天然氣儲運關鍵技術研究和技術經濟分析

王新勇

摘要：我國天然氣資源主要分布在西北地區的塔里木盆地、柴達木盆地、鄂爾多斯等區域，天然氣儲量在地理上存在著西多東少的特點，而天然氣的消耗主要集中在東南沿海人口較較為密集、經濟較為發達的地區。為了解決天然氣資源分布不均、使用不平衡的問題，需要將西部的天然氣運輸到東部地區。天然氣運輸工程路線場，不可控因素較多，天然氣的儲運技術直接影響著天然氣運輸的安全和經濟效益。鑒于天然氣儲運技術的重要性，本文介紹幾種常見的天然氣儲運方式，從儲運技術、經濟性、安全性三個方面進一步比較了不同天然氣儲運方式的優勢。旨在為建設高效、安全的天然氣儲運系統中天然氣儲運技術的選擇提供一些參考。

關鍵詞：天然氣;儲運;經濟性;安全性;關鍵技術

引言：天然氣世界上最為重要的能源之一，也是一種清潔能源，具有較高的安全性。因其安全性、潔凈性的特點，成為最具發展潛力的工業能源之一。隨著全球環境不斷惡化，清潔能源成為工業綠色化轉型的必要條件。天然氣潔凈環保的特性使其在市場的發展趨勢明顯上升，而天然氣基礎設施設備的建設則成為天然氣資源使用的基礎。進入新時期以來，我國大力倡導綠色發展理念，天然氣在各個城市的使用比重不斷上升。東南沿海一帶天然氣使用量增長趨勢尤為明顯。西氣東輸作為我國重要的能源工程之一，為天然氣的供給提供了基礎保障。天然氣系統性的輸送到各個城市后還需要經過調壓向下級城鎮輸送，不同的運輸方式經濟效益及安全性存在差異性，天然氣企業選擇儲運技術直接影響著企業的經濟效益。天然氣儲運方式及其技術的選擇是影響企業市場競爭力的關鍵因素之一，研究儲運技術對企業經濟效益有著重要的影響。

一、天然氣儲運方式

（一）管道儲運

管道儲運簡稱PNG儲運，指借助輸氣管段、首站、壓氣站、中間氣體接收站、中間氣體分輸站、末站、清管站、干線截斷閥室、線路上各種障礙穿越及跨越段組成的天然氣儲運系統。PNG儲運是目前我國天然氣儲運中應用最為廣泛的一種技術，也是技術最為成熟的一種運輸方式，儲氣系統中分輸站、壓氣站、末站都配有調壓、計量及分離功能，其中，末站還可作為城市工期系統配氣站使用。干線截斷閥室的設置為管道運輸維修提供了便利。儲氣庫可作為季節調峰、應急供氣用，地面儲氣站作日調峰和小時調峰使用。

（二）壓縮儲運

壓縮儲運簡稱CNG，指天然氣通過壓縮，壓縮為高壓狀態存儲與專用的高壓儲罐的儲運方式。壓縮儲運主要用于工業氣源和汽車燃料。汽車燃料直接有CNG母站向汽車供給。CNG儲運需要采用專用的鋼瓶及拖車，將壓縮天然氣運輸到加氣子站后給子站補給。從運輸方式而言，具有較高的靈活性，每車可裝運大約3000-5000立方米的天然氣，使用范圍廣，前期投資小，但運輸量較小、運輸效率低，不適合長距離運輸。壓縮儲運方式中，壓縮機為核心裝置，它在儲運系統中啟動頻繁、工況變化性強。壓縮機的安全性、可靠性直接影響著天然氣的壓縮品質及運輸安全。CNG在向城鎮運輸過程中，需要將高壓天然氣逐級減壓，在泵入儲罐，相對而言流程繁瑣，而每級的調壓對基礎設施建設提出了較高的要求，增加了基礎設施建設的成本。

（三）液化儲運

液化儲運簡稱LNG。LNG指借助低溫技術將天然氣液化后以液態的形式進行儲運的方式。在天然氣氣源充足的汽井位置建設LNG液化站，將天然氣收集后通過丙烷預冷的混合制劑進行液化增壓，加壓后液化，壓入氣化器中氣化，最后調壓戶輸入城市管網。

（四）水合物儲運

水合物儲運簡稱NGH技術，也叫固態甲烷，是指將天然氣與水組合為固態在進行運輸的方式。因其形似冰，又稱可燃冰或固體瓦斯。NGH儲運方式對技術要求極高，一般的零散氣田不適合采用該技術?？墒褂玫臍庠匆髩毫Υ笥?MPa，水合物合成的壓力為5～6MPa，溫度為0～4℃。要求汽車的儲罐具有較高的保溫性能，溫度為-15℃～-10℃，有較好的密閉性。氣化溫度為20℃～30℃，且壓力必須滿足用戶壓力要求。

（五）吸附儲運

吸附儲運簡稱ANG，指在儲罐中裝入天然氣專用吸附劑，利用吸附劑表面的微孔接口對常溫、中壓的天然氣進行吸附儲存。要求儲罐壓力必須低于外界壓力。它的作用與CNG相似，但儲運方式相較于CNG的專用高壓儲罐更為輕便，作為城市燃氣調峰的替代方式，具有較高的應用價值。由于吸附劑為內置，吸附劑只能定期更換，而吸附劑的使用壽命就成為影響儲運工藝效果的關鍵。為了提高吸附劑的使用壽命，一般要對吸附劑雜質進行脫附，來增大吸附劑表面微孔的表面積，由此而提高高壓天然氣儲運的密度。一般情況，使用吸附儲運，可見3.5～5MPa的中低壓吸附為20MPa的高壓進行儲存。

二、天然氣儲運工藝的技術與經濟比較

（一）儲運技術分析

不同儲運方式技術對基礎設施及技術條件要求都存在差異性。從技術的成熟性而言，PNG技術、CNG技術在我國使用的時間較長，技術成熟度更高，且對天然氣儲運的基礎設施建設要求較高，前提投資建設基礎設施的成本較高。當運輸范圍越大，基礎設施投資的成本就越高。NGH技術、ANG技術的起步較晚，技術相對薄弱，還未進入成熟階段。LNG技術雖然應用范圍及其廣泛，技術操作簡單，同時技術也相對成熟，但液化后的天然氣長距離運輸中不可控性因素較多，危險性相應提升。特別是在陸地運輸中，運輸途中不可控環境因素復雜，安全性成為限制該技術的主要原因。PNG技術拋開投資成本及自然條件限制，技術優勢和經濟優勢較為明顯，但對遠洋運輸顯然實現難度交大。

（二）經濟性分析

在不考慮輸配站投資成本的基礎上，假設運輸距離為2000千米，天然氣產量為4×104立方米，對三種儲運方式的成本進行計算。NGH技術實際儲運成本850萬元，LNG技術實際儲運成本1050萬元，CNG技術實際儲運輸成本1200萬元，顯然NGH技術的儲運成本最低，其次是LNG技術，CNG技術的儲運成本較高。這說明水合物儲運方式綜合經濟效益最高。

天然氣水合物<液化天然氣<壓縮天然氣，總投資天然氣水合物的方案費用最低。

（三）安全性分析

不同的天然氣儲運方式有著各自的個點和優勢，就整體安全性和環境污染雙重因素考慮下，LNG技術的安全性較高。其他儲運方式儲運安全性主要天然氣壓縮技術影響交到。壓縮天燃氣為高壓環境，因此危險系數相對較高。特別是在發生泄漏問題時，常規的儲運方式中高壓天然氣易發生爆炸問題。NGH儲運技術對天然氣做低溫處理，發生泄漏后需要先分解，分解過程中需要較多的熱性能才能滿足燃燒和爆炸，因此NGH在安全性方面也有明顯的優勢。

三、結語

天然氣企在構建天然氣儲運體系時，應結合實際情況選擇儲運方式。就經濟性、安全性而言，NGH技術優勢更加明顯，但一般長距離、高壓力的天然氣儲運更適合PNG儲運和LNG儲運方式，相較而言LNG儲運的系統安全性更高，但前期建設成本較高，且輸配站不適合設置在人口稠密卻，短距離的運輸干線更適合GNG儲運方式，低壓力的天然氣適合ANG儲運方式，高密度的天然氣適合NGH儲運方式。只有結合將天然氣儲運的技術優勢及實際建設需，天然氣企業才能在保障安全性的基礎上獲得更高的、更加長遠的經濟收益。

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