我國液化天然氣 (LNG) 鐵路運輸 區(qū)域通道設計研究

張 輝，呂志昕，陳志先

(1. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081；2. 中國鐵路沈陽局集團有限公司貨運部，遼寧 沈陽 110001；3. 中國鐵路南寧局集團有限公司 貨運部，廣西 南寧 530029)

液化天然氣(LNG)是氣態(tài)天然氣通過降溫、加壓后液化形成的深冷液體，標態(tài)沸點-162℃，液體的體積為同質(zhì)量氣體體積的1/625，2.1類易燃氣體，鐵危編號21008，屬鐵路禁止運輸品類[1]。作為一種清潔、高效的能源，LNG在城鎮(zhèn)供暖清潔燃料、交通工具用燃料、工業(yè)氣體燃料以及發(fā)電燃料等領域得到廣泛應用，已經(jīng)成為國家能源戰(zhàn)略調(diào)整的重要方向。受環(huán)保政策、城市燃氣和工業(yè)領域煤改氣等因素的影響，近年來LNG需求量迅速增加，LNG運輸能力已經(jīng)成為制約其推廣應用的關鍵因素。目前我國LNG鐵路運輸尚處于空白，鐵路作為一種安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定的運輸方式，如果能參與LNG運輸，可以為國家能源結構調(diào)整戰(zhàn)略提供有利支撐。

1 我國LNG陸上運輸方式比較分析

目前我國LNG陸上運輸方式包括管道運輸、公路運輸2種。管道運輸是將天然氣液化成LNG液體進行長距離管道輸送，為防止液體氣化，需要采用密相輸送工藝，管道內(nèi)實現(xiàn)液體單相流動，管道沿線每隔一定距離需要建設LNG加壓泵站和冷卻站[2]。除管道運輸外，LNG還可以采用公路槽車運輸，經(jīng)濟運輸半徑為500 ～ 800 km以內(nèi)[2]，是目前我國LNG主要陸上運輸方式。目前只有日本、美國、俄羅斯少數(shù)國家開展LNG鐵路運輸業(yè)務[3]，我國還尚未開展LNG鐵路運輸業(yè)務。而鐵路適于長距離、大宗貨物運輸，是LNG潛在的陸上運輸方式。LNG陸上運輸方式優(yōu)缺點比較分析如表1所示。

表1 LNG陸上運輸方式優(yōu)缺點比較分析Tab.1 Comparative analysis of advantages and disadvantages of LnG transportation by land

我國已經(jīng)建成投產(chǎn)西氣東輸?shù)闹椅渚€、陜京一線、陜京二線等較大的輸氣管道，這些大的輸氣工程雖然解決了沿線地區(qū)的部分用氣，但對于很多中小城鎮(zhèn)、獨立的工業(yè)項目、汽車用氣等還有相當大的缺口。LNG公路運輸不僅運輸能力和運輸半徑有限，還受天氣、運輸車輛、徑路、里程、安全管控等方面制約，運輸成本高，特別在雨雪、大霧等惡劣天氣影響下，保供能力差，事故多發(fā)，而且傳統(tǒng)公路運輸車輛存儲時間較短，無法長時間、大量運輸及儲存[4]。因此，在管道氣增量有限、管線建設周期長、公路運輸能力有限的情況下，運輸能力已經(jīng)成為制約LNG運輸?shù)年P鍵因素。由于鐵路運輸尤其是在冬季，不會因為冰雪道路等原因影響運輸，運輸安全性和供給保障性相對較高，還可以發(fā)揮鐵路運輸半徑大、網(wǎng)絡完善的優(yōu)勢，形成LNG鐵路運輸網(wǎng)，解決LNG運輸瓶頸問題，有利于全國范圍內(nèi)調(diào)配LNG，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢[5]。

2 我國LNG供需區(qū)域分布

2.1 供給區(qū)域分布

我國LNG供給來源主要包括進口LNG和國產(chǎn)LNG。進口LNG是通過分布在沿海地區(qū)的接收站卸載船運LNG，目前我國已經(jīng)建成20余座LNG接收站，主要分布在廣東、山東、福建和浙江沿海地區(qū)，年接收能力6 765萬t[6]。2018年我國通過沿海接收站進口LNG約5 400萬t，占我國天然氣進口量的59%，成為全球第一大天然氣進口國，通過接收站進口的LNG大部分經(jīng)氣化后直接進入管網(wǎng)，其余約1 388萬t通過公路運輸進行銷售[6]。我國天然氣氣源主要來自塔里木盆地、柴達木盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地等，2018年天然氣產(chǎn)量為1 576億m3，其中156億m3天然氣經(jīng)工廠生產(chǎn)成1 100萬t LNG進行銷售，主要集中在新疆、內(nèi)蒙古、陜西和四川[7]。

2.2 需求區(qū)域分布

天然氣廣泛應用于居民生活、工商業(yè)、發(fā)電、交通運輸、分布式能源等多個領域。2018年，我國天然氣消費結構為:工業(yè)燃料38.2%、城市燃氣32.5%、天然氣發(fā)電14.7%、天然氣化工14.6%[7]，消費呈現(xiàn)出地域不均衡現(xiàn)象，環(huán)渤海、長三角、東南、中南地區(qū)是天然氣主要消費區(qū)域，占全國天然氣消耗量的63%；八大經(jīng)濟區(qū)天然氣消費量比例分別為環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)(21%)、長三角(17%)、東南沿海(13%)、西南地區(qū)(13%)、中南地區(qū)(11%)、中西部(10%)、西北地區(qū)(9%)、東部地區(qū)(6%)[7]。

我國天然氣大部分是通過管道直接運輸?shù)较M區(qū)域，其余以LNG采用公路槽車運輸。2018年，我國LNG市場消費量為2 498萬t，與2017年同比增長25%，LNG消費前6名省份年消費量均超過100萬t。我國LNG消費量前6位省份如表2所示[6]。

由于公路槽車運輸能力和經(jīng)濟運輸半徑有限，現(xiàn)有公路運輸并不能滿足LNG的消費需求，導致很多地區(qū)LNG供應不足。據(jù)中國海洋石油集團有限公司有關機構預測，河北、江蘇、浙江、山東的LNG需求量缺口約為181萬～ 191萬t；安徽、河南省的LNG需求量缺口約為41萬～ 80萬t；云南、貴州、天津、湖北、湖南、江西、北京、遼寧的LNG需求量缺口約為1萬～ 40萬t。我國LNG需求量仍存在較大的缺口，LNG需求區(qū)域主要集中在華北、華東和中南地區(qū)。

表2 我國LNG消費量前6位省份Tab.2 Top 6 of the largest LnG consumption provinces in China

2.3 LNG運輸流向分析

我國一些區(qū)域既是LNG供給區(qū)，也是LNG消費區(qū)，在滿足自需后余量運輸至其他LNG需求區(qū)域。經(jīng)初步估算，我國LNG主要供給區(qū)域和需求區(qū)域基本情況如表3所示。

表3 我國LNG主要供給區(qū)域和需求區(qū)域基本情況Tab.3 Major areas of the supply and demand for LnG in China

由表3可以看出，南部沿海和西北地區(qū)是主要的LNG供給區(qū)，廣東省2018年LNG消費量高居全國首位，但每年廣東省進口LNG比例占全國的20%[6]，除滿足自需外還有余量可以供給其他區(qū)域；新疆、內(nèi)蒙古、陜西等西北華北產(chǎn)氣區(qū)域每年都可以向外供給LNG。華北、華東和華中是主要的需求區(qū)域，對于華北地區(qū)，雖然可以從天津和唐山進口LNG，但是河北中西部缺氣較為嚴重、缺口量較大；對于華東地區(qū)，雖然山東、江蘇、浙江等東部沿海接收站可以進口LNG，但仍然不能滿足本地區(qū)LNG消費，存在較大的LNG需求量缺口；對于華中地區(qū)，本身既無氣田又缺少接收站，只能通過其他地區(qū)供給。西南地區(qū)中四川盆地也是主要的產(chǎn)氣區(qū)域，可以就近供給至云貴缺氣地區(qū)。綜上分析，我國LNG供給區(qū)域與需求區(qū)域存在地域不均衡現(xiàn)象，陸上運輸流向主要從西北LNG生產(chǎn)區(qū)域和南部沿海LNG進口區(qū)域流向華東、華北、華中和西南地區(qū)，我國LNG運輸流向示意圖如圖1所示。

3 我國LNG鐵路運輸區(qū)域通道設計

鐵路運輸區(qū)域通道是采用一條或多條鐵路線連接多個區(qū)域，實現(xiàn)區(qū)域間旅客或貨物運輸?shù)蔫F路運輸系統(tǒng)的總稱[8]。在LNG運輸需求不斷增長的情況下，LNG鐵路運輸區(qū)域通道設計需要考慮鐵路開展LNG運輸具備的運輸技術條件，依據(jù)LNG鐵路運輸需求，提出LNG鐵路運輸區(qū)域通道。

3.1 運輸條件分析

從載運工具、裝卸作業(yè)設備及場站、應急救援技術、徑路條件等方面對LNG鐵路運輸技術條件進行分析。

LNG鐵路載運工具采用無損儲運技術，無損儲運時間必須滿足正常鐵路運輸要求，其設計、制造需滿足國際國內(nèi)相關標準法規(guī)，并需通過鐵路靜強度試驗、鐵路沖擊試驗、鐵路動力學試驗及低溫性能試驗[9]，以滿足鐵路運輸工況安全要求。按照易燃易爆危險品裝卸作業(yè)要求，LNG鐵路運輸涉及的裝卸設施設備及場站必須滿足《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》(GB 50183)、《鐵路危險貨物辦理站、專用線(專用鐵路)貨運安全設備設施暫行技術條件》(TJ/KH 003)等相關標準要求。另外，還應制定相應的應急預案以應對LNG鐵路運輸過程中可能出現(xiàn)的泄漏、火災等事故。LNG鐵路運輸徑路發(fā)到端和沿線技術條件應滿足易燃易爆炸危險品運輸技術要求，盡量避開客貨繁忙線路。因此，需要進一步研究LNG鐵路運輸技術條件，在確保安全的前提下，開展相關試驗研究驗證LNG鐵路運輸技術條件。

圖1 我國LNG運輸流向示意圖Fig.1 LNG transportation fl ow direction in China

3.2 鐵路運輸需求分析

根據(jù)中國海洋石油集團有限公司、中國石油天然氣有限公司等LNG鐵路運輸需求較多的大型能源企業(yè)調(diào)研結果，能源企業(yè)具有較大的LNG鐵路運輸需求，LNG鐵路運輸主要是將LNG從沿海LNG接收站運輸至華北、華中和西南地區(qū)，LNG鐵路運輸流向與LNG運輸流向一致。能源企業(yè)迫切希望盡早實現(xiàn)LNG鐵路運輸，打通LNG公海鐵多式聯(lián)運。大型能源企業(yè)LNG鐵路運輸需求情況如表4所示。

表4 大型能源企業(yè)LNG鐵路運輸需求情況Tab.4 Demand for LnG railway transportation by large-scale energy enterprises

3.3 區(qū)域通道設計

LNG屬于2.1類易燃易爆危險品，在備選徑路選擇過程中應考慮以下原則:①盡量避開客貨繁忙線路，徑路運輸能力較大；②運行徑路短、運行速度快；③優(yōu)先開展長遠距離運輸。因此，根據(jù)我國LNG流向分析結果，結合LNG鐵路運輸需求和運輸流向特點，假定LNG供需區(qū)域的發(fā)送端和到達端，提出我國LNG鐵路運輸主要運輸通道和徑路走向。我國LNG鐵路運輸通道和主要備選徑路走向如表5所示，我國LNG鐵路主要運輸通道與徑路走向示意圖如圖2所示。

表5 我國LNG鐵路運輸通道和主要備選徑路走向Tab.5 LnG railway transport channels and the main alternative routes in China

由表5、圖2可以看出，LNG鐵路運輸通道和主要備選徑路，發(fā)送端為LNG供給區(qū)域(沿海進口LNG接收站和西北LNG產(chǎn)區(qū))，到達端為LNG需求區(qū)域，備選徑路走向與LNG運輸流向一致，基本覆蓋了調(diào)研的各鐵路局集團公司管內(nèi)和大型能源企業(yè)的LNG運輸需求。第1條運輸通道，可以將唐山和天津進口LNG運輸至華北地區(qū)；第2條運輸通道可以將西北地區(qū)國產(chǎn)LNG運輸至華北地區(qū)；第3條運輸通道可以將南部沿海進口LNG運輸至華中、華北地區(qū)；第4條運輸通道可以將南部沿海LNG接收站進口LNG運輸至云貴地區(qū)；第5條運輸通道可以將四川產(chǎn)氣區(qū)域的LNG運輸至云貴地區(qū)。我國LNG運輸通道和主要備選徑路可以為LNG鐵路運輸徑路規(guī)劃提供參考。

圖2 我國LNG鐵路主要運輸通道與徑路走向示意圖Fig.2 Major LnG railway transport channels and the main alternative routes in China

4 結束語

隨著我國能源結構調(diào)整，天然氣在能源結構中的比重越來越大。在管道氣增量有限、管線建設周期長、公路運輸能力有限的形勢下，運輸能力與運輸需求之間的矛盾日益嚴峻，已成為制約LNG市場推廣的關鍵因素。LNG鐵路運輸運輸半徑大、網(wǎng)絡完善，可以形成鐵路運輸網(wǎng)，有利于全國范圍內(nèi)調(diào)配LNG，LNG鐵路運輸可以與公路運輸形成優(yōu)勢互補，以滿足我國日益增長的LNG運輸需求。若能開展LNG鐵路運輸業(yè)務，不僅可以打通LNG“公海鐵”多式聯(lián)運模式，還能解決西北氣源遠距離運輸、沿海接收站配送半徑范圍有限等難題，擴大LNG消費市場范圍。