螺杆压缩机在LNG领域的应用与前景分析

安 见

(冰轮环境技术股份有限公司，山东 烟台 264000)

LNG是液化天然气(liquefied natural gas)的缩写。主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的能源。无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，液化天然气的重量仅为同体积水的45%左右。其制造过程是先将富含杂质的天然气净化处理，经一连串超低温液化后得到。燃烧后对空气污染非常小，而且放出热量大，所以液化天然气好。LNG是一种清洁、高效的能源。由于进口LNG有助于能源消费国实现能源供应多元化、保障能源安全，而出口LNG有助于天然气生产国有效开发天然气资源、增加外汇收入、促进国民经济发展，因而LNG贸易正成为全球能源市场的新热点。我国的天然气约2/3由国内油气田生产，1/3由国外进口。国内生成的天然气主要来自陕西(鄂尔多斯盆地)，新疆(塔里木等)，四川(天然气储量第一，此外页岩气丰富)这三个省份，它们生产的天然气占全国总产量的70%以上。但进口的比例在持续扩大，对外依存度增加[1]。

图1 进口量和进口依赖度不断提升

除了常规的天然气被开采加以利用之外，在资源开发过程中还会存在一些包括气田分散的单井气、石油伴生气、煤层气、页岩气、工艺放散气、以及海上采油平台产出的无法利用的小股天然气等非常规的零散天然气。此类气体在实际应用中一般都是放掉或者焚烧掉，严重污染环境，并且对资源是一种浪费。例如中原油田有上百口零散井，单井，日产量多在10t以下，各井位置分散，产量不稳定。在比如中石化延川南非常规能源开采项目，多处气井利用不掉的煤层气都被焚烧掉。据不完全统计，仅部分因地域限制分散的小油田每年焚烧掉的伴生气高达10亿m3左右。因此，液化，回收零散气和放散气资源，变废为宝，对缓解能源供应紧张和改善地区环境有着重要的意义。对于此类位置不固定且气量不稳定的分散气源的回收利用，常规的固定式机组投资大，风险高。可以采用可移动撬装式的螺杆机组来实现。

1 螺杆压缩机的行业发展及应用

近年来，我国的螺杆压缩机制造行业有了较快的发展，制造工艺有了稳步的提升，下游应用领域需求也日渐广泛。国内的螺杆压缩机逐步由传统的空气压缩扩展到石油、天然气、化工、制冷等各个领域的特殊气体压缩，产销量保持增长态势[2]。

1.1 螺杆压缩机在煤层气、石油伴生气、沼气等领域的应用

国家已将煤层气、天然气的采集、液化运输，石油伴生气、火炬气、沼气回收、液化利用纳入了重点投资建设项目，同时伴随着国家的对环境保护力度的加大，螺杆式压缩机的发展有了更好的契机。对比传统的压缩机在该领域的应用，螺杆压缩机有先天的优势。螺杆压缩机结构简单，易于维护，重要的是螺杆压缩机可以集成在一个撬块上，对于多气井的布局，便于拆装，节省成本。目前，集成式的螺杆机组已在美中能源、中石化、蓝焰等大型煤层气开采企业中得到成功的运用。同时贵州茅台沼气项目，庆港石油伴生气项目运行都获得了成功。

图2 天然气增压机

1.2 螺杆压缩机在液化天然气中的应用

目前针对螺杆式压缩机在LNG中的应用，多以3～6万方/日处理量为主。该处理量的压缩机多为小撬装式喷油螺杆压缩机。集成吸气过滤器，油分离器，油过滤器，高效除油器，活性炭除油器在同一公共底座，移动方便灵活。对比活塞压缩机，集成式撬块无需特定的安装,维修简单。机组出口含油量可低至0.01ppm，不会对后端液化设备造成冰堵、污染，提高出液量。压缩机转子采用先进的双边非对称全圆弧及其包络线转子型线，使得压缩机具有较高的效率。流量调节装置使压缩机可进行15%～100%的流量无级调节，同时可实现最小负荷启动，节省运行费用。近五年的发展，使得螺杆式压缩机在LNG行业得到了广泛的认可。在我国气源丰富的地区，用撬装式螺杆压缩机作为液化核心设备的份额正在不断的增长。据不完全统计，2018年在陕西、内蒙古地区多座井口气气源项目在建，预计达30多座，单项目涉及产能均在3～6万方/日， 目前陕西燃气设计院参与在建项目8座，其它公司设计项目10座。这其中的螺杆压缩机使用数量占比到70%以上，应用相当广泛。例如目前已具备液化条件的陕西绿源杭锦旗液化站，濮阳聚能油气公司以石油伴生气为气源的1.5万方/日液化站，压缩设备全部以撬装式螺杆压缩机为主。

图3 5万方/日LNG液化站

2 我国未来LNG市场需求分析展望

打好污染防治攻坚战，要使主要污染物排放总量大幅减少，生态环境质量总体改善，重点打赢蓝天保卫战。推广清洁能源、用天然气替代燃煤使用，已是大势所趋。政策接棒推广天然气，十三五年均消费增速有望达到15%。《能源发展“十三五”规划》提出，天然气推广是我国能源转型的重要抓手，到2020年中国能源消费总量要控制在50亿吨标准煤以内，其中，天然气比重力争达到能源结构的10%。保守估计，如果2020年天然气消费量相当于5亿吨标准煤热值，按照1吨标准煤热值等同于720m3天然气测算，中国天然气消费规模在2020年将达到3600亿m3。现阶段中国天然气利用极为不平衡，天然气在中国能源中的比重很小。从中国的天然气发展形势来看，天然气资源有限，天然气产量远远小于需求，供需缺口越来越大。尽管还没有形成规模，但是LNG的特点决定LNG发展非常迅速。可以预见，在未来5～10年的时间内，LNG将成为中国天然气市场的主力军。中国对LNG产业的越来越重视，体现在中国正在规划和实施的沿海LNG项目，主要有：广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁等，这些项目将最终构成一个沿海LNG接收站与输送管网。2017 年以来，江苏启东、广东揭阳、中石化天津等接收站项目陆续投产，截至 2017 年底我国 LNG 接收站总接卸周转能力达5640万t/a。当前浙江舟山、广西防城港、江苏江阴及广东潮州等在建项目有序推进，预计将于 2018、2019 年陆续投产；宁波二期、舟山二期、浙江温州、滨海等项目有望陆续开工。但是由于接收站建造周期较长，其中 LNG 储罐的建造周期就长达 30 个月，假设建成后立即投产，从开工到投产时间至少需要三年，预计短期内新增接收站产能释放有限。根据现在的在建及规划项目进度，我们预计到 2020 年底，LNG 接收产能有望达到8270 万t/a，较 2017 年底增长 46.63%。经测算，2018 年我国接收站利用率需达到 85%才能完全满足 LNG 进口需求，2020 年利用率需达到 97%才能补足我国天然气供需缺口。考虑到天然气消费季节性差异明显、且短期内我国储气设施不足导致接收站产能无法完全利用，预计 2020 年之前我国在建 LNG 接收站尚无法完全满足 LNG 进口需求，接收站仍属稀缺源。所以，以气田井的不断开发，包括非常规能源的开采利用，来应对我国现阶段对LNG的需求缺口，依旧是我国未来几年天然气推广使用主要依赖的途径和LNG供应源头。届时，螺杆压缩机的市场份额将会随着国内天然气在能源比重的增加与LNG产能供应，获得阶段性的增长。

3 结语

螺杆压缩机经过不断的发展与创新，以其易损件少，输气量大，体积小，可撬装式，效率高，能耗低等明显优势，为广大用户所熟知。通过近几年与油田、天然气开采液化、非常规能源开采液化等企业的磨合，螺杆压缩机高效稳定，故障率低，在恶劣环境下依然能够超额完成任务，成绩斐然。伴随着美丽中国主题序幕的拉开，以清洁能源代替传统的高污染能源，还天空以蓝色，环保成为了不可阻挡的潮流。在未来的能源更迭过程中，螺杆压缩机与LNG的联系会越来越紧密，发展前景会更好。