液化天然气（LNG）长距离管道输送技术

液化天然气（LNG）长距离管道输送技术

任景岗

陕西延长石油天然气公司志丹站陕西延安717500

摘要：天然气作为一种高效清洁的能源，在世界能源市场结构中的比例将显著增加。天然气液化输送相对于气态输送来说，具有很多显著的优点，新材料和新工艺技术的发展使得天然气的液化输送成为可能。世界天然气地区性贸易的迅猛增长也将有助于降低天然气液化输送的成本。目前国内LNG的管道输送技术尚处于起步阶段，国外也无很成熟的实践经验。文章从LNG的特点出发，就LNG的管道输送工艺、经济管径与经济流速、站间距与经济保温层、管材以及LNG管道的预冷与停输技术等方面作了简要介绍。

关键词：长距离；管道；技术经济比较；液化天然气（LNG）；管道输送；经济管径；经济流速；保温层；预冷与停输

1工程概况

LNG的管道输送多见于城市调峰装置和油轮装卸设施上，目前尚无采用低温管线长距离输送LNG的实例。理论研究表明，随着低温材料和设备技术的发展，建设长距离LNG输送管道在技术上是可行的，在经济上也是合理的。

由于LNG的密度是天然气的600倍，与输气管道比较，输送相同体积的天然气，LNG输送管的直径要小得多，LNG泵站的费用要低于压缩机站的费用，LNG泵站的能耗要比压气站的能耗低若干倍。LNG输送管道的不足之处是：必须采用价格较贵的镍钢，需要采用性能良好的低温隔热材料，远距离时，需增建中间冷却站。因此，LNG输送管道的初期投资费用较高。

随着世界能源结构的调整，天然气占世界总能源的比例越来越大。天然气地区性贸易量也正逐年放大。LNG长距离管道问题也越来越受到人们的重视，很显然，输量的增加将有助于降低低温管道的投资费用和单位输量的运行管理费用，从而使LNG的长距离管道输送成为可能。

2LNG管道输送工艺技术

2.1LNG输送工艺

LNG的远距离输送与原油的加热输送工艺类似，管道沿线需建设LNG加压泵站，此外，由于当进入管道的是饱和液体时受热后就要部分气化，成为两相流动。出现两相流动时将使管道的流量减小，阻力增大，甚至还会产生气塞现象。因此对于低温液体输送管道，特别是长距离管道，要防止液体气化，即应实现液体单相流动。防止液体气化的方法就是采用高压输送，即始终保持液体的压力在其临界压力以上，液体的温度在其临界温度之下。因此，对于远距离输送管道除去加压站之外每隔一定距离还需设冷却站，以降低升高了的液体温度。加压站和冷却站应建在一起称为冷泵站。以便于施工和管理。

由于LNG的密度随温度、压力变化比一般轻质成品油大得多，在LNG管道的工艺计算中LNG的物性参数要按管道起终点温度、压力的平均值选取，也可进行分段计算。无论采用哪种方式都必须对极限工况进行校核。

2.2经济管径与经济流速[1]

LNG管道设计方案的确定，主要是指选择多大的管径使得LNG输送管道的年当量费用（投资和运行管理费用之和）最少。此时的管径称为某一输量下的经济管径。

对某一输量下的LNG管道，随着管径的增大，基本建设投资中，钢管及线路工程的投资增大，但泵站数减少，泵站的投资减少。此外，在相同输量下，管径增大，LNG在管道内的流动速度降低，摩擦生热量减少，可以使冷却站的个数减少，从而减少冷却站部分的投资。故总投资费用随着管径的变化必然有极小点存在，即某一输量下有一投资费用最小的管径。

随着管径的增大，LNG输送的能耗费下降，折旧费、小修和维护管理费用也随着投资的变化而变化。故年经营费用随着管径的变化的曲线必有极小点存在，即某一输量下有一年经营费用最小的管径。

将投资及运行管理费用随管径变化的关系曲线叠加，得到年当量费用与管径的关系曲线。从上面的分析可看出，该曲线的极小点即是该输量下的经济管径，此时管内的流速即为某输量下的经济流速。

2.3LNG管道站间距及经济保冷层的确定[2]

如何设计确定LNG管道冷泵站间距，不仅关系到LNG管道的安全生产运营，而且还直接对管道系统的经济性产生影响。站间距过大，不仅要求增大站出口压力，而且在相同的站间温度降情况下对保冷层的要求越高。站间距过小，虽可减少保温层的厚度，但却增加了站的投资和运行管理费用。可见，输送温度和输送压力的正确组合，即冷泵站数和保温层的恰当选择，对输送的经济性影响较大。

冷泵站之间的距离L，可根据预定的进站温度暂定进站压力，在根据泵的出力和管材的强度，确定泵站的工作压力，得到站间管道的最大压降，由此得到最大的站间距。而在相同站间距的情况下，进站温度的确定影响到保冷层厚度和出站温度，从而影响系统的投资和运行管理费用。因此，需要采用优化的方法，以费用最小为目标，通过建立数学模型来选择经济保冷层厚度和进站温度。根据预定的输送压力及输送温度可以对LNG管道站间距进行粗略计算。如果略去动能及位能的变化，则两个冷泵站之间的能量方程可表示为：Gc（T2-T1）=0.001Q+Gv（p1-p2）（1）

即在两个冷却站间液体吸收的热量等于跑冷损失与摩擦产生热量之和。式中G是低温液体的流量；c及v是LNG的比热和比容；Q是两站之间管道的冷损，W；（p1-p2）及（T2-T1）分别是两站之间预定的压差及温升。因为Q及（p1-p2）均可表示为管长的函数，故根据式（1）即可计算出两站之间的距离L。

在计算冷泵站间距时，既要考虑最大流量情况，也要考虑最小流量情况。如果只按最大流量，则在流量减小时还会出现两相流动。

3LNG长输管道设计中的几个问题

3.1LNG输送管道

一般说来，低温液体的输送管道可分为三类：非绝热管（裸管）、普通绝热管以及真空绝热管。非绝热管虽造价低，但在使用时跑冷损失大。这种管道是在管外敷设普通绝热结构，其缺点是热容量大，绝热性能较真空绝热管差。但其投资和施工管理费用比真空绝热管小，这对于长距离输送的情况显得尤为重要。管道的焊接一般采用惰性气体保护焊。全部的焊缝需进行质量检测，以保证不泄漏。

3.2LNG管道的预冷及停输

将LNG管道系统从环境温度冷却到工作温度的过程称为预冷。对预冷过程的计算就是要确定LNG耗量及预冷时间。

LNG管道系统的预冷过程是一个复杂的传递过程。管道系统在预冷过程中既可以利用LNG的气化潜热，也可以利用已蒸发的气体温度升高时所吸收的显热。预冷过程中需要的LNG量是随显热的利用程度而变。因此存在两种极限情况：a.当LNG的制冷量全部被利用（即任何时刻逃逸气体的温度等于管内壁的温度时）的需液量称为最小需液量，如果预冷速度很慢且气体与管道系统之间传热情况良好时即接近这种情况；b.当只有LNG的气体潜热被利用时的需液量称为最大需液量，如果很快预冷或传热情况较差时则接近这种情况。这两种极限情况都可以进行理论分析。虽然LNG管道系统的预冷速度很慢，但由于在预冷过程中需要在沿线不断的放出气体以保证管道的安全和不断冷却，故无法充分利用气体温度升高时所吸收的显热，因此LNG管道系统预冷的实际需液量是在最大需液量与最小需液量之间。

当保温情况一定时，预冷时间的长短决定于LNG的进口压力、放气压力和排放量、放气口间距、土壤导热率和埋深等一系列因素。

从长输管道来的LNG必须经过再汽化后才能为用户所使用。由于LNG有可观的冷量储备，为了有效提高能量的利用效率，这部分冷量应该加以回收利用。在LNG长输管道项目的规划建设中应综合加以考虑。

结束语

随着我国天然气工业的发展，必然会相应发展LNG工业。特别是“西气东输”工程和从俄罗斯以及土库曼的跨国输气管道工程的启动，我国将可能建设一批基地型LNG工厂。另外，为了调节上海、广州等大型城市用气的季节性不均匀性，势必在城市附近建立大型的低温储气库。这些都为LNG长输管道的建设提供了可能。我国的石油科技人员应加强对LNG管道输送技术，特别是在管材、低温输送工艺技术、低温管道的施工技术、自动控制和检测技术及设备方面的研究工作。

参考文献

[1]冯保国.从LNG与管道气的比较看中国天然气市场发展[J]；国际石油经济；2011年12期

[2]薛良福.浅谈液化天然气技术与应用[J]；科技与企业；2012年20期

[3]陈功剑.宋峰彬.王丽丽等.天然气调压器设计原理及影响因素分析[J]；天然气与石油；2011年03期

[4]李娟娟.边际海上油田零散天然气回收技术研究[J]；天然气与石油；2012年01期