天然气储运技术研究.pdf

2 0 0 9 第 1 期 管 道 披 术 P i p e l i n e Te c h n i q u e 设 各 Eq u i p me n t 2 0 0 9 No ．1 天然气储运技术研究 李 丹 ， 敬加强。 ， 白 林 ， 孙 亮 ， 李艳芳 1 ． 西南石油大学， 四川成都6 1 0 5 0 0 ； 2 ． 冀东油田勘察设计研究院， 河北唐山0 6 3 0 0 0 摘要 天然气的储运技术主要 包括天然气管道输送、 液化 天然气储运 、 压缩天然气储运、 吸附储存 天然气、 天然气水合物储运、 液化石油气储运、 天然气储 气库等。介绍了各种储存和运输天然气技 术的 研究与应用现状， 分析 了这些技 术存在的 问题与发展趋势， 并提 出了新的天然气水合 物浆体管道输送 技术。但该技术离实际应用尚有差距， 需要进一步研究。 关键词 天然气； 储运 ； 管道 中图分类号 T E 8 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 0 9 O 1 0 0 0 4 0 2 Re s e a r c h o n Na t ur a l Ga s S t o r a g e a n d Tr a ns mi s s i o n ． L I Da n 。 ，J I NG J i a - q i a n g ， B A I L i n ， S U N L i a n g ， L I Ya n - f a n g 1 ． S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a ； R e s e a r c h I n s ti t u t e o f J i d o n g O i l fi e l d C o mp a n y ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e t e c h n o l o g i e s o f n a t u r a l g a s s t o r a g e a n d t r a n s mi s s i o n i n c l u d e t h e g a s p i p e l i n e t r a n s p o r t a t i o n，L N G ，C NG， ANG，NG H ，L P G o r UNGS a n d s o o n ．D i s c u s s e d i n t h i s p a p e r a r e t h e r e s e a r c h o n， a n d a p p l i c a t i o n s t a t u s o f ，t h e s e t e c h n o l o g i e s o f n a t u r a l g a s s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n ．T h e p r o b l e ms w i t h，a n d t h e d i r e c t i o n i n wh i c h t h e s e t e c h n o l o g i e s h a v e d e v e l o p e d，are a n a l y z e d ．T h e n t h e p i p e l i n e t r an s po r t a t i o n of t h e n a t u r al g a s h y d r a t e s l u r r y i s a d v a n c e d ．Ho w e v e r ，s o me f u r t h e r r e s e arc h i s n e e e s s a r y t o t he a pp l i c a t i o n of t hi s t e c h n o l o g y i n pr a c t i c e ． Ke y wo r d sn a t u r al g as ；s t o r a g e an d t r a ns mi s s i o n； pi p e l i ne 1 天然气管道输送 铺设管 道是传 统 的天 然气储 运方式 ， 世 界上 约 7 5 ％的天然气依靠管道输送。天然气相对密度低， 易散 失， 采用管道输送安全性高， 输送产品质量有保证 ， 经济 性好 ， 对环境污染小。目前 ， 在 由铁路 、 公路、 水运、 航空 和管道五大运输方式构成完整的交通运输体系中， 管道 运输成为当今油气运输的首选方案 。 管道输送的缺点是投资大、 成本高 。当前世界 的输气管道发展的总趋势是长运距 、 大 口径 、 高压力 和网络化 ， 逐步形成大型的供气 系统 ， 向极地和海洋 延伸 。 2 液化天然气 L NG 储运 将天然气低温冷却液化后， 以L N G形式储运， 这 种方式约输送 了天然气总产量的 2 5 ％。L N G液化后 的体 积远 比气体 小， 在运输 方 面具有 极大 的优势。 L N G运输是提高海洋、 荒漠地区天然气开发利用率的 有效方法 ， 同时 ， L N G输送成本仅为管道输送的 1 ／ 6 1 ／ 7 ， 并可降低因气源不足敷设管道而造成的风险。 收稿 日期 2 0 0 8 0 3 2 5 收修改稿 日期 2 0 0 8 0 8一O 1 L N G工程建设必须满足 天然气供给系统的总体 要求 ， 其 主要 功 能是 L N G 的接 收、 再 汽化 和 输送。 L N G接收站是 L N G气源与用户管 网的连接点 ， 也是 L N G工程的主要内容。接收站的主要功能是接收、 储 存 、 再汽化。要求最大程度地优化运输 ， 满足客户的 需求波动； 尽可能降低运行成本， 减少损耗。典型的 L N G接收站流程见图 1 。 图 1 L NG接收站流程 L N G生产对设备、 生产工艺和人员有很高的要 求 ， 且 L N G的运输一般采用高压 、 超低温一1 6 2℃ 方式， 储存装置材料需要特殊钢材， 储罐性能要求高。 L N G汽化则直接通过常温下液体的蒸发进行， 过程简 单， 但其在生产和储运过程中有较高的危险 。 第 1期 李丹等 天然气储运技术研 究 5 世界上大多数 L N G都是采用船运的方式。国内 第一座 L N G接收码头于 2 0 0 5年在广东省建设完成 ， 一 期工程完工后 ， L N G年接收能力为 51 0 。 t ． 除了广 东之外 ， 正在对福建 、 山东等地进行建设 L N G终端的 可行性研究。 3 压缩天然气 C NG 储运 压缩天然气技术是利用气体的可压缩性 ， 将常规 天然气以高压进行储存， 储存压力通常为 1 5～ 2 5 M P a ． 在 2 5 M P a下， 天然气可压缩 至原来体积 的 1 ／ 3 0 0 ， 大大降低 了储存容积 。C N G储运适用于零 散 用户及车用燃气的用户 ， 它具 有成本低 、 效益高、 无污 染、 使用安全便捷的特点。但由于其储气压力高达 2 0 MP a以上 ， 对储存容器要求高 ， 具有一定的危险性 ， 而 且能量储存密度不大 ， 因此 ， 不具有大规模发展应用 的可能性 。 目前 ， C N G储运技术研究还包括瓶装压缩天然气 研究。瓶装压缩天然气输配工艺， 将压缩天然气技术 灵活应用到城市燃气输配系统 ， 解决 了超高压天然气 系统与城市燃气管 网系统的衔接 、 调压问题 。瓶装压 缩天然气输配工艺适用于许多中小城镇 ， 特别是远离 天然气管 网的城镇。 4 吸附储存天然气 AN G A N G技术是在储罐 中装入高 比表面的天然气专 用吸附剂 ， 利用其 巨大 的内表 面积和丰 富的微孑 L 结 构 ， 在常温 、 中压 6 ． 0 MP a 下将天然气吸附储存 的技 术。A N G投资和操作费用 比 C N G低 5 0 ％ ， 储罐形状 和材质选择余地大 ， 并且具有质轻 、 低压 、 使用方便和 安全可靠等优点。但其有效储气密度低 ， 需 开发 甲烷 吸附量高的天然气专用吸附剂 J 。 目前 ， A N G储气技术的研究主要是针对天然气车 N G V ， 目标是争取取代 C N G技术 ， 淘汰笨重的高压 气瓶 ， 并超前研究 L N G车用燃料技术 ， 实现商业化应 用， 使该技术能够成为天然气汽车的主要燃料储存方 法， 以扩大天然气汽车的使用数量 J 。 就 目前研究与开发的进展情况来看 ， A N G技术还 存在3 个需要解决的问题 1 在相同储存容积下的有效储气密度， A N G吸 附容器 比 C N G储气瓶或 L N G储存容器低得多。 2 天然气吸附与释放过程中的热效应影响问题 尚未得到妥善解决。 3 天然气 中的重组分在释放过程中的滞留问题 仍待解决。 5 天然气水合物 N GH 储运 天然气水合物是 由水分 子形成的孔穴吸 附小分 子烃类气体而形成的一种笼形结晶化合物， 在标准状 态下， 1 m 的气体水合物可储存天然气 1 5 0 2 0 0 r n ． 实验研究表明 在 0～ 2 0℃和 2 6 MP a压力下， 在搅 拌容器中形成 的天然气 水合物 ， 可被 冷冻 和储 存在 一 5℃ 、 一1 0℃、 一1 8 c 【 的冷库 中 1 O天。天然气水合 物在大气压下保持冻结时仍然是稳定的。 虽然 N G H的储气 比相对 比较低 ， 但 N G H对生产 设备 的要求不高 ， 生产成本低 ， 储存的条件相对较易 实现 ， 在水合物状态下储存天然气的设备不需要承受 高压 ， 且 N G H本 身 的热 导率低 ， 不需特 别 的绝 热措 施 ， 储罐可用普通钢材制造 ， 对材料要求不高 ， 而且储 存和运输过程中安全性是相对较高 的， 充分显示 了天 然气水合物的发展前景 。 目前 ， 水合物储运天然气技 术需要解决 的关键技 术问题是水合物 的大规模快速 生成 、 固化成型、 集装和运输过程中的安全问题 。 天然气水合物运用轮船 运输较为普遍。水合物 固化后 ， 根据其特性 ， 可用货车或火车运输 ； 也可 以将 固化成型的水合物打成浆体的形式 ， 运用现有 的管道 进行输送。但运输时降低浆体的黏度也是一大问题。 预计挪威将在 S n o h v i t 海上气田应用 N G H储运技 术 ， 从而成为世界上第一个应用 N G H储运 技术 的国 家 。 6 其他储运技术 除了上述的储运技术外 ， 天然气储存方式还有液 化石油气 L P G 储运 、 天然气合成油 G T L 储运 、 以电 能的形式输出天然气能源 G T W 、 天然气容 器储存 、 天然气在溶剂 中储存 、 地下储气库 U N G S 等。 7 气体输送工艺的比较 7 ． 1 技术分析 管道输送技术成熟 ， 但受气源、 距 离及投资等条 件的限制 ， 且越洋运输不易实现 ， 而且输送压力高 ， 运 行、 维护费用较大。 C N G的生产输送过程技术难度低 、 成 熟度高， 安 全性可基本保证， 且减压站可在使用地附近建立。 L N G输运技 术在理 论上 已 日趋 成熟 ， 并且在 淮 阳、 深圳等地 已经使用该项技术 。在 国外 ， L N G更被 广泛用于天然气的海上运输。但是， L N G的长距离陆 地输送存在较大的安全性问题 。 N G H技术目前已能够满足工业应用要求， 但还不 成熟 ， 处于研究发展阶段。 日本 、 挪威 下转第 2 l页 第 1期 李淑娟等 S C A D A系统在埋地管道杂散电流监测 中的应用方案 2 1 位 ， l 6 位标志是否需要报警， 0 不需要报警， 1 需要 报警 ， 1 7 3 0位标志是哪一路传感器的数据， 3 1 位 标志当前传输的是指令还是数据。 3 ． 2 远程监控 中心软件 在监控中心软件的操作面板由“ 开始采集” 按钮触 发各路数据的采集和传输。点击该按钮后实现轮询各 路传感器， 各路传感器顺序将采集的数据传送到监控中 心。单路传感器数据采集控制流程见图4所示。 图 4 数据采集控制流程图 数据的显示分为两种 各路传感器数据的共同显 示和单个 传感 器历史数据的显示。数据 的显示无需 触发， 收到采集的数据后自动更新显示。对需报警的 数据用不同的颜色显示。 4 结束语 将基于无线传输的 S C A D A系统应用到长输埋地 管道杂散电流监测中 ， 能及时发现杂散电流对埋地管 道干扰的异常情况 ， 充分发挥 了 S C A D A系统的 网络 综合能力。 参考文献 [ 1 ] 高延宁， 王风军， 王志刚， 等． 长输管线杂散电流腐蚀检测与防护． 油气田地 面工程 ， 2 0 0 2， 2 1 3 2 5 ． [ 2 ] 姜长洪 ， 于婉 丽， 吴星刚 ， 等．输油 管道腐蚀 与杂散电流测 量． 管 道技术与设备， 2 0 0 4 1 1 0 ． [ 3 ] 张忠林． 地 铁杂散 电流实时监 测系统 的设计 ． 工业控制计 算机 ， 2 0 0 5 ， l 8 9 5 6 ． [ 4] 李振芳 ， 王 富荣 ， 许聪颖 ， 等． 深圳地 铁 3号线 杂散 电流 实时监测 系统． 都市快轨交通 ， 2 0 0 7 ， 2 0 2 8 08 2 ． [ 5 ] 闫大顺 ， 张栋梁． 分布式轨道交通杂散 电流监测 系统设计与实现． 福建 电脑 ， 2 0 0 7 6 2 5 2 6 ． [ 6 ] 朱孝信． 地铁的杂散 电流腐 蚀与防治． 材料开发 与应用 ， 1 9 9 7， 1 2 5 4 3． [ 7 ] 单联海． 基于无线数据传输的嵌人式监控系统的研究 [ 学位论 文 ] ． 武汉 武汉理工大学 ， 2 0 0 6 ． [ 8 ] E R M E L M， MU L L E R T ． P e r f o r m a n c e o f G S M n e t w o r k s w i t h g e n e r a l p a c k e t r a d i o s e r v i c e s ． P e rf o r m a n c e E v a l u a t i o n ， 2 0 0 2 ， 4 8 4 2 8 5 3 1 0 ． [ 9 ] 郝瑞晶． C P R S数据业务的研究． 移动通信， 2 0 0 5 6 3 5 3 9 ． 作者简介 李淑娟 1 9 8 2 一 ， 硕士研 究生 ， 主要研究 方 向为机械电子工 程 。 上接第 5页 等国已经着手进行工业试生产 ， 国内在 这方 面起步较晚 ， 目前 尚无应用 N G H技术进行水合 物输运的例子。 7 ． 2 经济性分析 在天然气年产量为 41 0 m ， 运输距 离为2 0 0 0 k m情况下进行成本估算 ， C N G、 L N G、 N G H 3种储运方 案主要费用 比较见表 1 。 表 1 C N G、 L NG、 N GI - I 投资费用估算 万元 由表 1可知 ， N G H方案的总投资费用最低 。因投 资主体不同， 在总投资估算中未考虑输配站的投资。 在储配站的投资中， 三者差别不大 ， 但 N G H可以固态 形式储存， 且安全可基本保证， 因此维护费用较低。 7 ． 3 安全性分析 天然气管道输送安全性高 ， 经济性好 ， 对环境污 染小。 C N G为常温高压储存， 在生产输送过程中存在很 高的危险性 。 L N G由于储存温度低， 一旦发生泄漏将很快形成 爆炸云团 ， 在生产和储运过程中有很高的危险性 。 N G H是由水分子构成 的空穴吸附气体分子而形 成的固体化合物 ， 分解需要 吸收大量 热能。此外 ， 水 合物本身具有绝热效应 ， N G H即使暴 露在大气 中， 由 于N G H的分解受热传导的影响， 气体的释放速率慢， 被点燃也燃烧缓慢 ， 彻底抑制了由于天然气大量泄漏 而可能导致的爆炸事故 。 参考文献 [ 1 ] 樊栓狮． 天然气水合物储存与运输技术． 北京 化学工业出版社， 2 o o 5． [ 2 ] 张琳， 李长俊， 陈宁， 等．天然气储运技术． 油气储运 ， 2 0 0 6 ， 2 5 6 1～ 4 ． [ 3 ] 王雪梅．天然气运输研究． 石油工业技术监督 ， 2 0 0 5 5 4 1 4 4 ． [ 4 ] 丁浩 ， 刘凤全 ，张连春．天然气水合物储存和运输 的可 行性．国 际石油经济 ，2 0 0 5 ，3 1 3 4 9 5 1 ． [ 5] 宋汉成 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