中国LNG技术标准体系建设和发展思路探讨

王品贤 李福刚 马 武 任庆君 徐 硕 马伟平

1. 中国石油天然气管道局工程有限公司管道投产运行分公司, 河北 廊坊 065001;2. 中国石油管道局工程有限公司第四分公司, 河北 廊坊 065000;3. 中国石油管道科技研究中心, 河北 廊坊 065000

0 前言

液化天然气(LNG)具有清洁能源的优越性,已成为世界供应增长最快的能源[1],日本和韩国等能源缺乏国家LNG使用比例已超过60%[2]。LNG是中国能源结构重要组成部分,自2000年以来,中国进入了大型LNG接收站和天然气液化厂的建设运营高峰期。截至2018年7月,中国已建成18座大型LNG接收站,包括中国石油、中海油、中国石化以及申能集团、新疆广汇集团等大型能源公司[3-5]建设的接收站，随着中国LNG产业快速发展,LNG生产、处理、运输和销售的产业链结构不断完善,对标准化工作提出了更高要求。

为满足与国际接轨和国际贸易的要求,实现安全、可靠、高效的目标,应建立和完善涵盖设计、施工、材料及设备、安全与运行管理等领域的LNG技术标准体系[6]。“十三五”期间,应深入开展LNG标准体系建设工作[7-8],总体技术路线根据中国LNG产业实际情况,由采标为主阶段逐步过渡到自主制修订阶段,即统筹规划、自主制定行业核心技术标准,有针对性和选择性采标国外LNG重点标准,重视增强技术标准对生产业务的规范和指导作用。建立系统的、完善的LNG技术标准体系,可为中国LNG产业健康发展提供有力技术支持。

1 中国LNG标准现状及差距

2009年中国成立了液化天然气技术委员会,在标准制修订工作方面取得显著成绩,制定了一系列LNG工程建设和生产储运类国家标准和行业标准,针对国际标准ISO、欧洲标准EN的试验测试系列标准进行采标,但与国外发达国家相比,LNG标准技术水平、应用程度和指导作用还存在差距。

1)中国LNG标准涵盖包括国家能源局、交通运输部、质检总局、出入境检验检疫总局等多部门制定的国家标准和行业标准,LNG标准存在交叉、共用情形。

2)缺少综合性、先进适用的LNG工程建设标准,GB/T 20368-2012《液化天然气(LNG)生产、储运和装运》和GB/T 22724-2008《液化天然气设备与安装陆上装置设计》采标NFPA 59 A、EN 1473欧美标准,欧美标准在选址原则、管材选型、设施防火间距、自动控制、人员资质和语言习惯等方面的特殊性,不能完全适用于中国LNG产业实际情况和指导新建LNG项目设计、施工和验收工作[9]。

3)中国LNG标准采标国外标准较零星、分散,采标工作缺乏前瞻性和前期适用性研究[10],部分国外采标标准版本年代久远且技术工艺已更新。中国侧重根据设计、施工与运行管理的特定环节制定标准,还未建立系统全面、先进适用的LNG技术标准体系。

4)中国还缺少LNG质量标准,GB 17820-2018《天然气》适用于管输天然气,管输天然气的水露点、烃露点等指标随着输送过程发生变化,相对管道进口指标,终端指标过于宽松,不适用于LNG[11]。GB 18047-2017《车用压缩天然气》在甲烷含量、热值、生产工艺等方面的要求也不适用LNG,应制定LNG产品质量国家标准。

5)LNG节能、安全和环保标准还需进一步完善[12],主要体现:缺少LNG输送过程损耗分析方法[13];缺少符合中国国情的LNG场站安全间距规范[14];LNG储罐预防地下水污染措施有待改进,包括隔堤、拦蓄区和防渗膜设计等方面。特别是LNG站场消防主要执行石油行业的相关国家标准[15],例如GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》、GB 50351-2014《储罐区防火堤设计规范》等,这些规范并不完全适用于LNG场站的实际情况。

2 中国LNG技术标准体系构建方法

中国LNG产业未来发展应以技术标准为支撑,建立全领域、全产业链、全流程、具有可操作性的技术标准体系。LNG技术标准体系构建遵循以下几点:

1)本研究涵盖的LNG产业链过程阶段起点是从动力船舶运输,经船岸交接和码头接卸/加注,到达LNG接收站和天然气液化厂的储罐,通过计量站进入外输管道(管网)。LNG标准化对象及范围包括船舶、码头、接收站、天然气液化厂、加注站和汽化站等。

2)立足学习国外先进LNG标准的经验理念,充分调研国外LNG技术标准。

3)为避免与相近专业领域的标准交叉、重复,不列入井口天然气和压缩天然气(CNG)标准,列入适用的管输天然气标准。

4)注重LNG标准与国内交通、质检、石油、化工、燃气等相关行业标准的协调统一。

LNG技术标准体系结构按照GB/T 13016-2009《标准体系表编制原则和要求》进行构建,分为具有上下级关系的七个层级,见图1。

图1 LNG标准体系结构框架图Fig.1 The construction frame of LNG standard systems

1)第一层级为基础标准,即LNG产品质量和检验标准。

2)第二层级为综合性标准,例举了美国、加拿大、欧盟、澳大利亚制定的LNG综合性标准,这类标准具有较高的权威性和通用性,代表了世界LNG标准的技术水平和发展趋势。

3)第三层级为规划标准,包括LNG项目可研、选址和初设标准。

4)第四层级为设计标准,包括船舶输送系统、码头、接收站、天然气液化厂、储罐、站场设备、汽车加气站和管材等标准。

5)第五层级为施工标准,包括接收站和天然气液化施工等标准。

6)第六层级为生产储运标准,包括船岸交接、计量、站场运行和试验测试等标准。

7)第七层级为安全标准,包括LNG接收站安全管理和LNG储罐防火堤标准。

3 LNG技术标准体系及国外LNG标准明细

LNG技术标准体系主体是LNG产业相关的国家标准和行业标准。为提高LNG技术标准体系的完整性、先进性和适用性,充分借鉴国外LNG标准的先进经验,下面标注了已经采标国外LNG标准的一致性程度(IDT等同采用,MOD修改采用),并列出了美国、加拿大、澳大利亚、日本和欧盟等国外LNG标准,可作为未来的工作重点和研究方向。应持续跟踪国外LNG标准的发展动态和修订信息,例如重要条款内容、参数指标和版本的变更情况。如国内已有相关标准,可通过对标方式提升国内标准技术水平(国外标准标注为“对标标准”);如国内无相关标准且有技术需求,考虑进行采标(国外标准标注为“拟采标标准”)。

3.1 基础标准

1)GB/T 19204-2003《液化天然气的一般特性》(BS EN 1160-1997,IDT)。

2)SN/T 2491-2010《进出口液化天然气质量评价标准》。

3)SN/T 2378.2-2010《进口液化天然气检验规程第2部分:船舱检验》。

3.2 综合性标准

1)GB/T 20368-2012《液化天然气(LNG)生产、储运和装运》。该标准参考NFPA 59 A-2009制定,最新版本是NFPA 59 A-2016,适用于LNG产业的设计、选址、施工、操作、设施维护和人员培训。该标准具有很高的权威性,在国际上获得高度认可并广泛使用。

2)GB/T 22724-2008《液化天然气设备与安装陆上装置设计》(EN 1473-1997,MOD)。最新版本EN 1473-2016,被欧洲36个国家采用为本国标准,用于规范和指导LNG装置的设计、建设和运行,重点是LNG岸上设施运行管理,规定了LNG设施安全分析和设计的要求。

3)加拿大标准CAN/CSA Z276-2015《液化天然气生产、储存和装运》。该标准是加拿大的综合性LNG标准,适用于LNG项目的设计、选址、施工和操作,LNG的储存、汽化、转运、装卸和卡车运输,LNG操作人员资质要求。

4)澳大利亚标准AS 3961-2005《液化天然气的储存和操作方法》。该标准是澳大利亚的综合性LNG标准,用于规范和指导LNG储存和运输装置的设计、建造和运行,主要内容包括海运常压储罐的安装、管道峰值补偿和压力储罐等。

3.3 规划标准

1)SY/T 6807-2010《液化天然气项目申请报告编制指南》。

2)SY/T 6935-2013《液化天然气接收站工程初步设计内容规范》。

3)SY/T 7434-2018《液化天然气接收站能力核定方法》。

3.4 设计标准

3.4.1 船舶输送系统标准

1)SY/T 6986.1-2014《液化天然气设备与安装船用输送系统的设计和测试第1部分:输送臂的设计和测试》(EN 1474.1-2008,MOD)。

2)SY/T 6986.2-2016《液化天然气设备与安装船用输送系统的设计和测试第2部分:输送软管的设计和测试》(EN 1474.2-2008,MOD)。

3)SY/T 6986.3-2016《液化天然气设备与安装船用输送系统的设计和测试第3部分:海上输送系统》(EN 1474.3-2008,MOD)。

3.4.2 码头标准

1)JTS 165-5-2016《液化天然气码头设计规范》。

2)JTS 196-11-2016《内河液化天然气加注码头设计规范(试行)》。

3)欧洲标准EN 13645-2001《存储容量为5～200 t的港口设备设计标准》(对标标准)。

3.4.3 接收站和天然气液化厂标准

1)GB 51156-2015《液化天然气接收站工程设计规范》。

2)SY/T 6933.1-2013《天然气液化工厂设计建造和运行规范:第1部分:设计建造》。

3.4.4 储罐标准

1)GB/T 26978-2011《现场组装立式圆筒平底钢质液化天然气储罐的设计与建造》(EN 14620-2006,MOD)。

2)SY/T 0608-2014《大型焊接低压储罐的设计与建造》(API Std 620-2008,MOD)。

3)GB/T 50938-2013《石油化工钢制低温储罐技术规范》。

4)GB/T 18442-2011《固定式真空绝热深冷压力容器》。

5)日本标准JGA-107-02《LNG地下储罐指南》(国内LNG储罐基本为全包容式预应力混凝土顶地上储罐,拟采标标准)。

6)日本标准JGA-108-02《LNG地上储罐指南》(对标标准)。

7)美国标准API Std 625-2014《低温液化气储罐系统》。

3.4.5 站场设备标准

1)JB/T 4780-2002《液化天然气罐式集装箱》。

2)日本标准JGA-102-03《LNG接收站设备指南》(国内缺少LNG站场设备分级和管理标准,拟采标标准)。

3.4.6 汽车加气站标准

1)NB/T 1001-2011《液化天然气汽车加气站技术规范》。

2)GB/T 25986-2010《汽车用液化天然气加注装置》。

3)GB/T 26980-2011《液化天然气(LNG)车辆燃料加注系统规范》(NFPA 52-2006,MOD)。

4)GB/T 20734-2006《液化天然气汽车专用装置安装要求》。

5)GB/T 34510-2017《汽车用液化天然气气瓶》。

6)美国标准NFPA 57-2002《LNG汽车燃料系统标准》(对标标准)。

3.4.7 管材标准

1)GB/T 32964-2016《液化天然气用不锈钢焊接钢管》。

2)英国标准BS 4089-1999《液化石油气和液化天然气用金属软管组件规范》(对标标准)。

3.5 施工标准

1)SY/T 4114-2016《天然气管道、液化天然气站(厂)干燥施工技术规范》。

2)SY/T 7302-2016《液化天然气接收站陆域形成和土建工程技术指南》。

3)SY/T 7303-2016《液化天然气管道低温氮气试验技术规程》。

4)SH/T 3561-2017《液化天然气(LNG)全容式钢制内罐组焊技术规范》。

5)SY/T 7349-2016《低温储罐绝热防腐技术规范》。

3.6 生产储运标准

3.6.1 船岸交接标准

1)GB/T 24963-2019《液化天然气设备与安装-船岸界面》(ISO 28460-2010/BS EN 1532-1997,MOD)。

2)GB/T 24964-2010《冷冻轻烃流体-液化天然气船上贸易交接程序》(ISO 13398-1997,IDT)。

3)SY/T 7029-2016《液化天然气船对船输送作业指南》。

3.6.2 计量标准

1)GB/T 24959-2010《冷冻轻烃流体液化气储罐内温度的测量电阻温度计和热电偶》(ISO 8310-1991,IDT)。

2)GB/T 24960-2010《冷冻轻烃流体液化气储罐内液位的测量电容液位计》(ISO 8309-1991,IDT)。

3)GB/T 24961-2010《冷冻轻烃流体液化气储罐内液位的测量浮子式液位计》(ISO 10574-1993,IDT)。

4)GB/T 24962-2010《冷冻烃类流体静态测量计算方法》(ISO 6578-1991,IDT)。

3.6.3 站场运行标准

1)SY/T 6928-2018《液化天然气接收站运行规程》。

2)SY/T 6929-2012《液化天然气码头操作规程》。

3)SY/T 6933.2-2014《天然气液化工厂设计建造和运行规范:第2部分:运行》。

4)SY/T 6934-2013《液化天然气(LNG)车辆加注站运行规程》。

3.6.4 试验测试标准

1)GB/T 20603-2006《冷冻轻烃流体液化天然气的取样连续法》(ISO 8943-1991,IDT)。

2)GB/T 21608-2007《液化天然气密度计算模型规范》(ASTM D4784-1993(R2003),IDT)。

3)EN 12838-2000《液化天然气设备与安装LNG采样系统适用性检验》(国内缺少LNG取样检定标准,拟采标标准)。

3.7 安全标准

1)SY/T 6711-2014《液化天然气接收站技术规范》。

2)GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》。

3)GB 50351-2014《储罐区防火堤设计规范》。

4)日本标准HK/KL KS0850-7-2005《安全检查标准(LNG接收站)》(对标标准)。

5)欧洲标准EN 12065-1997《LNG灭火材料的性能试验》(对标标准)。

4 LNG技术标准体系建设建议

“十三五”期间,根据中国LNG产业发展目标,应进一步提升LNG标准体系的完整性、先进性和适用性,提升标准技术水平和应用普及程度,建议开展下列标准专项研究工作:

1)LNG产业链特点要求接收站必须按照时间节点完成试运并顺利投产,LNG施工验收和正式运行之间的试运投产还属薄弱阶段。为避免投产期间发生事故,或者延迟投产,应制定LNG接收站试运投产质量控制规范[16],包括储罐预冷降温速率控制、工艺管道干燥、吹扫、密封性检查和重要设备单机试车,避免试运投产事故和保证日后平稳高效运行。

2)完善LNG接收站和天然气液化厂的设计施工和生产储运标准,制定包括LNG接收站和天然气液化厂的设备分级管理、可视化管理、站场和储罐完整性管理标准[17]。

3)中国还未制定LNG站场风险量化分析标准[18],建议建立LNG火灾科学实验基地,研究LNG蒸气云扩散机理、LNG池火灾热辐射强度模型等,为LNG站场火灾扑救技术和应急消防设备配备提供依据。

4)中国LNG站场安全分析标准还处于初步阶段,LNG产业涉及多种工艺流程和设备设施,欧洲标准EN 1473采用危险与可操作分析(HAZOP)对各种潜在风险进行辨识和评估[19]。应研究适合中国LNG产业实际情况的危险评价方法,制定LNG站场设施和操作危险分析规范。

5)开展浮式LNG接收装置技术标准采标前期研究[20],跟踪浮式储存及再汽化装置(Floating Storage and Regasification Unit,FSRU)、浮式接收装置(Floating Storage Unit,FSU)等浮式LNG水上接收终端的技术进展和标准发布情况,开展FLNG、FSRU等水上接收终端的国际标准采标研究,采标国外标准应注重提高标准的实用性和可操作性。

5 结轮

中国天然气市场规模潜力巨大,可以预见,未来几年LNG在中国能源结构和天然气供应中占比会越来越大,中国LNG接收站建设发展思路及相关建议是以扩建现有接收站为主,适时增加储存容量和汽化能力,积极参与市场调峰。在此基础上,提高中国LNG技术标准的系统性和先进性,未来LNG产业和LNG技术标准的发展趋势包括以下方面:

LNG工艺流程优化和节能减排技术;LNG接收站低负荷率运行和优化调峰技术;LNG国际标准技术要点更新对应的相关研究成果,标准技术内容更新的研究和采用;LNG接收站运行管理国内外标准对标及技术水平提升。