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1、LNG技术,第三章 LNG的储运-运输,2023/2/23,2,3.2 LNG的运输 3.2.1概述 关于天然气的输送，从经济性考虑，供需两地之间的距离在40007000km范围内，管道能直达的地区，以管道输送为好；在超过上述距离、管道难以直达的情况下，则采用液化天然气形式由LNG槽船运输。关于LNG的运输，概括地说，分为陆上运输和海运。,2023/2/23,3,陆上运输公路运输 采用汽车槽车输送LNG。图为国产30m3半挂式LNG槽车。,由牵引车、半挂车架、储槽以及操作系统构成,2023/2/23,4,LNG槽车一般是满液输送而空车返回，运输效率仅为50%。为提高运输效率，降低吨公里成本是非
2、常重要的，因而大型化与列车化是发展的必然趋势。提高槽车的运行速度，可以提高运输效率。随着我国高速公路及高等级公路的迅速建设，槽车高速化也是发展趋势。槽车的高速化对槽车质量要求更高了，如底盘的可靠性、整车的动力性、横向稳定性、制动性能、隔热支承强度等。,2023/2/23,5,铁路运输 在不能经济的实施管输天然气的情况下，采用LNG形态铁路运输便具有显著的优点。通过铁路长距离运送LNG，也比公路运输经济。管道输送 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。,2023/2/23,6,由于LNG的密度是天然气的600倍，与输气管道比较，
3、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，需增建中间致冷站。因此，LNG输送管道的初期投资费用较高。,2023/2/23,7,海上运输 液化天然气的海上运输包括液化工厂、海上运输和接收站(再气化)三个环节，各环节密切相连、相互影响，相互协同建设、同步投产，称为液化天然气海上运输链。天然气液化工厂是液化天然气的场所。典型的天然气液化工厂包括液化和LNG装船码头。LNG运输船是LNG海上运输的主要载体，是实现天然气远距
4、离运输的专用海上运输工具。LNG接收站是接卸、储存和再输送天然气的场所，是LNG海上运输链的最后一个环节。在这里，由LNG船舶运输至的LNG经过升温、再气化后，经输气管道送至各用户终端。接收站通常由一个专用接卸码头和后方站区组成。,2023/2/23,8,LNG运输槽船 LNG的远洋运输始于1959年，当时的“甲烷先锋号”油轮装载5000m3LNG成功地从美国路易斯安娜州查理斯湖，横渡大西洋运抵英国凯凡岛。40年来，LNG槽船在数量和规模上都有了很大的发展，造船技术也日趋成熟。至20世纪90年代末，共有87艘LNG船在海上运行。单船的容量也不断增大，已由最初的5000m3发展到现在的13640
5、0m3。目前主要的LNG船建造 国为法国、美国、日本和韩国。,2023/2/23,9,LNG海上运输属于危险品运输。装运LNG的船上储槽，必须提供足够的低温承受强度，以及良好的维持货运期间低蒸发率的绝热性能，LNG船还必须防止热胀和冷缩对船体结构的影响。此外，由于碳钢会在-50以下变脆，受力条件下会发生崩裂，即使LNG储槽很小的泄漏，也会对船上的构件形成伤害，所以，必须采取措施使LNG远离船上的普通钢结构，如果某部分确实不能在位置上满足这种要求，则必须使其绝热，以减少温度波动。因此，装运LNG的船舶设计必须是专门化的。LNG运输船与其它船舶的主要区别在于货运储槽的结构设计，以及为适应LNG远洋
6、运输而配置的特殊设施。这些特殊设施有LNG装卸装备、LNG蒸发气的利用与再液化装置、压载稳定装置和一定的安全设施。,2023/2/23,10,为了防止和降低船舶在发生碰撞和搁浅等事故时对LNG船舶的货舱造成损坏，所有LNG专用运输船均建造双层船壳。关于LNG船的结构，早期的LNG船的储罐置于舱面，后来法国率先开发出隔舱式结构。目前根据LNG船不同的货物围护系统可以分为：法国的GTT型，挪威的MOSS型以及日本的SPB型。GTT是薄膜舱，MOSS是球形舱，SPB是棱形舱。目前建造的LNG船中以MOSS和GTT最多。而日本生产的SPB型LNG船，具有重心低、航行平稳、强度高、绝热效果好和易于建造等
7、优点，有很好的发展前景。所有LNG船都用LNG储罐的蒸发气作燃料，也有的另设有小型天然气液化装置，将多的蒸气液化后返回储罐。,2023/2/23,11,LNG接收站 LNG接收站一般由接收港和站场两部分组成，其工艺方案可分为直接输出式和再冷凝式两种。主要区别在于根据终端用户压力要求不同，在流程中是否设有再冷凝设备。,2023/2/23,12,LNG接收站的主要设备包括：卸料臂 储罐 LNG输送泵（潜液泵）气化器（蒸发器）蒸发气压缩机 再冷凝器,2023/2/23,13,3.2.2 LNG的管道输送用管道输送低温液体通常有两种情况。一种情况是储存及运输容器之间的移注，例如由储槽移注入槽车（在生产
8、单位）或由槽车移注入储槽（在使用场所），以及由槽车或储槽移注入使用低温液体的容器（如试验装置的容器或火箭的燃料箱）等。在这种情况下必须采用液体管输送，输送距离一般较短，且系间断性操作。另一种情况是长距离输送，例如从天然气矿区将天然气液化后输送到用户区，再经气化后供用户使用。在这种情况下是采用液体输送还是采用气体输送。需经过经济比较后确定。,2023/2/23,14,容器之间移注低温液体的输送方法一般有三种，即重力输送，液泵输送及加压输送。重力输送适用于流量小的情况，其他几种方法适用于流量大的情况。加压输送必须用高压容器，加压的方法可以用升压加热器加压，也可用压缩机加压。,2023/2/23,1
9、5,2023/2/23,16,3.2.3 LNG的长距离管输工艺技术输送工艺 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
10、于施工和管理。,2023/2/23,17,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。经济管径与经济流速 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。,2023/2/23,18,LNG管道站间距及经济保冷层的确定 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
11、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，虽然可以减少保温层的厚度，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。,2023/2/23,19,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，需要采用进行优化的方法，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。,202
12、3/2/23,20,LNG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。通常用于间断性的短距离输送。真空绝热管由内管、外管及支撑件构成，造价和施工管理费用高。对于大批量的LNG长距离输送，常采用普通绝热管。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。LNG输送管道材质的选取要考虑到其冷脆问题，因此一般选用9%或3.5%的镍钢。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。,2
13、023/2/23,21,LNG管道的预冷 LNG气化站内低温管道和低温储罐在正式进入低温液体前，要首先进行充分的冷却，即预冷过程。为了避免管路结构损坏，预冷过程非常重要。如果LNG突然流入常温的管道，管道会迅速地收缩。管道的底部与沸腾的LNG直接接触，而顶部相对较热，因顶部温度相对较高，这种结果便是所谓的香蕉效应。由于收缩不一致，可能引起管道、支撑和膨胀节的损坏，因此冷却必须慢慢地进行，首先用冷的蒸气在管路中循环，有时还需用干燥氮气吹扫管路，去除管路中残留的水蒸气，使管路达到一定温度。一般是在-95-118 oC范围内方可输送LNG。,2023/2/23,22,LNG管道预冷的目的在于检验和测
14、试低温设备及管道的低温性能，包括：(1)检验低温材料质量是否合格(2)检验焊接质量(3)检验管道冷缩量和管托支撑变化(4)检验低温阀门的密封性(5)使储罐达到工作状态，测试储罐真空性能 预冷的原则：预冷时储罐和管道温度要逐步降低，避免急冷，防止温度骤降对设备和管件造成损伤。根据有关的操作经验，冷却速率在50/h 比较安全。,2023/2/23,23,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：（1）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；（2）当只
15、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。,2023/2/23,24,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，显然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。预冷的步骤可分为两步（以氮气预冷为例）：低温氮气预冷、液氮预冷。,2023/2/23,25,LNG的冷态输送工艺 目前还有一种新的LNG管道输送法
16、，称为“冷态输送法”。即在进口站将液化天然气送入管道，在管道中的液化天然气吸收外界传入的热量后，逐步蒸发而使管内压力增加，以此推动液化天然气向前推进。这个方法的特点是：(1)节约中间加压站；(2)降低了绝热保温的要求；(3)把液化设备集中首站；(4)终点站是低温气体；冷态输送费用比液态输送高三分之一，比气态输送低60%,2023/2/23,26,LNG输送的间歇泉现象 间歇泉现象指的是在低温液体沿竖直的长管道(指长径比达到一定值)向下输送过程中，由于液体汽化会产生气泡，而且随着气泡的增多气泡之间会发生聚合，最后把低温液体反向挤出管道入口而产生的喷发现象。当管路中的流体流速较低时可能会发生间歇泉现象，但只有在流体停止流动时才需要注意它的发生。为了消除或减轻间歇泉现象带来的危害，在应用中，要注意管路系统的绝热，因为热侵是导致间歇泉现象产生的根本原因。目前解决这个问题主要有以下几种方案：注入惰性不冷凝气体、补充注入低温液体和加循环管路。这几种方案的本质都是转移低温液体的过热量，避免过热量的累积，从而防止间歇泉现象的发生。,
