LNG储运技术研究进展

LNG（液化天然气）温度为-162℃,是一种无色无味、常压、低温的天然气的液化形式，主要由甲烷及少量的乙烷、丙烷、丁烷等低分子烃和H2S、CO2、N2、H2O等组成。

由于世界的石油资源储量有限，而且石油的使用带来的污染较大，人们意识到不能过于依赖石油资源。与此同时，人们发现天然气资源储量比较丰富，而且相对于石油而言，天然气更加环保、安全、清洁。在天然气工业迅速发展的同时，天然气的运输也成为了一个新的问题。有两种方法经济效益较高，分别是：通过铺设管道，天然气在管内运输；将天然气冷却到-162℃，得到LNG的形式，通过LNG船进行运输。

通过管道运输的方法只适用于相邻的位置，局限性大，但资源供应量较为稳定。而通过LNG的形式运输相对灵活，消耗也不大，适用于跨地域、跨洋的运输，故LNG产业得到大力发展。

LNG有以下优点：（1）LNG是液态形式，气液体积比约为620:1，所占体积较小，适合天然气的运输、储存，利用也较为方便。（2）LNG所含的环境污染成分非常少，主要成分CH4完全燃烧后的产物是CO2和H2O，非常有益于环保，可持续发展。（3）LNG的热值也比较高，单位体积LNG完全燃烧产生热量大，适于作燃料。

LNG经过近几年的迅速发展，已经成为了世界能源供应不可代替的一部分，可以缓解对石油能源的依赖。在我国，天然气正逐渐走入到人们的生活中，包括天然气汽车、天然气热水器、作为燃料等等，对天然气的需求也是快速增加，为保持天然气供应的稳定，不只是依靠管道进口天然气，我国的LNG接收站数量也在快速增加，LNG产业链也逐渐趋于完善，LNG技术的研究也成为全球能源研究的热点之一。

1 LNG船

1.1 LNG船发展现状

就运输船而言，柴油等燃料油是它的主要燃料。但是，柴油中含各种杂质，燃烧后产生一些污染物质，也对船本身的一些设备会产生腐蚀、堵塞等损害，故船上的一些零件需要经常更换，这增加了船的维护成本。对于LNG运输船来说，本身的LNG含量充足，再携带过多柴油也就多此一举。LNG船用BOG（LNG蒸发产生的气体）与油混合作燃料，既解决了燃烧产生污染物质的问题，也解决了BOG的处理问题，一举两得。LNG当作运输船燃料有如下优点：（1）节约LNG船的燃料。（2）硫化物，氮化物等污染物质的产生、排放会大大减少。

我国LNG船的建造技术仍需提高，虽然江浙一带的造船场可以按照标准造出小型的LNG船，但是我国的LNG造船技术仍然比较落后，核心技术都是国外的专利，造成成本高，效益低。若想改变这一局面，还是需要核心技术上的掌握和创新。

LNG船的储罐独立于船体，运送的LNG温度在-162℃、高压、易燃易爆，必须选择可以耐低温的特殊材料。LNG船的装液仓隔热效果要非常的好，避免产生过多的BOG，耗费大，而且不容易处理。主要分为三种类型：（1）GTT型船（薄膜型式液货舱）。（2）MOSS型船（球形仓）。（3）SPB型船（棱形仓）。比较这三种LNG船，SPB型和GTT型更为紧凑，而MOSS型储液量大，船体更重，尺寸更大，导航比其他两种困难些。对于维护来说，SPB型维护最容易，MOSS型内壳维护容易，外部维护难，而GTT型则是外部维护相对容易，内壳维护难。

1.2 LNG船发展方向

迅速发展LNG造船技术，减少运输成本，提升安全性，提高效率是LNG船的进步方向所在。以下是主要的几个发展方向：

1.2.1 降低蒸发率

可以在球形液舱的侧面添加热阻滞，以前的船舱舱裙的漏热面积大，此处的漏热可以通过添加热阻滞的方法来减少。可通过在船舱舱裙结构中添加不锈钢板的方法降低蒸发率，减少耗费的BOG，提高LNG船的效率。

1.2.2 BOG再液化

LNG船所用的燃料一般是BOG与柴油的混合物，运输过程中产生的BOG可以给船提供动力，而在船舶停靠时产生的BOG就会白白损耗掉。可以研发BOG再液化设备来解决这一问题。

1.2.3 节能动力设备

旧设备，各种消耗大，耗能多，应该用节能减排的新型动力设备来代替，降低耗油率。

2 LNG接收站

2.1 LNG接收站流程

LNG接收站的流程：LNG船到达接收站，通过接收站卸液臂，通过接收站管道将其送到储罐中储存，LNG接收站的再冷凝工艺处理贮存过程当中生成的BOG。外输之前要通过汽化器汽化，然后通过调压等处理后进入管网。

气化系统、调压、计量和加臭系统。主要过程是通过LNG槽车运送到站，卸车，入罐，然后增压系统加压，汽化器实现汽化，再通过调节压力、计量之后输送到管网。

2.2 LNG接收站技术现状

由于在卸液过程中要保持船舱中的LNG压力不会过小，LNG接收站中的管道都有回流管线，用来维持压力。正常接收站管道配置分为两种：一种为大直径排液管线和小直径的回流管线；另一种是两个同等尺寸的卸液管线各占一半的流量，可以提供一根管故障的情况下，继续排液，但更为昂贵。

LNG汽化过程经常应用的汽化器有三种型式：开架式汽化器、浸没燃烧加热型汽化器、中间介质型汽化器。开架式汽化器是以海水为热源，用管板，将海水喷淋在管板外表面换热使LNG汽化。占地面积较大，资金投入较大，但运行费更低，操作维护易实现。浸没燃烧加热型汽化器是一种向水中直接排除燃气的燃烧器，燃气剧烈的搅动水，使传热效率很高，沿着汽化器的管路流动的水使得LNG汽化。传热效率较高，外形较小，安装费用低，但操作和维护费用较高。中间介质型汽化器是以中间介质为热媒，换热使得LNG汽化。

LNG接收站对于BOG的处理方法有两种：一种是直接输出，将产生的BOG直接增压，调压等处理后，外输到管网。这种方法工艺简单，规模不必很大，适用于小型的接收站。而一般的大型LNG接收站，LNG资源量充足，可以提供足够的冷源，就可以通过蒸发气再冷凝技术。BOG先增压，然后与过冷LNG换热，液化，再回输到LNG储罐中，也可保持管内的压力稳定。

直接输出BOG的方法如果压缩过程改成多级压缩，BOG加压的同时进行换热，冷却，混合，再压缩，这种方法降低了BOG的温度，降低了能耗。而蒸发气再冷凝的工艺可以通过降低蒸发气冷凝的初始温度，即可降低初始压力，达到节能效果。

基于LNG技术比较成熟的国家，中国的LNG接收站建设应提前规划，地下罐适当建设，储罐合理建设；LNG能源的利用也要提前做好计划，与其他能源要合理配置，合理使用，重视经济性。

3 LNG储存

3.1 LNG储罐

LNG到达接收站，被储存在储罐中。LNG储罐分为两种型式：地面储罐和地下储罐。LNG地面储罐也可根据储罐储壁结构，分为单容罐、双容罐、全容罐及薄膜罐。单容罐有单层的储存能力，外围一般会伴有围堰，适用的压力较低，安全性较低。双容罐有对LNG的双层储存能力，没有围堰，一般适合建设大型储罐，安全性较高。全容罐有对LNG的双层储存能力，没有围堰工作压力稍高，应用最为广泛，安全性较高。薄膜罐有对LNG的单层储存能力，应用较少，安全性较高。LNG地下储罐的罐体大部分在地面以下，有着双层结构，储存能力较大，占用地面积较小，安全性较高。

大型LNG储罐罐体分为内、外两层罐体结构。外罐罐壁为预应力混凝土结构，上游金属拱顶，拱顶上部分层浇注混凝土。储罐外罐壁内侧有一层防潮板。内罐底由三层钢板和保温层构成，最下层是碳钢防潮板，中上两层底板为Ni9钢，每两层地板铺设玻璃砖保温层。内罐为Ni0刚，顶部是铝合金吊顶，铝合金顶应用吊杆与外罐拱顶骨架相连接，上有保温层，内外罐之间填充油膨胀珍珠岩保温材料，罐壁无管口，所有管线都由灌顶开孔和罐内连通。

3.2 LNG储罐建造技术

LNG储罐在建设的过程中有很多要求：需要在低温环境正常工作；罐内LNG蒸发体积会迅速增大，造成安全隐患，要确保安全；内外罐要根据各自特性，选择相应材料；LNG储罐需要有很好的保温性，减小耗损；储罐要可以承受特殊的天气和自然环境；储罐的材料和做工必须要严格把关。

LNG储罐的压力和BOG对储罐的安全有很大的影响，这也是储罐建造中需要注意的问题之一。储存时间长，管内压力大，BOG增多，安全性会降低；环境温度增大，对压力，对BOG影响也较大，温度高，安全性降低；保温性越好，储罐越安全；也可以用提高罐内含氮量的办法，减少BOG，增加安全性。

LNG储罐在建造中有几点很重要：建造出钢衬板后，用大型鼓风机将空气压缩，膨胀产生力，托起衬板，即气吹顶升衬板；Ni9钢性能好，但作罐壁的钢板之间的焊接工艺要求高；铺设罐底板的技术也极为重要。我国LNG产业发展迅速，要想降低LNG储存成本，还需自主研究，掌握这些技术，并加以发展，创新，这对我国的能源发展有着重要意义。

4 LNG冷能利用

4.1 LNG冷能价值

LNG要转化成常温的天然气后使用，这个转化过程，从-162℃升到常温，需要吸收大量的热，大约840kJ/kg。这相当于使用1t的液化天然气可以使用冷量约为250kW·h。而很多传统LNG接收站都没有回收LNG汽化产生的冷能，直接用海水进行换热，不但浪费了这部分LNG冷能，而且容易造成LNG接受站附近海水温度过低，造成海水冷污染。

4.2 LNG冷能利用技术

LNG的利用方法可分为直接利用法和间接利用法。直接利用包括低温饲养和培育、低温除盐、低温发电、生产干冰和空气分离等等。间接利用包括储存运输冷冻食品，粉碎塑料和橡胶、粉碎废旧家电和车。

在LNG冷能利用方面，使用LNG冷能进行发电技术应用广泛，技术较为成熟。LNG的联合发电技术分为几种：可以把LNG加压、汽化形成高压气体，将LNG物理㶲转为压力㶲，称为天然气直接发电；可以利用LNG与空气的温度差，带动动力设备的朗肯循环发电；可以燃气轮机将LNG冷能综合利用；可以组合上述方法以达到最优化发电效率。目前，有LNG冷能和低温余热可以联合利用的新方法，组合循环，可以提高利用效率。

也可使用LNG的冷能进行空气分离，制取液氮、液氧需要LNG冷能，用两级压缩式制冷机冷却空气，这可以节约原来制造低温环境所用的电能、机械能，也使得整个流程更为简单，需要的设备更少。使用LNG的冷能来帮助空气分离能够降低能耗，合理的利用冷能，提高效率。

在接受站进行LNG轻烃的回收，可以调整LNG的热值，用于下游的使用，也是LNG冷能利用的一种方法。

LNG冷能可以利用在汽车上。LNG汽车中的LNG可以动力利用，加压、汽化之后便可推动动力机械做工。LNG汽化释放的冷能也可用于运输汽车的冷藏室，此冷能还能被汽车的空调系统应用。

低温可以使塑料、橡胶等物质脆化，可利用LNG的冷能来粉碎这些高分子物质可使粉碎变得简单，节约很多机械能，并回收这些高分子物质中的有用成分。

在LNG利用的问题上，还要解决LNG供应稳定的问题，可以部分利用LNG冷能，LNG需求量大的时候，依然以保持LNG稳定供应为主，还可以用循环的冷却物质来代替LNG将冷能循环出去，可以保持LNG供应稳定，也可以使冷能的利用不受空间的限制。

5 结束语

目前，LNG产业在国内正处于快速发展之际，我国的LNG进口量也在逐年大幅增加，而在设备和利用方面的成本比较高，利润较小。我国可以对LNG的各个方面（运输、接收、储存、处理、利用）所用的技术和设备加大研发力度，掌握各个过程的核心技术和重难点工程，并加以相应创新，形成有自己特色的国产装备和国产技术，这样就可以从基础上降低成本。另一方面，对LNG资源的合理规划使用也是很关键的，应做好统一的使用计划，确保经济性。还要对LNG的冷能进行合理利用，减少能量损耗，提高能源使用效率。