上升0.02MPa左右，停车过程中安全阀无泄露，LNG无损失。

　　在安全性方面，许多LNG槽车在设计时为了提高罐容，将径向支撑结构放置在罐壁外，这虽然增大了罐内储存容积，但减小了储存容器的稳定程度，存在一定程度的安全隐患。

　　2.2LNG运输船

　　跨海船运是LNG国际远洋贸易采用的一种主要形式。现在生产LNG运输船的国家主要集中在亚洲。韩国大宇、三星以及日本三菱已成为世界主要LNG运输船制造商，但造船的核心技术被法国GTT等北欧公司垄断。目前LNG运输船的最大容量为26万m3。作为世界第三大LNG船制造国，我国在20世纪90年代中期才开始进行LNG船的技术研发工作。2015年1月我国建成目前第一艘具有完全自主知识产权且设计容量为17.5万m3的LNG船“大力水手号”。

　　LNG船根据液货仓系统不同可分为独立型和薄膜型两种。目前独立B型和法国GTT公司开发的薄膜型占据整个市场，薄壁型储罐主屏壁采用36%镍钢，次屏壁为36%镍钢或铝箔纤维，其蒸发率可以控制在0.10～0.15%/d。由于薄膜型船的优良性能，三星重工自主研发了在蒸发率和装载限制要求方面具有明显优势的SCA薄膜型LNG围护系统。

　　由于我国政府在LNG进口项目的规划中明确规定，必须采用国内运输的FOB贸易模式，我国仅能依靠自有的6艘LNG运输船承运LNG到指定接收站，其余合同和现货LNG全部依赖租赁船舶进行承运。我国LNG船队运力不足成为制约LNG贸易的重要因素之一。

　　2.3管道输送

　　目前LNG管道只用于天然气液化装置和LNG的装卸操作设施，还没有长距离管道输送LNG的实例。研究表明，用管道长距离输送LNG具有技术可行性，而LNG长输管道建设最大的问题在于，使用的材料是否在低温条件下仍能保持良好的性能，为了防止BOG(闪蒸汽)的产生，必须在中间设置LNG冷泵站。

　　因此，LNG长输管道的投资回收率初期较低，存在建设风险。随着海底低温管道技术的不断进步，LNG的高效运输距离已经达到了32km，这说明LNG长距离管输在技术上是可行的，随着近年来天然气需求的不断攀升，管道输送成为一种趋势。

　　2.4LNG罐箱运输

　　中国的小型LNG生产—罐箱运输—卫星气化站供应链已逐渐形成，这种产业链成为世界上最大的、低成本、技术领先的运作模式。LNG罐式集装箱的运输方式，特别是近年来出现的LNG储罐多联运输，具有经济、灵活、稳定的特点，将成为集装箱物流和沿海LNG接收站的重要通道。

　　LNG储罐，尤其是圆柱加方框冷保温集装箱，采用高真空多层绝热，运输具有很大的灵活性，可以克服新开辟的天然气市场折旧成本太高的缺陷，加快LNG的进一步应用。

　　3我国LNG储存与运输技术面临的一些问题

　　经过40余年的发展，我国已建成了一条较完备的LNG产业链，满足了天然气高效运输的需要，但同时存在诸多问题。

　　首先在LNG储存方面，虽然我国目前具有自主承建大型储罐的能力，但是罐内泵和低温阀门等部分材料和设备依赖进口，使得LNG项目的建设成本居高不下；我国尚未颁布专门的大型低温LNG储罐设计与建造规范，LNG行业标准体系也未完全建立起来，与国外存在显著差距。同时，没有适合国内LNG项目建设的相关制度和标准，使得工程完全依照国际化标准建设，没有根据我国的地理情况和环境特征，造成不必要的建设成本;LNG储罐建

　　设方面，升顶技术研究的欠缺成为制约储罐大型化建设的重要因素。

　　在LNG运输方面，LNG船的建造、设计要求极为苛刻，我国造船业的建造模式、冶金及材料等相关行业的发展水平等都是制约我国发展LNG船的因素。主要船型薄膜型专利技术被法国GTT公司垄断，使得LNG船厂必须付出高额的专利费，因此开发拥有自主知识产权的LNG货物围护系统迫在眉睫。

　　同时我国造船效率相比韩国、日本来说较低，增加了建造的时间成本，核心部件和技术国产化成为我国LNG造船业面临的主要问题。目前我国在一些LNG船用关键部件上仅初步实现了国产化，在LNG船液货舱围护系统方面的绝缘箱、殷瓦管及殷瓦三面体制造等进行了相关研究，但技术并不成熟，国产36Ni殷瓦钢并不符合IGC和USCG规范中E级钢等低温钢的要求，已被国家发改委列入“十三五”重点项目。

　　4我国LNG储存与运输技术的发展趋势

　　虽然全球天然气消费进入疲软期，LNG贸易却迅猛增长。自2000年以来，LNG贸易年均增长1.3倍，增速超过管道气;LNG贸易与管道气贸易之比由25∶75变为31∶69;转口贸易也迅速增长，由欧洲流向亚太和拉美。2013年中国进口LNG贸易量占全球的32.4%，成为第三大LNG进口国。（2017年中国已经超越韩国成为第二大进口国，仅在日本之后。）

　　据英国能源咨询公司道格拉斯－韦斯特伍德(DW)发出的报道，未来5年全球LNG行业总体呈上升趋势，投资总量要比过去5年增加90%，预计将接近2590亿美元。在当前中国对环保问题愈加重视的情况下，LNG作为清洁能源格外受到关注。天然气产业将进入前所未有的高速成长期。

　　大型LNG船建造运营、提高运输装备、浮式海上接收平台逐渐成为发展的新趋势。

　　(1)LNG储罐超大型化。储罐越大，LNG单位成本就会越低，越节省钢材、单位投资也会减小，同时布局紧凑，总体占地面积也会变小。对新型绝热结构与绝热材料的研究需要进一步深化。

　　(2)LNG船朝着高能效、高载货率方向发展。由DNVGL联合现代重工(HHI)、GTT和船东Gaslog共同开发最先进的新一代LNG运输船概念———LNGreen对外发布。该船舶概念显著地提升了环境足迹，改善了汽化损耗率并增加了货物装载量。与现有船舶相比，该概念船能更好地适应未来的贸易模式。

　　(3)在LNG船储罐用材方面，低温铝材相比镍合金而言更经济、更安全，具有优良的低温力学性能和抗腐蚀性，可以预见，铝材将成为镍钢的最具潜能的替代材料;

　　(4)中小型LNG船近年来逐渐成为LNG船型发展的一个新趋势，这种小型船造价低廉，适于内陆运输，运营周期短，适应于市场需求，不过目前研究资料甚少，技术也并不成熟。

　　(5)LNG管道密相输送工艺技术。即使管道内运行工况位于液相密相区，温度控制在饱和温度之下，操作压力控制在饱和压力之上，且需在管道沿线每隔一段距离设置泵站和冷泵站。

　　(6)新型海上集LNG的生产、储存于一身的LNG－FPSO(浮式生产储油卸油装置)技术。该设施适用于油田伴生气的回收和边际气田的浮式LNG接收终端。既简化了过程，又降低了成本，目前无实际应用，仍有待进一步发展。

　　(7)LNG－FSRU(浮式LNG存储再气化装置)一般配备储存和再气化LNG的模块装置，因此既可作为LNG接收站具有气化LNG的功能，又有替代陆上LNG储罐储存LNG的功能。使用LNG－FSRU比常规的LNG接受终端可以有效地节约技术投资，并且可以提高供气的灵活性。

　　(8)数字化与智能化发展趋势。我国大型LNG接收终端努力开发仿真模拟优化技术，实现LNG运输的远程控制可以有效地避免安全问题的出现，例如采用GPＲS通信技术、传感器、射频读卡器等对运输装置进行远程操控。

　　5结语

　　在LNG储存方面，我国储罐多是中小型压力罐，大型LNG储罐的设计、材料制造与研发等方面还无法彻底摆脱外国进口。LNG运输方面，LNG槽车国产化已非常成熟;LNG船还需要加强技术攻关，与国外水平有一定差距;LNG管道输送技术在管材、低温管道施工、自动控制和检测等方面的研究工作还需进一步深入。

　　新能源是解决环境污染的重要途径，为了适应社会发展的需要，LNG正在成为新的全球能源热点，LNG产业的发展越来越受到人们的重视。然而LNG产业对我国来说仍是一个新兴的行业，相关技术以及行业标准还有许多不足之处。虽然中国LNG项目的建设大都是在东南沿海，但仍存在调峰能力不足、小型液化工厂布局杂乱无序等问题，有待进一步解决。（文/张盈盈，李兆慈，丁杨，仪记敏 张国飞，中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室）