中国LNG应用技术发展现状及前景

1中国LNG应用技术发展现状及前景——中国石化天然气分公司：谢丹一、慨述近年来，随着世界天然气产业的迅猛发展，液化天然气（LNG）已成为国际天然气贸易的重要部分。与十年前相比，世界LNG贸易量增长了一倍，出现强劲的增长势头。据国际能源机构预测，2010年国际市场上LNG的贸易量将占到天然气总贸易量的30%，到2020年将达到天然气贸易量的40%，占天然气消费量的15%。至2020年全球天然气消费量将继续以年2%～3%的增长率增长，而LNG在天然气贸易市场中所占份额也将逐步增大,达到8%的年增长率。LNG在国际天然气贸易中发展势头如此强劲，地位越来越重要，这都得益于世界LNG应用技术的发展。世界上普遍认为：液化天然气工业是当代天然气工业的一场革命，其发展已经历了六十多年的历史，形成了从液化，储存，运输，汽化到终端利用的一整套完整的工艺技术和装备。LNG是天然气的一种储存和运输形式，其广泛使用有利于边远天然气的回收和储存，有利于天然气远距离运输，有利于天然气使用中的调峰和开拓市场，以及扩展天然气的利用形式。我国早在六十年代，国家科委就制订了LNG发展规划，六十年代中期完成了工业性试验。四川石油管理局威远化工厂拥有国内最早的天然气深冷分离及液化的工业生产装置，除生产He外，还生产LNG。进入九十年代，我国进一步开始了液化天然气技术的实践，中科院低温中心联2合有关企业，分别在四川和吉林研究建成了两台液化天然气装置，一台容量为每小时生产0.3方LNG，采用自身压力膨胀制冷循环，一台容量为每小时生产0.5方LNG，采用氮气膨胀闭式制冷循环。与国外情况不同的是，国内天然气液化的研究都是以小型液化工艺为目标。随着我国天然气工业的发展，在液化天然气技术实践的基础上，通过引进国外技术，第一台事故调峰型天然气液化装置于2000年在上海浦东建成，第一台商业化的天然气液化装置于2001年在中原油田建成。这标志着，在引进国外天然气液化技术的基础上，国内天然气液化应用技术开始全面推开，随后在新疆，四川等地相继有多个LNG工厂建成投产，促使我国天然气从液化，储存，运输，到终端使用的LNG应用技术的全面发展。二、中国LNG应用技术发展现状从2001年中原油田建成的第一套商业化天然气液化装置开始，到目前近十年的时间，我国LNG应用技术得到了快速发展，建立起了涉及天然气液化，储存，运输，汽化和终端使用，以及配套装备各个方面，具有中国特色的LNG产业，成为了我国天然气工业发展中的一个重要方面。主要体现在：1、天然气的液化、储存和运输目前，我国已建成近20套LNG生产工厂，总规模达到了年产LNG146万吨，在建和待建的还有10套，总规模达到了年产LNG120万吨。前期的工厂大都是在引进国外技术的基础上，通过消化吸收与国内技术相结合完成，中原天然气液化装置由法国索菲燃气公司设计,使用丙烷和3乙烯为制冷剂的复叠式制冷循环。新疆广汇天然气液化装置由德国林德公司设计,采用混合制冷剂循环。而国内已建和拟建的中小型LNG液化工厂，其液化设备除主要设备外基本以国产设备为主，配套国产化设备已达到60%。近年来，随着多套小型液化装置的建设，我国已完全能自行设计、制造、安装和调试LNG生产装置。2009年10月,由四川空分设备(集团)有限责任公司自行设计、制造、安装和调试的宁夏30万方/天天然气液化装置在银川开发区正式开车成功。该套装置采用带制冷机预冷的氮、甲烷混合介质膨胀制冷工艺流程，是目前国内最大的完全国产化的天然气液化装置。在LNG储运方面，我国在低温液体储罐领域，如液氧、液氮、乙烯储罐，国内已有成熟的设计、建造技术。四川空分设备（集团）有限公司从20世纪80年代开始吸收外国设计，建造储罐的先进技术，近年来自主开发了（400~6000）方的低温液体储罐，目前已建成该类储罐上百台，其中2000方以上储罐20多台。在国内主要有堆积绝热和真空粉末绝热两种类型的LNG储槽,容积从30方、100方、150方、700方(组合)不等。而结构形式有立式和卧式两种。根据目前国内大型低温LNG储罐设计、建造技术现状，我国30000方以下的LNG储罐实现自主设计、建造的条件已基本成熟。LNG槽车国内也是近年开始研制的。目前有30方、40方和45方等规格。因受车规的限制,目前真空粉末绝热一般以30～35方为限,而多层绝热可能达40～45方,而且从行走、底盘、制动、照明等方面均有新的改善。4目前我国LNG槽车运载能力已达到2000万方规模，总车俩数700多俩，单车有效容积从最初的29方发展到了51方，具有多家专业生产LNG槽车的企业和专业运输公司。同时，罐式集装箱近年来也得到了大力发展。罐式集装箱一次可装运17.5方、40方或43.9方LNG产品，采用高真空多层绝热，绝热性能好，无损储存时间长，自重轻，运输灵活。可公路，水路，铁路运输，或实现联运。2、LNG卫星站随着LNG生产装置商业化运行，LNG卫星站也得到了快速发展。以2001年建成投产的山东淄博LNG卫星汽化站为标志，在全国已建成100多座日供气规模在1-60万方的LNG卫星站，主要分布在华南和长三角等沿海经济发达地区。目前LNG卫星站已成为城市燃气调峰和弥补管道天然气不足的重要手段。LNG卫星站主要具有接卸、储存和汽化功能。我国的LNG卫星站以及陆上运输技术也已基本成熟，高真空粉末和超级真空缠绕式绝热技术得到了快速发展，小型LNG瓶(0.15方以下)的无损存放期在15天以上，车载罐和卫星站储罐在75天以上，LNG卫星站的建造和内陆液态运输设备制造都已完全国产化，同类型同性能产品价格比国外成倍的便宜，极具竞争力。已形成的一整套完善、成熟确保安全的小型LNG运输、储存、气化和使用技术,以及一套有关运输、储存和使用的规范和法规，为我国LNG卫星站的健康发展奠定了基础。3、大型LNG接收站中海油1995年受国家发改委委托，在广东沿海开展前期研究建设大5型接收站引进国外LNG资源，1999年底国家正式批准在广东深圳试点建设LNG接收站一体化工程项目，从此开始了我国大型LNG接收站的建设。2003年福建LNG一体化工程项目获国家批准，成为我国第二个正式启动的LNG项目。随后，三大石油公司分别在辽宁、河北，山东，江苏，上海，浙江，海南、广东，广西的沿海地区开展LNG项目的前期研究工作，积极推动我国大型LNG接收站的建设。广东接收站一体化项目包括LNG接收终端和输气干线项目，以及配套新建电厂、燃油电厂改造和城市管网等用气项目。供气范围覆盖珠江三角洲和香港特区，输气主干线全长为509km整个工程分两期完成，一期工程包括接收终端和输气干线，每年进口LNG的量为370×104t/a，年输气量约为40×108m3/a；二期工程增加1座10×104m3的LNG储罐，每年进口LNG达700×104t/a，年输气量约82×108m3/a。项目一期于2006年5月建成投产，标志着我国成功实现了国外天然气的引进，并通过项目的建设，既引进了大型LNG接收站设计和建造技术，又发展了配套产业，同时培养和锻炼了从事LNG应用技术的人才和队伍。对于大型LNG接收站建设，最关键的应用技术是大型储罐的设计和施工。我国最早建造大型液化气体储罐始于90年代中期，分别在深圳和扬子石化建造了2台8OOOO液化石油气（LPG）低温储罐和10000方低温乙烯储罐。90年代末，上海建造了我国第一台20000低温LNG储罐。2002-2005年合肥通用机械研究院等单位，承担原国家经贸委“十五”重大技术装备研制项目专题“20000方液化天然气储罐研制”等课题，着重对9Ni钢焊接、无损检测和低温绝热材料及结构、LNG储存安全等进行了研究。6大型低温LNG储罐内罐用低温材料选用是其设计与建造的技术关键之一。现在低温LNG储罐内罐材料最常用的是9Ni钢和不锈钢，前者因其强度高、低温韧性好广泛应用于大型低温LNG储罐，后者主要用于50000方以下的中、小型低温LNG储罐。长期以来，9Ni钢及其焊接材料一直依赖进口，这是困扰我国大型LNG工程建设的一个难题。2005-2007年，太原钢铁集团公司承担科技部863项目“液化天然气储罐用超低温9Ni钢开发及应用技术”研究工作，成功研制出国产9Ni钢06Ni9，随后合肥通用机械研究院等单位对06Ni9钢的综合材料性能与焊接性能进行了广泛深入的技术实验，结果表明：国产9Ni钢06Ni9的综合性能指标超过了美国标准ASTMA553/A553M(Ⅰ型）和欧盟标准EN10028的要求，与日本、欧洲按上述美欧标准生产的9Ni钢水平相当或略高。2007年该钢通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会组织的专家评审，同意用于低温储罐和低温压力容器。中石油在建的江苏南通、辽宁大连两个LNG项目中的16万方LNG储罐，内罐低温材料已选用国产06Ni9钢。2009年9月,中国石油大连液化天然气有限公司位于大孤山半岛的第一个液化天气(LNG)储罐罐顶平稳到达预定位置,标志着我国第一个自主设计、自主采办、自主施工、自主管理的大型LNG项目储罐升顶作业一次成功,为我国独立自主建设LNG项目积累了成功经验。这是我国大型低温LNG储罐国产化的一个重要里程碑。在施工工艺技术方面，国内已建和正建的低温LNG储罐，不管其工艺及设备技术来自何方，但储罐建造施工无一例外地都由国内施工队伍完成。因此，国内较早承担大型低温LNG储罐建造施工的企业，已积累了7丰富的经验，并在基础及罐壁混凝土施工、内外罐组装焊接施工和绝热结构施工等方面对国外技术进行了改进。目前，我国在LNG相关设计规范与标准、绝热材料、施工工艺技术等方面所取得的积极进展，以及工程设计与施工企业参与大型低温LNG储罐设计建造的实践，为我国大型低温LNG储罐国产化打下了一定的基础。4、LNG船运LNG运输船是造船业公认的技术含量、附加值最高、难度最大的货轮，只有美国、日本、韩国和欧洲的少数几个国家的造船厂能建造。在广东LNG项目中，为实现“国货国运，国船国造”目标，引入了国内造船企业参与竞标，上海沪东中华船厂在招标中最终胜出，从而为中国造船工业争取到一个重要的发展机遇。中国目前是世界第三大造船国，我国造船企业从90年，就开始积极引进和吸收国外先进的LNG船舶建造技术和经验。沪东中华造船厂早在1997年就开始了研发建造LNG船项目，2000年首先成功制造出LNG液货舱模分段，并获得法国GTT公司，以及BV，ABS，LR。DNV等船级社的认证；江南造船厂1996年开始为争取承建LNG船进行相关技术储备，2002年突破了建造LNG船的核心技术，成功建造了NO96薄膜型LNG船货物维护系统，获得法国船级社颁发的LNG船模舱建造证书。同时又与芬兰玛莎造船公司签订了球罐型LNG船设计转让协议，成功引进新型球罐型LNG船设计技术；大连新船重工于2002年获得了法国船级社，以及BV，ABS，LR。DNV等船级社颁发的LNG船模型舱特殊舱室制作证书，掌握了建造LNG船的核心技术。82008年4月，沪东中华造船厂自主建造的我国第一艘LNG船成功交付，标志着我国基本掌握了世界造船尖端技术。沪东中华造船厂在首艘LNG船的制造过程中已经研发了一批LNG船的建造技术，形成了9项专利，并将集中精力进行LNG系列船型的开发，逐步形成自己的品牌。目前，由沪东中华造船厂建造的5艘LNG船已全部交付业主使用，在该批次LNG船上，国产优质船用钢板和低温不锈钢材料、玻璃棉、低密度刚性绝缘和柔性绝缘等都得到了广泛应用，并获得了船东、船检、专利公司的高度认可。目前在抓紧建造在建LNG船的同时，沪东中华造船厂不断跟踪国内外液化天然气运输的需求和LNG船建造技术的发展，着手研发并向市场推出了拥有自主知识产权的16万立方米薄膜型电力推进LNG船，并成立了大型LNG船研发项目组，开展22万立方米薄膜型电力推进LNG船的设计。5、LNG终端利用我国LNG产业的快速发展，促使了LNG的终端利用，并对相关产业起到了非常大的带动作用。特别是LNG应用技术和储运装备，近几年得到了长足的发展。LNG是天然气的一种