壓縮天然氣與液化天然氣在城鎮建設中的應用

摘要：通過對壓縮天然氣CNG與液化天然氣LNG兩種氣源的物理化學性質、供氣可靠性、供氣流程、優缺點、經濟性等進行綜合性分析，確定了根據城鎮經濟生活水平、市場規模、離氣源廠的遠近選擇CNG或LNG。

關鍵詞：壓縮天然氣CNG；液化天然氣LNG；氣源建設

Abstract： based on CNG compressed gas and liquefied natural gas LNG chemical and physical properties of two kinds of air， gas， gas flow， advantages and disadvantages of reliability， economy and so on carries on the comprehensive analysis of the identified according to the urban economic life level， the size of the market， from the source plant choose CNG or LNG.

Key words： CNG compressed natural gas； Liquefied natural gas LNG ； Air supply construction

城市燃氣是城市居民生活、公福、商業和工業生產的重要能源，城市燃氣氣源主要有液化石油氣、人工煤氣和天然氣等，其中天然氣是優質的綠色氣源，投資少，對環境污染少。

壓縮天然氣CNG（Liquefied Natural Gas）與液化天然氣LNG（Liquefied Natural Gas）是天然氣通過不同的工藝而轉化的不同存在形式，主要成分都是甲烷，氣體質量都符合《天然氣》GB17820-1990中Ⅱ類氣質標準，符合《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006中規定的城鎮燃氣氣質條件，都可以做為城鎮燃氣氣源。國家“西氣東輸”天然氣輸氣工程的建設使沿線城市地區居民工商業用戶用上管道天然氣， 而在管道天然氣氣源尚未到達的中小城鎮推廣LNG或CNG燃氣應用，可以彌補城鎮能源供應的不足，促進城鎮化進程。城鎮結合地區實際情況如何選擇應用合適的燃氣氣源，需要對CNG與LNG物化性質、供氣可靠性、供氣流程、優缺點、經濟性等進行綜合性分析確定。

氣源的物化性質可以確定氣源的供氣、儲存運輸方式、供氣流程以及場站管道設施的投資，這是城鎮選擇燃氣氣源方案的基礎。CNG與管道天然氣組分相同，主要成分為甲烷CH4，低熱值：35.69MJ/Nm3、密度0.734Kg/Nm3、運動粘度14.22×10-6m2/s、華白指數52543.0KJ/m3、爆炸極限5.03%～15.0% 、燃點為650℃。LNG和液體甲烷性質基本類似，是一種無毒、無色、無氣味的液體，LNG主要含甲烷和乙烷及少量C3～C5烷烴的低溫液體，液態時密度為437.7Kg/m3（-162℃），氣態時低熱值36.94MJ/Nm3、密度0.746Kg/Nm3、運動粘度12.23×10-6m2/s、華白指數53319.14KJ/m3、爆炸極限5.0%～15.0%。由此可知CNG與LNG氣態物化參數相近，在相同壓力下可以混合使用。

城鎮燃氣作為城鎮基礎設施之一，其消費群一般為城鎮居民、公福、工商業用戶等，比較穩定，要求城鎮燃氣供氣必須具有可靠性，氣源供氣可靠性是城鎮選擇燃氣氣源的重要條件。我國目前已形成“西氣東輸、北氣南下、海氣登陸”供氣格局，預計2015年底，國產天然氣供應能力將達到1760億m3，其中常規天然氣約1385億m3，煤制天然氣約180億m3，煤層氣地面開發生產約160億m3，進口天然氣約935億m3，頁巖氣約65億m3。這些都為制作CNG與LNG創造了豐富的氣源條件。CNG是通過天然氣壓縮工藝壓縮到20MPa-25MPa儲存到高壓氣瓶里，CNG壓縮天然氣氣源取自近處地方利用當地天然氣建設的CNG母站，可以方便地通過氣瓶車運輸取得氣源。LNG供氣主要來源于LNG工廠，LNG生產是將天然氣在常壓下零下165℃由氣體變成液態而成的，要在低溫下保存，保存壓力低，安全性比較好，但是保存設備需要耐低溫。目前廣東、新疆、內蒙、寧夏、四川、山西、青海、甘肅、陜西、河南等內陸省區以及江蘇、山東等沿海省份建設了小型LNG工廠，這些LNG工廠的主要氣源為工廠所在地周邊零散的（陸地或海上）小型氣田、煤層氣、或新興的煤制氣。由此可見，CNG與LNG都具有一定供氣可靠性。

氣體供氣工藝流程決定場站建設規模，從而決定其投資費用的高低。LNG由槽車運至LNG氣化站后，壓力只有1.6MPa，利用槽車自帶的增壓器給槽車貯罐增壓，利用壓差將LNG送入LNG貯罐。通過貯罐增壓器將LNG增壓后自流進入空溫式氣化器，LNG吸熱氣化發生相變，成為氣態天然氣，夏季直接、冬季經水浴式加熱器加熱后通過調壓計量加臭工藝后等輸配到城市中壓管網；CNG由大型集裝箱運輸車輛運至CNG氣化站后，經第一閥門進入第一換熱器，從20MPa節流減壓至2.5MPa--3.0MPa，再經第二閥門進入第二換熱器，節流減壓至0.6MPa--0.8MPa，然后經調壓計量加臭工藝后進城市中壓管網。城市中壓管網再經調壓設施調至用戶需要的壓力供用戶使用。

城鎮燃氣氣源建設是一項投資比較大的工程，前期場站設施管道建設投資比較大，回收期比較長，對兩種氣源進行投資比較，有助于不同時期、不同規模的城鎮戰略性選擇氣源方案，避免投資失誤。CNG與LNG因其低熱值、成分相近，根據《城鎮燃氣設計規范》GB50028-2006中規定的城鎮燃氣中壓管道水力計算公式，城市中壓管網在相同輸氣壓力、輸氣規模與輸氣長度情況下，可以選擇相同管徑的管材與設備，其設計安裝維修等建設費用一樣，CNG與LNG氣源建設工程投資差異體現在場站建設中，影響場站造價的主要因素有設備選型、總圖設計和自檢方案，設備造型由供氣規模、工藝流程等確定，總圖設計由總平面布置、地形地貌、占地面積、消防要求等，自檢方案主要是儀表選型。假定征地面積一樣，對相同供氣規模的CNG、LNG場站直接投資估算如下表：

以上所計費用包括設備購置費安裝工程費建筑工程費及其它費用，其它費用由工程建設監理、勘查、設計等費用組成。從上表可以看出，CNG場站投資價格高于LNG場站，其高壓球罐投資占其總費用很大比例。

燃氣銷售價格決定城鎮燃氣企業的收益，燃氣雖然是公用事業性質，但企業化經營，受市場規律制約，投資燃氣的企業希望收益好，其主營收入為銷售與購氣差價 。用氣城市CNG價格由加氣站氣源價、壓縮、運輸、卸氣費用組成，LNG價格由成本、運輸與汽化費用組成，價格因城鎮所處地域、運輸距離、氣源出廠價等影響而不同。如果以儲配站為比較基礎，據某城市調查資料顯示，其從附近CNG加氣母站取氣到站價為2.15元/米3； 從中原油田LNG氣源廠到站價為2.05元/米3；從新疆廣匯LNG氣源廠到站價為2.45元/米3；從中可以大致了解遠距離運輸時，LNG比CNG到站價格高，近距離運輸時，LNG比CNG到站價格低。

綜合以上，LNG與CNG各有優缺點，LNG的最主要優點是體積縮小到標準狀態下氣態體積的1/600 左右，因此其運輸和儲存起來都比壓縮天然氣方便，每100公里的單位運輸成本遠遠低于壓縮天然氣，同樣容積的LNG儲罐是CNG儲罐的三倍左右，可以滿足不同規模城鎮供氣需要，供氣的安全性也較高，使用起來很方便，LNG天然氣項目投資少，投資回收期短。其缺點主要是液化天然氣的儲罐是超低溫的，制造要求高，工藝比較復雜，LNG工廠規模龐大，設備昂貴，凈化、液化工藝復雜，LNG生產成本相對較高，加上LNG工廠距離城鎮遠運輸距離長，這些都會導致供氣價格高。CNG的最主要優點在于氣源來源較廣、運輸距離近，供氣價格低。缺點是建設高壓儲氣球罐調峰，不僅造價高，而且在運行過程中對安全保障的要求也很高。還有要供應規模大的壓縮天然氣，配置的壓縮天然氣槽車數量多，每輛CNG槽車（含車頭）造價在一百萬元以上，購買槽車將花費巨額投資，這些都會造成CNG天然氣投資高，投資回收期較長。

因此，城鎮在選擇氣源時需要結合當地經濟狀況、生活水平、市場規模、離氣源廠的遠近等綜合考慮，對于城市工業化、經濟化水平比較高的城鎮，其潛在市場規模比較大，氣源可選擇CNG或LNG，當然選擇CNG投資高回收期長，但燃氣行業比較特殊，其社會效益很重要，況且離CNG氣源廠比較近，氣源價格低，有利于發展用戶，有利于對接管道天然氣，尤其對于一些近五年內能夠從附近城市對接“西氣東輸”高壓天然氣的城鎮，其前期大量投資的高壓球罐仍可使用，CNG撬可用于別處，降低了投資風險。對于生活水平比較低、工業不發達的城鎮，近期可利用LNG儲氣調峰、CNG供氣價格低優勢，選擇LNG與CNG混合供氣，減少投資風險，隨著市場規模的擴大，鄰近供氣點的增多，運輸距離短，進站LNG價格將會降低，所以遠期可單一采用LNG。

參考文獻

（1）嚴銘卿等.《燃氣工程設計手冊》（第一版），中國建筑工業出版社，2009.

（2）《城鎮燃氣設計規范》（GB50028-2006），中國建筑工業出版社，2006.

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