国内LNG运输技术与设备的发展现状

郭　旭，罗晓钟，王荣华，王苏淮，徐周凯，王芳云，苗　娜

(张家港中集圣达因低温装备有限公司，江苏 张家港 215600)



国内LNG运输技术与设备的发展现状

郭旭，罗晓钟，王荣华，王苏淮，徐周凯，王芳云，苗娜

(张家港中集圣达因低温装备有限公司，江苏 张家港 215600)

摘要:作为LNG工业体系中的物流环节，LNG运输业承上启下，贯穿整个LNG工业体系的方方面面，并随着LNG的需求和供应而迅速发展。文章简要介绍了LNG在我国的发展历程，对我国LNG陆路运输、海上运输和管道运输目前所处的状态和未来的发展方向做了扼要的分析，并对LNG运输业的发展提出了建议和意见。

关键词:LNG；槽车；罐箱；管道；船用运输罐；发展现状

LNG起源于美国，1917年戈弗雷·卡波特获得美国第一个有关LNG处理和运输的专利，1917年美国在西弗吉尼亚地区建起了世界上第一个甲烷液化工厂[1]，使得美国成为全球率先提出LNG理念并付诸实施的国家。1964年开始，LNG的液化、气化、储存和运输应用进入商业化运行，截至目前已有51年的发展历程。

早在上个世纪60年代，国家科学技术委员会就制定了符合我国国情的LNG发展规划纲要，由于规划纲要为我国LNG发展指明了方向，使得我国在60年代中期就完成了工业性试验。进入90年代，中科院低温中心联合国内相关企业，进一步开展了LNG应用技术的实践，开启了我国LNG产业链的高速发展模式。同时，随着我国LNG工业发展的不断深入，通过引进国外先进技术突破了一些关键技术，这标志着在引进国外核心技术的基础上，国内LNG应用技术开始全面向前推进，在此过程中既引进大量的设计和建造技术，又发展了配套产业，同时培养和锻炼了一大批从事LNG应用技术的人才和队伍。1999年由法国索非公司帮助建设的我国首座LNG液化工厂在上海浦东建成，2001年11月建成我国第一台实现商业化的中原燃气液化装置[2]，2004年9月当时最大的150万m3LNG工厂在新疆率先建成投产。

世界上普遍认为，LNG工业是当代天然气产业的一场革命，在近十年的时间内，我国LNG应用技术得到了空前发展，逐步建立起了涉及液化、储存、运输到终端使用，以及配套装备制造各个环节具有中国特色的LNG产业，成为我国LNG工业发展的一个重要特征。

在LNG产业中，LNG运输业是LNG工业体系中的物流环节，作为LNG产业枢纽，LNG运输业承上启下，贯穿LNG工业体系的方方面面，并随着LNG的需求和供应迅速扩大。LNG的运输可分为陆路、海上和管道三种运输方式，其中陆路主要有公路和铁路两种运输方式[3]。

1陆路运输

1.1公路运输

公路运输LNG在我国已有多年的应用历史，设计及制造技术都十分成熟，我国LNG的公路运输主要使用液化天然气槽车(简称LNG槽车)，见图1，LNG槽车有30、40、45、52.6 m3等几种常用规格。2013年张家港中集圣达因低温装备有限公司通过应用领先的技术，设计制造出国内最大容积56.23 m3的LNG运输槽车，但国家基于LNG运输存在的危险性，出于安全考虑确立了一个稳定的容积，使LNG槽车形成一个标准化产品体系，并在标准中做出明确规定(俗称：限容)[4]，目前我国LNG运输槽车允许最大容积为52.6 m3，国外可生产制造最大容积为90 m3的LNG运输槽车。

LNG槽车运输适用于运输距离短、数量不大的LNG输送，研究表明1000 km距离以内以公路槽车运输为宜。利用槽车运输时，影响运输费用的主要因素为槽车储罐的几何容积[5]。槽车在移动结构平台上运输深冷、易燃易爆介质，必须确保物料的装卸、隔热保冷和高速行驶等项技术安全可靠。

目前，LNG槽车装卸工艺主要采用压力输送(增压输送)和装卸泵输送两种形式[5]。压力输送是利用装卸点的空温式气化器或水浴式加热器对槽车进行增压，借助槽车内外部的压力差实现LNG的装卸，这种方式简单易行，但需要的装卸时间较长。泵输送是利用外部工艺离心式装卸泵将LNG增压实现槽车装卸，这种输送方式装卸车流量大、装卸车的时间非常短。2011年张家港中集圣达因低温装备有限公司开始研发LNG加气车产品，经历两年多的时间完成带泵车企标评审和技术评审，2013年9月圣达因成为国内首批通过带泵车技术评审的3家制造企业之一，填补了国内LNG槽车自带泵技术的空白。

为了确保LNG槽车运输过程中的安全性和经济高效，对于深冷介质LNG的运输，槽车的隔热保冷必须经济有效，以免在运输过程中因发生热交换导致LNG大量蒸发引起储存容器超压，目前国内常用的隔热保冷技术有堆积绝热、高真空绝热、真空粉末(含纤维绝热)绝热、高真空多层绝热[6]，其中以真空粉末绝热技术应用最为广泛。

鉴于LNG运输存在的危险性，国家对LNG槽车运输时的行驶速度明确规定：最高时速在一级公路上≤60 km/h，二、三级公路为30～50 km/h(见JB/T 6898—1997《低温液体储运设备使用安全规则》)。

图1　LNG槽车

1.2铁路运输

2013年6月，中国铁路总公司批准通过LNG铁路运输试验大纲，随后我国LNG铁路运输进入试验准备阶段，在8月中旬至9月底，在青藏线格拉段经过三次的上线试运和大量试运数据的取证，论证了LNG罐箱铁路运输的安全性，同年国家铁路总公司将LNG罐车列为科技开发计划，由西安轨道交通装备公司承担该项目的研发和试制。我国首条LNG铁路运输专用线在新疆竣工，该项目由新疆广汇燃气集团建设，专用线的竣工将有效解决新疆LNG向外运输距离远的难题，2015年4月我国首个LNG铁路罐车样车设计方案获批，首个LNG铁路罐车样车正在加工生产，预计明年年初完成投入试运行。

现阶段，国外仅有美国、日本等少数国家掌握了LNG铁路罐车技术[7]，LNG铁路罐车在我国还是空白。在我国，铁路运输LNG的容器主要朝向LNG罐箱方向发展，见图2，其储存容器结构与LNG槽车完全相同。与LNG槽车结构相比较而言，LNG罐箱由于采用了非固定的链接方式，具有较好的机动性、罐箱外形尺寸适合铁路的优点。

与LNG槽车公路运输相比较而言，LNG铁路运输运输量大、运输速度快、效率高、受大雾雨雪等恶劣天气影响小、保障平稳供给能力强等诸多优点，使得铁路比公路运输更加经济有保障。

图2　LNG罐箱(中集安瑞科制造)

2海上运输

根据国际能源机构预测，到2020年国际市场上LNG贸易量将达到天然气贸易量的40%，LNG在国际天然气贸易中发展势头如此强劲，都得益于世界LNG应用技术的发展[8]，LNG贸易经过40多年的发展已基本形成较为完善的贸易模式和运输方式。

LNG海上运输主要用于国际LNG贸易，LNG运输船是造船业公认的技术含量高、难度最大的顶尖级设计制造技术，多年以来，该项技术只有美国、日本、韩国和欧洲的少数几个国家的造船厂才能建造，其设计及建造技术一直处于垄断地位，这大大刺激了中国制造业的神经，在广东LNG项目中，为实现“国货国运，国船国造”的目标，首次引入国内造船企业参与竞标，从此开启了我国LNG造船业和LNG船运运输发展的新模式。

进入21世纪后，我国LNG远洋运输及近海、内河运输船技术获得历史突破，2008年由沪东中华造船建造的我国首艘LNG船“大鹏昊”首航广东LNG项目，世界级船舶建造历史上又一次铭刻下中国制造“零”的突破，标志着我国LNG船运运输产业正式加入到LNG运输业中，同时也说明了我国已经基本掌握了这一顶尖级技术。

随着设计及建造技术经验的不断积累，中小型LNG运输船已成为LNG运输产业一个新的热点，我国LNG运输装备制造业攻克多项技术难关，2015年5月，由江南造船厂为中海油建造的国内首艘30000 m3LNG运输船“海洋石油301号”正式交付，2015年9月1日由中集安瑞科下属企业张家港中集圣达因低温装备有限公司为浙江华祥海运建造的首台中国“智造”7000 m3船用C型运输罐顺利完工，见图3，该项目首创国内自主设计、制造，CCS负责审图及监造，设计及建造全面实现了国产化，这将进一步丰富我国近海及内河LNG的运输需要。

根据IGC CODE国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则，从船运运输液货舱与船体之间的相对关系，LNG运输船分为整体液货舱、薄膜液货舱、半薄膜液货舱、独立液货舱和内部绝热液货舱5种类型[9]。

液化天然气低温、易燃、运输量大的特点，使得LNG海上运输具有不同于其他运输方式的独有特点。首先，LNG海上运输因气罐船需要的低温绝热材料、高昂的建造费用和船舶用途的单一性，经营缺乏灵活性，使LNG运输船投资风险比其他类型船舶更大；其次，由于世界液化天然气运输大多为定向造船，包括运输、航线和港口都比较固定，所以出现运输稳定和竞争有序的特点。

图3　圣达因设计制造的7000 m3 C型船用运输罐

3管道运输

在陆地上，LNG管道运输由于受到低温输送技术、经济性、气源等各方面因素的制约，世界上约75%的天然气仍旧采用常温态管道输送方式[10]。到目前为止我国没有出现LNG远距离管道运输的应用实例，在文莱有一条LNG海底低温管道，有效输送距离为32 km，另据报道日本已经着手建造一条从新岛至仙台的LNG输送管道，输送管道直径为24 in(注：1 in=25.4 mm)，全线长约358 km，建成后将成为全球最长的LNG管道输送线。

虽然，在低温材料与设备的应用和LNG贸易量都在逐年增加的前提下，LNG长距离管道运输没有取得长足的发展，但最新的研究表明，建设长距离LNG输送管线在技术上是可行的，在经济性上也是合理的。一般来讲，LNG的管道输送可以分为非绝热管、普通堆积型绝热管和高真空绝热管三种方式，主要用于LNG液化工厂内、调峰站、大型终端接收站和气化站等短距离输送。

LNG管道输送的优点主要表现在两个方面，一方面由于1 m3LNG占用的体积约为天然气的1/600，与常温态天然气管道输送相同体积的天然气，LNG输送管道要求的直径要小得多。另一方面，常温态天然气管道输送过程中要在沿线设置多套天然气增压站，相比较与LNG管道输送沿线设置的LNG泵站，天然气增压站的投入远远要超过LNG泵站，并且天然气增压站的能耗是LNG泵站的好几倍。

但是，LNG管道运输也存在十分突出的不足，主要体现在为了保证LNG远距离输送安全，其管道与设备必须采用价格昂贵的镍钢和保冷性能良好的绝热材料，用以补偿管道长距离输送过程中产生的冷收缩和较低的蒸发。同时，为了实现LNG单向流动和蒸发气的再次液化，需在管道上增建中间冷却站。因此，管道工程的设计复杂和施工技术要求高，长距离LNG管道的初期投资将非常大。

4建议

基于LNG公路槽车、铁路运输和海上LNG船运输的特点，其运输载体均需要另一种能源提供续航动力，如果将运输载体改用LNG发动机，则在运输过程中因发生热交换而产生的蒸发BOG气体正好可用作燃料，这样就可以认为在整个LNG运输链条是没有损失的。国际能源署(IEA)近日发布的天然气市场中期报告显示，液化天然气潜在细分市场中包括运输燃料领域，美国、加拿大、俄罗斯、印度都已开始试验LNG火车机车，从内燃电力机车转换为LNG动力机车的成本为60万～100万美元，但年耗40万加仑柴油的机车若使用等能量的天然气，每加仑可便宜1美元，因此投资回收期很短。

5结束语

短期内，我国LNG陆路运输仍以LNG槽车运输为主，LNG铁路运输和LNG管道运输不会取得较快的发展，目前正处于技术摸索和应用经验积累阶段。但在“一带一路”战略机遇下，LNG铁路运输前景可期，将成为管道运输天然气的重要补充。同时，由于我国西气东输和北气南运输送距离一般都在1000～4000 km，发展LNG铁路运输可发挥铁路运输半径大、运输费用低的优势，促进我国LNG均衡发展，能将资源优势转化为经济优势。

我国水运资源丰富，海岸线长度达1.8万km，内河总长达43万km，加之我国为LNG进口大国，大量的LNG通过国际贸易源源不断地进入中国，LNG船运运输将在我国取得较快的发展，其需求量特别巨大，并且我国LNG运输船在设计及建造技术不断积累的过程中将逐步向大型化、超大型化的方向发展。

参考文献：

[1] 敕元楷． 论中国LNG产业的发展[J]. 中国城市燃气论坛，1996, 30(2): 111-127．

[2] 丁春香，郭宗善．我国LNG产业现状与发展趋势[J]. 石油化工技术与经济, 2008, 24(5): 7-9．

[3] 黎辉，黄海波，周华．LNG公路槽车经济性分析[J]. 天然气工业, 2010, 30(1): 1-3．

[4] TSG R0005—2011 移动式压力容器安全技术监察规程[S]．北京：新华出版社出版，2011.

[5] 贺耿，王正，包光磊．LNG槽车装车系统技术特点[J]，2013, 30(4): 11-14．

[6] 李兆慈，徐烈，张洁，等．LNG槽车贮槽绝热结构设计[J] .天然气工业, 2004, 24(2): 86-88．

[7] 彭晓群，宋国俊，向超．青藏高原LNG铁路灌装运输的必要性和可行性[J]. 天然气工业, 2011, 29(3): 102-107．

[8] 曾燕丽．浅析中国LNG应用技术发展现状及背景[J] .中海石油和化工标准与质量, 2012, 37(16): 242-242．

[9] 散装运输液化气体船舶构造与设备规范[S]. 北京：人民交通出版社，2006

[10] 余红梅，李兆慈，姚麟昱，等．长距离管道输送可行性分析[J].中海石油和化工标准与质量, 2012, 37(16): 242-242．

郭旭(1987)，男，甘肃通渭县人。2011年毕业于兰州理工大学过程装备与控制工程专业，研究方向：低温装备的设计和建造。

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

作者简介：

doi:10.3969/j.issn.1007-7804.2016.02.003

中图分类号：TE83

文献标志码：A

文章编号：1007-7804(2016)02-0011-04

收稿日期：2016-01-21