國內LNG運輸技術與設備的發展現狀

郭　旭，羅曉鐘，王榮華，王蘇淮，徐周凱，王芳云，苗　娜

(張家港中集圣達因低溫裝備有限公司，江蘇 張家港 215600)

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國內LNG運輸技術與設備的發展現狀

郭旭，羅曉鐘，王榮華，王蘇淮，徐周凱，王芳云，苗娜

(張家港中集圣達因低溫裝備有限公司，江蘇 張家港 215600)

摘要:作為LNG工業體系中的物流環節，LNG運輸業承上啟下，貫穿整個LNG工業體系的方方面面，并隨著LNG的需求和供應而迅速發展。文章簡要介紹了LNG在我國的發展歷程，對我國LNG陸路運輸、海上運輸和管道運輸目前所處的狀態和未來的發展方向做了扼要的分析，并對LNG運輸業的發展提出了建議和意見。

關鍵詞:LNG；槽車；罐箱；管道；船用運輸罐；發展現狀

LNG起源于美國，1917年戈弗雷·卡波特獲得美國第一個有關LNG處理和運輸的專利，1917年美國在西弗吉尼亞地區建起了世界上第一個甲烷液化工廠[1]，使得美國成為全球率先提出LNG理念并付諸實施的國家。1964年開始，LNG的液化、氣化、儲存和運輸應用進入商業化運行，截至目前已有51年的發展歷程。

早在上個世紀60年代，國家科學技術委員會就制定了符合我國國情的LNG發展規劃綱要，由于規劃綱要為我國LNG發展指明了方向，使得我國在60年代中期就完成了工業性試驗。進入90年代，中科院低溫中心聯合國內相關企業，進一步開展了LNG應用技術的實踐，開啟了我國LNG產業鏈的高速發展模式。同時，隨著我國LNG工業發展的不斷深入，通過引進國外先進技術突破了一些關鍵技術，這標志著在引進國外核心技術的基礎上，國內LNG應用技術開始全面向前推進，在此過程中既引進大量的設計和建造技術，又發展了配套產業，同時培養和鍛煉了一大批從事LNG應用技術的人才和隊伍。1999年由法國索非公司幫助建設的我國首座LNG液化工廠在上海浦東建成，2001年11月建成我國第一臺實現商業化的中原燃氣液化裝置[2]，2004年9月當時最大的150萬m3LNG工廠在新疆率先建成投產。

世界上普遍認為，LNG工業是當代天然氣產業的一場革命，在近十年的時間內，我國LNG應用技術得到了空前發展，逐步建立起了涉及液化、儲存、運輸到終端使用，以及配套裝備制造各個環節具有中國特色的LNG產業，成為我國LNG工業發展的一個重要特征。

在LNG產業中，LNG運輸業是LNG工業體系中的物流環節，作為LNG產業樞紐，LNG運輸業承上啟下，貫穿LNG工業體系的方方面面，并隨著LNG的需求和供應迅速擴大。LNG的運輸可分為陸路、海上和管道三種運輸方式，其中陸路主要有公路和鐵路兩種運輸方式[3]。

1陸路運輸

1.1公路運輸

公路運輸LNG在我國已有多年的應用歷史，設計及制造技術都十分成熟，我國LNG的公路運輸主要使用液化天然氣槽車(簡稱LNG槽車)，見圖1，LNG槽車有30、40、45、52.6 m3等幾種常用規格。2013年張家港中集圣達因低溫裝備有限公司通過應用領先的技術，設計制造出國內最大容積56.23 m3的LNG運輸槽車，但國家基于LNG運輸存在的危險性，出于安全考慮確立了一個穩定的容積，使LNG槽車形成一個標準化產品體系，并在標準中做出明確規定(俗稱：限容)[4]，目前我國LNG運輸槽車允許最大容積為52.6 m3，國外可生產制造最大容積為90 m3的LNG運輸槽車。

LNG槽車運輸適用于運輸距離短、數量不大的LNG輸送，研究表明1000 km距離以內以公路槽車運輸為宜。利用槽車運輸時，影響運輸費用的主要因素為槽車儲罐的幾何容積[5]。槽車在移動結構平臺上運輸深冷、易燃易爆介質，必須確保物料的裝卸、隔熱保冷和高速行駛等項技術安全可靠。

目前，LNG槽車裝卸工藝主要采用壓力輸送(增壓輸送)和裝卸泵輸送兩種形式[5]。壓力輸送是利用裝卸點的空溫式氣化器或水浴式加熱器對槽車進行增壓，借助槽車內外部的壓力差實現LNG的裝卸，這種方式簡單易行，但需要的裝卸時間較長。泵輸送是利用外部工藝離心式裝卸泵將LNG增壓實現槽車裝卸，這種輸送方式裝卸車流量大、裝卸車的時間非常短。2011年張家港中集圣達因低溫裝備有限公司開始研發LNG加氣車產品，經歷兩年多的時間完成帶泵車企標評審和技術評審，2013年9月圣達因成為國內首批通過帶泵車技術評審的3家制造企業之一，填補了國內LNG槽車自帶泵技術的空白。

為了確保LNG槽車運輸過程中的安全性和經濟高效，對于深冷介質LNG的運輸，槽車的隔熱保冷必須經濟有效，以免在運輸過程中因發生熱交換導致LNG大量蒸發引起儲存容器超壓，目前國內常用的隔熱保冷技術有堆積絕熱、高真空絕熱、真空粉末(含纖維絕熱)絕熱、高真空多層絕熱[6]，其中以真空粉末絕熱技術應用最為廣泛。

鑒于LNG運輸存在的危險性，國家對LNG槽車運輸時的行駛速度明確規定：最高時速在一級公路上≤60 km/h，二、三級公路為30～50 km/h(見JB/T 6898—1997《低溫液體儲運設備使用安全規則》)。

圖1　LNG槽車

1.2鐵路運輸

2013年6月，中國鐵路總公司批準通過LNG鐵路運輸試驗大綱，隨后我國LNG鐵路運輸進入試驗準備階段，在8月中旬至9月底，在青藏線格拉段經過三次的上線試運和大量試運數據的取證，論證了LNG罐箱鐵路運輸的安全性，同年國家鐵路總公司將LNG罐車列為科技開發計劃，由西安軌道交通裝備公司承擔該項目的研發和試制。我國首條LNG鐵路運輸專用線在新疆竣工，該項目由新疆廣匯燃氣集團建設，專用線的竣工將有效解決新疆LNG向外運輸距離遠的難題，2015年4月我國首個LNG鐵路罐車樣車設計方案獲批，首個LNG鐵路罐車樣車正在加工生產，預計明年年初完成投入試運行。

現階段，國外僅有美國、日本等少數國家掌握了LNG鐵路罐車技術[7]，LNG鐵路罐車在我國還是空白。在我國，鐵路運輸LNG的容器主要朝向LNG罐箱方向發展，見圖2，其儲存容器結構與LNG槽車完全相同。與LNG槽車結構相比較而言，LNG罐箱由于采用了非固定的鏈接方式，具有較好的機動性、罐箱外形尺寸適合鐵路的優點。

與LNG槽車公路運輸相比較而言，LNG鐵路運輸運輸量大、運輸速度快、效率高、受大霧雨雪等惡劣天氣影響小、保障平穩供給能力強等諸多優點，使得鐵路比公路運輸更加經濟有保障。

圖2　LNG罐箱(中集安瑞科制造)

2海上運輸

根據國際能源機構預測，到2020年國際市場上LNG貿易量將達到天然氣貿易量的40%，LNG在國際天然氣貿易中發展勢頭如此強勁，都得益于世界LNG應用技術的發展[8]，LNG貿易經過40多年的發展已基本形成較為完善的貿易模式和運輸方式。

LNG海上運輸主要用于國際LNG貿易，LNG運輸船是造船業公認的技術含量高、難度最大的頂尖級設計制造技術，多年以來，該項技術只有美國、日本、韓國和歐洲的少數幾個國家的造船廠才能建造，其設計及建造技術一直處于壟斷地位，這大大刺激了中國制造業的神經，在廣東LNG項目中，為實現“國貨國運，國船國造”的目標，首次引入國內造船企業參與競標，從此開啟了我國LNG造船業和LNG船運運輸發展的新模式。

進入21世紀后，我國LNG遠洋運輸及近海、內河運輸船技術獲得歷史突破，2008年由滬東中華造船建造的我國首艘LNG船“大鵬昊”首航廣東LNG項目，世界級船舶建造歷史上又一次銘刻下中國制造“零”的突破，標志著我國LNG船運運輸產業正式加入到LNG運輸業中，同時也說明了我國已經基本掌握了這一頂尖級技術。

隨著設計及建造技術經驗的不斷積累，中小型LNG運輸船已成為LNG運輸產業一個新的熱點，我國LNG運輸裝備制造業攻克多項技術難關，2015年5月，由江南造船廠為中海油建造的國內首艘30000 m3LNG運輸船“海洋石油301號”正式交付，2015年9月1日由中集安瑞科下屬企業張家港中集圣達因低溫裝備有限公司為浙江華祥海運建造的首臺中國“智造”7000 m3船用C型運輸罐順利完工，見圖3，該項目首創國內自主設計、制造，CCS負責審圖及監造，設計及建造全面實現了國產化，這將進一步豐富我國近海及內河LNG的運輸需要。

根據IGC CODE國際散裝運輸液化氣體船舶構造和設備規則，從船運運輸液貨艙與船體之間的相對關系，LNG運輸船分為整體液貨艙、薄膜液貨艙、半薄膜液貨艙、獨立液貨艙和內部絕熱液貨艙5種類型[9]。

液化天然氣低溫、易燃、運輸量大的特點，使得LNG海上運輸具有不同于其他運輸方式的獨有特點。首先，LNG海上運輸因氣罐船需要的低溫絕熱材料、高昂的建造費用和船舶用途的單一性，經營缺乏靈活性，使LNG運輸船投資風險比其他類型船舶更大；其次，由于世界液化天然氣運輸大多為定向造船，包括運輸、航線和港口都比較固定，所以出現運輸穩定和競爭有序的特點。

圖3　圣達因設計制造的7000 m3 C型船用運輸罐

3管道運輸

在陸地上，LNG管道運輸由于受到低溫輸送技術、經濟性、氣源等各方面因素的制約，世界上約75%的天然氣仍舊采用常溫態管道輸送方式[10]。到目前為止我國沒有出現LNG遠距離管道運輸的應用實例，在文萊有一條LNG海底低溫管道，有效輸送距離為32 km，另據報道日本已經著手建造一條從新島至仙臺的LNG輸送管道，輸送管道直徑為24 in(注：1 in=25.4 mm)，全線長約358 km，建成后將成為全球最長的LNG管道輸送線。

雖然，在低溫材料與設備的應用和LNG貿易量都在逐年增加的前提下，LNG長距離管道運輸沒有取得長足的發展，但最新的研究表明，建設長距離LNG輸送管線在技術上是可行的，在經濟性上也是合理的。一般來講，LNG的管道輸送可以分為非絕熱管、普通堆積型絕熱管和高真空絕熱管三種方式，主要用于LNG液化工廠內、調峰站、大型終端接收站和氣化站等短距離輸送。

LNG管道輸送的優點主要表現在兩個方面，一方面由于1 m3LNG占用的體積約為天然氣的1/600，與常溫態天然氣管道輸送相同體積的天然氣，LNG輸送管道要求的直徑要小得多。另一方面，常溫態天然氣管道輸送過程中要在沿線設置多套天然氣增壓站，相比較與LNG管道輸送沿線設置的LNG泵站，天然氣增壓站的投入遠遠要超過LNG泵站，并且天然氣增壓站的能耗是LNG泵站的好幾倍。

但是，LNG管道運輸也存在十分突出的不足，主要體現在為了保證LNG遠距離輸送安全，其管道與設備必須采用價格昂貴的鎳鋼和保冷性能良好的絕熱材料，用以補償管道長距離輸送過程中產生的冷收縮和較低的蒸發。同時，為了實現LNG單向流動和蒸發氣的再次液化，需在管道上增建中間冷卻站。因此，管道工程的設計復雜和施工技術要求高，長距離LNG管道的初期投資將非常大。

4建議

基于LNG公路槽車、鐵路運輸和海上LNG船運輸的特點，其運輸載體均需要另一種能源提供續航動力，如果將運輸載體改用LNG發動機，則在運輸過程中因發生熱交換而產生的蒸發BOG氣體正好可用作燃料，這樣就可以認為在整個LNG運輸鏈條是沒有損失的。國際能源署(IEA)近日發布的天然氣市場中期報告顯示，液化天然氣潛在細分市場中包括運輸燃料領域，美國、加拿大、俄羅斯、印度都已開始試驗LNG火車機車，從內燃電力機車轉換為LNG動力機車的成本為60萬～100萬美元，但年耗40萬加侖柴油的機車若使用等能量的天然氣，每加侖可便宜1美元，因此投資回收期很短。

5結束語

短期內，我國LNG陸路運輸仍以LNG槽車運輸為主，LNG鐵路運輸和LNG管道運輸不會取得較快的發展，目前正處于技術摸索和應用經驗積累階段。但在“一帶一路”戰略機遇下，LNG鐵路運輸前景可期，將成為管道運輸天然氣的重要補充。同時，由于我國西氣東輸和北氣南運輸送距離一般都在1000～4000 km，發展LNG鐵路運輸可發揮鐵路運輸半徑大、運輸費用低的優勢，促進我國LNG均衡發展，能將資源優勢轉化為經濟優勢。

我國水運資源豐富，海岸線長度達1.8萬km，內河總長達43萬km，加之我國為LNG進口大國，大量的LNG通過國際貿易源源不斷地進入中國，LNG船運運輸將在我國取得較快的發展，其需求量特別巨大，并且我國LNG運輸船在設計及建造技術不斷積累的過程中將逐步向大型化、超大型化的方向發展。

參考文獻：

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[4] TSG R0005—2011 移動式壓力容器安全技術監察規程[S]．北京：新華出版社出版，2011.

[5] 賀耿，王正，包光磊．LNG槽車裝車系統技術特點[J]，2013, 30(4): 11-14．

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[9] 散裝運輸液化氣體船舶構造與設備規范[S]. 北京：人民交通出版社，2006

[10] 余紅梅，李兆慈，姚麟昱，等．長距離管道輸送可行性分析[J].中海石油和化工標準與質量, 2012, 37(16): 242-242．

郭旭(1987)，男，甘肅通渭縣人。2011年畢業于蘭州理工大學過程裝備與控制工程專業，研究方向：低溫裝備的設計和建造。

Development of Domestic LNG Transportation Technology

GUO Xu, LUO Xiaozhong, WANG Ronghua, WANG Suhuai XU Zhoukai, WANG Fangyun, MIAO Na

(Zhangjiagang CIMC Sanctum Cryogenic Equipment Co., Ltd., Zhangjiagang 215600, China)

Abstract:As the logistics link of the LNG industrial system, LNG transportation from a connecting link between the preceding and the following in every aspect of the LNG industrial system. And, LNG transportation will grow rapidly with the growing domestic LNG supply and demand. This article briefly introduced the development of domestic LNG transportation. Meanwhile, in allusion to the domestic present situation of land LNG transport、marine LNG transport and pipeline LNG transport, this paper has done a brief analysis of the development direction of the LNG transportation. At last, the article is to raise the conclusion and advice concerning the thesis.

Key words:LNG; tanker; tank container; pipeline; carrier; development status

作者簡介：

doi:10.3969/j.issn.1007-7804.2016.02.003

中圖分類號：TE83

文獻標志碼：A

文章編號：1007-7804(2016)02-0011-04

收稿日期：2016-01-21