液化天然气(LNG)瓶组供气技术应用及管理研究

上海市浦东新区公用事业管理署 陆志平

液化天然气(LNG)瓶组供气技术应用及管理研究

上海市浦东新区公用事业管理署 陆志平

随着社会经济的不断发展以及生活条件的改善，农村燃气管网未达地区居民迫切希望早日用上更为方便、经济的天然气。文章以浦东新区张江镇环东村为样本，以解决供需矛盾为方向，引入液化天然气(LNG)瓶组供气这样一种方式，并对其应用技术及后续管理情况进行分析和研究。

液化天然气 瓶组供气 管理 建议

0 前言

受本市天然气发展政策及管网建设现状的制约，上海农村大部分地区采用瓶装液化石油气(LPG)作为气源。

近年来，随着社会经济的不断发展以及生活条件的改善，广大农村地区居民迫切希望早日用上更为方便、经济的天然气。仅在浦东原南汇地区，市政管网未达到而迫切需要配套天然气的农民成片集中住宅面积超过350万m2。如何解决好天然气管网短期内无法覆盖农村化地区而当地居民又迫切希望早日用上天然气这对矛盾，是摆在当地政府特别是燃气管理部门面前的一个现实问题。

本文按照上海市委八届九次会议通过的《关于推进社会主义新郊区新农村建设的决议》精神，以浦东新区张江镇环东村为样本，以解决上述矛盾为方向，引入液化天然气(LNG)瓶组供气这样一种方式，并对其应用技术及后续管理情况进行分析和研究。

1 环东村用气现状分析

1.1 环东村简要情况

浦东新区张江镇环东村是当代社会主义新农村建设的样板，1996年8月由原来的三灶村、四灶村、桥弄村合并成立环东村，是当年上海市的5个中心村试点之一。环东村东临川沙镇，西靠外环线，北至川杨河，南与黄楼栏杆村接壤，全村区域总面积为3.9 km2，现有22个村民小组，55个自然宅，总户数约1 400户，总人口4 700余人。

环东村由南往北依次划分为农业生态区、生活居住区和产业发展区。在中间生活居住区已建成616幢独立式别墅和20幢公寓房，总户数730户，住房建筑面积约14万m2。另外，在集中居住区的二期规划住户400~500户，集中居住区住户构成见表1。

表1 环东村集中居住区构成表

1.2 燃气使用现状

环东村居民目前使用的燃气都是瓶装液化气(LPG)，气源主要由环东村附近的两个液化气供应站—上海百斯特能源发展公司孙桥中心站和桥弄站供应。中心村集中生活区的1户家庭平均每月用2瓶15 kg型液化气。

2 LNG瓶组供气技术应用分析

2.1 LNG瓶组供气工艺

液化天然气，简称LNG(Liquefied Natural Gas)，是指在常压或略高于常压(0.2~0.4 MPa)下低温(-162℃)液化了的天然气。它是天然气经过净化(脱水、脱烃、脱酸性气体)后，采用节流、膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的。LNG体积约为其气态体积的1/600，有利于储存和远距离运输，因此在无法或尚未使用管输天然气的地区可广泛应用。

在LNG应用端，通过LNG钢瓶储存和输入气源的供气方式称为“LNG瓶组供气”。由于LNG瓶组气化站灵活机动、占地面积小、配套设施简单、投资节省，同时它拆装方便、安装建设快，适合中等规模用户的气源供应，图1为LNG瓶组供气现场。

图1 LNG瓶组供气现场

LNG瓶组供气工艺是用LNG钢瓶在接收站或卫星站内灌装LNG，然后运输到LNG瓶组供气站内，经气化、调压、计量和加臭后直接向小区居民用户或工业用户供气的一种供气方式。瓶组供气站内主要设备包括：LNG瓶组、空温式气化器、加热器、加臭装置、低温阀门、调压器和流量计等。

2.1.1 工艺流程

将装LNG的钢瓶运到站内，连接好气、液相管，用钢瓶自带的增压器给钢瓶增压，利用压差将钢瓶中的LNG输送到空温式气化器，在气化器中LNG气化，然后通过调压器调至所需压力经加臭后送至用户。

LNG瓶组供气工艺与液化气(LPG)瓶组供气相类似，在瓶组站内根据下游用气量设置使用和备用两组瓶组，当使用侧的LNG钢瓶液位下降到规定液位时，可打开备用瓶组，并将换下的空瓶运回LNG卫星站灌装。

2.1.2 LNG钢瓶

LNG钢瓶国内外均有生产，钢瓶的性质和价格差别较大。以国产410 L的卧式低温钢瓶为例，说明其性能和外形特点，其参数见表2。

表2 国产410 L的卧式低温钢瓶参数

LNG钢瓶采用内外双层结构，用304L不锈钢材料制作，内层采用绝热材料缠绕工艺，内外层之间抽真空，最大限度降低蒸发损失。整个钢瓶安装在有万向脚轮的支撑座上，普通工人1人可以完成充装供气作业。410 L的卧式低温钢瓶外形和工艺原理见图2、图3。

图2 卧式低温钢瓶

图3 卧式低温钢瓶工艺原理

2.1.3 钢瓶的灌装

将LNG液相进出口阀门与LNG卫星站低温储罐液相出口软管连接，气相阀门接至LNG站的回收气体(BOG)管线连接软管上。打开LNG进出口阀门和气相阀门，关闭其它阀门，将LNG自低温储罐压入钢瓶。充好后，关闭LNG进出口阀门和气相阀门，松开连接软管，完成灌装作业。

2.1.4 工艺特点

LNG瓶组供气方式工艺简单，操作安全可靠，供气稳定，能满足中心村约2 000户居民及附属公建用户的天然气用气需求。

(1)空温式气化器与自然蒸发加热器BOG制作成一个组合体，便于安装和维护管理。

(2)站内仪表可选择国内成熟工厂的产品，仪表柜面上显示动态温度、压力、流量，为减少计量误差，出站流量计选用新型质量流量计。

(3)站内设置4点可燃气体浓度报警器，配置国产低温阀门。

(4)为确保设备和管线运行安全，每组气化器前后阀门间均装有安全阀，防止液体气化后管道超压，出站温度计设有低限报警，防止出站气体温度过低造成用户点火困难或燃烧不充分。站内设置消防喷淋灭火装置，所有管道设备均采取静电接地措施。

(5)根据下游用户供气需求波动自动调整出站流量。

2.1.5 LNG瓶组供气的适用条件及主要对象

LNG瓶组供气压力范围为0.3~0.003 MPa，可以采用中、低压两级供气，可实现较远距离输送。LNG瓶组供气的适用条件，一是远离城市天然气管网且短期内无法覆盖的区域；二是用户相对集中的居民区，供气规模为1 000~10 000户；三是用气量相对较大的工商业用户(如大型酒店)等的生活用气，用气量200~300 m3/d。

LNG瓶组供气的主要对象有，一是远郊中心村居民小区；二是政府配套的廉租住房；三是集中建设的工人食堂和宿舍；四是大型酒店等商业用户或大型工业区的生活用气。

2.2 LNG瓶组供气方式的技术分析

2.2.1 用气量测算

环东村集中居住区住户1 230户，考虑余量，按1 500户供气规模进行计算。

2.2.1.1 基础数据

居民耗气定额：2 092 MJ/(人·年)

户均人口：3.3人

户数：1 500户

LNG热值：38.49 MJ/m3

不均匀系数：Km=1.2，Kd=1.15，Kh=2.7

未可预见量按总用气量的5%计算。

2.2.1.2 用气量的平衡计算

根据《城镇燃气设计规范》，环东村的供气规模按1 500户测算，对燃气用户的月、日、时的燃气用量进行计算，结果见表3。

表3 环东村用气量平衡

由上表可见，环东村按1 500户的供气规模，计算月平均日用气量为928.7 m3，高峰小时用气量167.5 m3/h。

2.2.2 钢瓶数量的计算

《城镇燃气设计规范》中有关液化天然气瓶组气化站的规定，“…气瓶组储气容积宜按1.5倍计算月最大日供气量确定。”LNG钢瓶数量计算结果见表4。

表4 环东村LNG钢瓶数量计算

若选用国产化的410L低温钢瓶，每只钢瓶可充装LNG折合气态天然气为208 m3。环东村的供气规模按1 500户测算，需要配备LNG钢瓶数量8只，瓶组分为两组，每组4只，一用一备，最大供气量为800 m3/h，可满足环东村1 500户居民用气。

2.3 LNG瓶组供气方式的气源保障分析

我国LNG进口始于东南沿海地区，进口量由2006年的69万t增长到2011年的1 221万t(约为178.2亿m3)，占我国天然气进口总量的一半以上。目前，我国LNG进口来源主要是澳大利亚、印度尼西亚、卡塔尔和马来西亚等国，分别占进口总量的29.8%、16.3%、19.1%和12.9%。截至2011年底，我国已经在广东、福建、上海、江苏、辽宁等五个省市建成LNG接收站，目前在宁波、青岛、珠海、唐山等地的接收站正在建设中。预计“十二五”期间，我国将建成新进口LNG接收站17座，接收能力达到6 500万t/y，2015年之前国内液化天然气工厂总产能将达到750万t/y。

表5 我国已建成(在建)LNG接收站情况

经过多年发展，我国LNG产业链不断完善。从上游LNG供应商来看，中海油、中石油和中石化三大石油公司大力建设LNG接收站，垄断了我国海上LNG的贸易和生产。此外，我国陆上LNG液化工厂蓬勃发展，涌现出了以新疆广汇能源等为代表的一大批陆基LNG生产供应商。下游LNG分销商有广汇能源、中石油昆仑能源、中海油总公司、新奥能源及绿能控股集团等国内领军企业。

上海液化天然气项目(LNG)一期工程已在2009年建成投产，成为继“西气”和“东气”之后的第三个天然气供应源。气源来自马来西亚，建设地点位于洋山深水港的中、西门堂岛，由专用船码头、接收站和海底输气干线组成，规划年接收液化天然气600万t。项目分两期建设，其中一期规模为每年进口天然气300万t，按气体体积估算，约合40亿m3天然气，2009年开始供气。

2013年，本市各类非管输天然气购入量约为1.2亿m3，目前上海地区的LNG供应是相当充足的，且未来长期气源也将得到可靠保障。

2.4 LNG瓶组供气方式的投资分析

LNG瓶组气化站设置在小区内，站内主要有瓶组库、气化区、计量区，值班室、大门、围墙等。瓶组库可放置在半露天的遮雨棚内，气化器和加热器等宜露天放置，但瓶组与周围建、构筑物的防火间距应符合有关规范的要求。可燃气体浓度报警和天然气低温报警器宜设在值班室内。

2.4.1 投资费用测算

LNG瓶组供气站的投资费用主要有：供气站主体及附属设备、中心村内的输配系统、用户室内立管等。参照上海万事红公司2014年提供的LNG瓶组供气站投资费用，初步测算环东村供气站的总投资费用为571.2万元，组成明细见表6。

表6 LNG瓶组供气投资费用表

2.4.2 资金来源

按本市当前液化天然气投资管理体制，LNG供气站由燃气公司按照有关规范进行设计和建设，供气站主体费用由企业承担；中心村内街坊管及户内管费用按本市有关物价文件规定及行业内标准进行收取，费用主要由政府承担。环东村LNG瓶组供气资金筹措见表7，政府承担部分为452.8万元。

表7 环东村LNG瓶组供气投资费用来源

2.4.3 LNG瓶组供气方式的经济效益分析

2.4.3.1 从用户角度，与瓶装LPG的比较

由于LNG瓶组供气使用的气源是LNG，购气运营成本高于现行的管输天然气，但供气用户都是原瓶装LPG用户。而LNG与LPG之间，在价格上尚存在约20%的价格差，所以在售气价格上以LPG为参考量，计算用户的得益。

表8 LNG瓶组供气与LPG热价对比表

说明：2014年8月本市液化石油气(LPG)的市场价格110元/瓶，气态密度2.35 kg/m3。

由表8分析，与LPG相比，LNG要便宜约35%，相当于购买1瓶110元的瓶装LPG只需要70.8元，节省燃气使用费39.2元。环东村730户居民一年可节省燃气使用费68.68万元.

2.4.3.2 从政府投资的角度，与管输天然气的比较

经现场调查后详细测算，从政府投资的角度，LNG与管输天然气的投资费用比较见表9。

表9 LNG瓶组供气与管输天然气的投资对比 单位：万元

由表9可见， LNG瓶组供气投资节省的优势非常明显。

(1)从总投资费用看，LNG瓶组供气比管输天然气要省1 200多万元，投资总量约为管输天然气的32%；

(2)从政府出资费用看，LNG瓶组供气约为管输天然气的25%，比管输天然气省1 300多万元。

3 LNG瓶组供气方式的管理分析

3.1 供气站的日常管理与维护

由于LNG瓶组供气系统一般都建设在远离管网的中心村居住小区内，距离公用服务设施较远，相应会带来服务网点配置问题，因此设定LNG瓶组供应站的功能不能停留在稳定供气上，还应将燃气设施的服务内容拓展至供应点，在强化管理职能的同时，方便用户。

LNG瓶组供气站的日常经营管理的功能包括了四个方面：

(1)供气系统的运行保障；

(2)输配系统的安全维护；

(3)用户服务和安全检查；

(4)售气和收费系统运营。

瓶组供气站的功能确定后，工作范围也相应确定。虽然涉及面很广，但具体每一项功能的工作量却不大。在供气站中，配置三名工作人员，分别从三个方面作分工，即：燃气服务窗口功能、气源供气系统操控功能、输配系统和用户安全维护检查功能。

3.2 LNG瓶组供气与管输天然气的接口分析

随着社会经济的发展，中心村供气的管道化是本市发展的必然趋势。从城市燃气的发展来看，预计未来的3~4年以后，管输天然气将会在新农村尤其是类似环东村的中心村得到普及。届时，LNG转换管输天然气，从理论上看，在接口上不存在障碍。

(1)在气源的性质方面，由于LNG的组分、热值与管道天然气基本相同，两者具有良好的互换性，用户不需要做任何调整。

(2)在供气管道方面，LNG的输配系统和用户室内立管都是按照《城镇燃气设计规范》设计和建设，只需要将管输天然气的中低压调压站输出口与LNG调压站的出口对接，操作起来简单方便。

(3)在管理体制方面，LNG燃气公司与管输天然气公司可以采取用户集中转卖，或者作为“大用户”承包的形式加以解决。

尽管LNG瓶组供气是一种相当成熟的工艺，但在本市的推广却比较缓慢。究其原因，除了行业宣传不够，社会知晓度、认可度不高外，还在于LNG供气企业与管输天然气企业通常不是同一单位。出于各自利益保护的需要，双方在实际转换时往往会产生摩擦，并最终影响到用户和当地政府的利益，如原敷设管网的通用性、LNG供气企业的预期收益率等等。故在实务操作中要注意以下几点：

(1)LNG瓶组供气的管网系统建设，应有相应资质的设计、施工、监理单位按规范实施。

(2)项目竣工验收时应请将来的管输天然气企业一同参与并认可。

(3)当地政府应与LNG供气企业及管输天然气企业事先商定转换的相关事宜，包括LNG企业的最短经营期、转换后的供气价格、结算方式等。

4 结论和建议

城市供气的管道化是城市发展的必然趋势，但当下城市燃气管网建设尚不能与农村化住宅开发建设同步。LNG作为城镇燃气的一种， LNG瓶组供气方式具有许多独特的优势，在环东村等类似地区采用LNG瓶组供气无疑是一种科学、可行的供气方法。

(1)LNG瓶组供气可作为环东村等类似地区在管输天然气建设之前的过渡供气方式。由于今后几年内上海市管输天然气仅能供应城市化地区的居民用气，大部分郊区和农村化地区，因管网及政策因素制约，短期内无法顺利接纳管输天然气。利用LNG供气即可以解决类似环东中心村这些农村化地区利用天然气的问题。

(2)LNG瓶组供气技术成熟，安全可靠。近年来，我国LNG技术的发展、成功应用的经验、成本的下降、安全可靠性的提高，使LNG作为燃气气源得到了广泛的认可。

(3)LNG瓶组供气投资省，建设规模上有很大的灵活性，具有管道天然气不可比拟的优势。LNG瓶组供气的总投资费用约为管输天然气的30%，投资节省的优势非常明显；若中心村离大管网更远的话，市政管和总投资费用将更高，LNG瓶组供气的投资效益将更加明显。

(4)发展LNG瓶组供气有利于改善本市现有天然气的投资管理体制，吸引多方资金参与天然气的配套建设。

总之，LNG瓶组供气可作为建设上海中心村和社会主义新农村改善人民生活条件、解决燃气配套方面的一种科学的、新型的手段和方法。

Research on Application and Management of the Supplying Technology of the LNG Cylinder Unit

Shanghai Municipal Pudong New Area Public Utility Management Department Lu Zhiping

With the social economic development and the improvement of living conditions, the remote areas where pipeline gas can’t be used want to use the convenient and economical natural gas. Taking Huandong Cun, Zhangjiang Town of Pudong New Area where there was no pipeline gas as a sample, the LNG cylinder unit was applied to solve the problems and its technology and management was analyzed and researched as well.

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