中國LNG技術標準體系建設和發展思路探討

王品賢 李福剛 馬 武 任慶君 徐 碩 馬偉平

1. 中國石油天然氣管道局工程有限公司管道投產運行分公司, 河北 廊坊 065001;2. 中國石油管道局工程有限公司第四分公司, 河北 廊坊 065000;3. 中國石油管道科技研究中心, 河北 廊坊 065000

0 前言

液化天然氣(LNG)具有清潔能源的優越性,已成為世界供應增長最快的能源[1],日本和韓國等能源缺乏國家LNG使用比例已超過60%[2]。LNG是中國能源結構重要組成部分,自2000年以來,中國進入了大型LNG接收站和天然氣液化廠的建設運營高峰期。截至2018年7月,中國已建成18座大型LNG接收站,包括中國石油、中海油、中國石化以及申能集團、新疆廣匯集團等大型能源公司[3-5]建設的接收站，隨著中國LNG產業快速發展,LNG生產、處理、運輸和銷售的產業鏈結構不斷完善,對標準化工作提出了更高要求。

為滿足與國際接軌和國際貿易的要求,實現安全、可靠、高效的目標,應建立和完善涵蓋設計、施工、材料及設備、安全與運行管理等領域的LNG技術標準體系[6]。“十三五”期間,應深入開展LNG標準體系建設工作[7-8],總體技術路線根據中國LNG產業實際情況,由采標為主階段逐步過渡到自主制修訂階段,即統籌規劃、自主制定行業核心技術標準,有針對性和選擇性采標國外LNG重點標準,重視增強技術標準對生產業務的規范和指導作用。建立系統的、完善的LNG技術標準體系,可為中國LNG產業健康發展提供有力技術支持。

1 中國LNG標準現狀及差距

2009年中國成立了液化天然氣技術委員會,在標準制修訂工作方面取得顯著成績,制定了一系列LNG工程建設和生產儲運類國家標準和行業標準,針對國際標準ISO、歐洲標準EN的試驗測試系列標準進行采標,但與國外發達國家相比,LNG標準技術水平、應用程度和指導作用還存在差距。

1)中國LNG標準涵蓋包括國家能源局、交通運輸部、質檢總局、出入境檢驗檢疫總局等多部門制定的國家標準和行業標準,LNG標準存在交叉、共用情形。

2)缺少綜合性、先進適用的LNG工程建設標準,GB/T 20368-2012《液化天然氣(LNG)生產、儲運和裝運》和GB/T 22724-2008《液化天然氣設備與安裝陸上裝置設計》采標NFPA 59 A、EN 1473歐美標準,歐美標準在選址原則、管材選型、設施防火間距、自動控制、人員資質和語言習慣等方面的特殊性,不能完全適用于中國LNG產業實際情況和指導新建LNG項目設計、施工和驗收工作[9]。

3)中國LNG標準采標國外標準較零星、分散,采標工作缺乏前瞻性和前期適用性研究[10],部分國外采標標準版本年代久遠且技術工藝已更新。中國側重根據設計、施工與運行管理的特定環節制定標準,還未建立系統全面、先進適用的LNG技術標準體系。

4)中國還缺少LNG質量標準,GB 17820-2018《天然氣》適用于管輸天然氣,管輸天然氣的水露點、烴露點等指標隨著輸送過程發生變化,相對管道進口指標,終端指標過于寬松,不適用于LNG[11]。GB 18047-2017《車用壓縮天然氣》在甲烷含量、熱值、生產工藝等方面的要求也不適用LNG,應制定LNG產品質量國家標準。

5)LNG節能、安全和環保標準還需進一步完善[12],主要體現:缺少LNG輸送過程損耗分析方法[13];缺少符合中國國情的LNG場站安全間距規范[14];LNG儲罐預防地下水污染措施有待改進,包括隔堤、攔蓄區和防滲膜設計等方面。特別是LNG站場消防主要執行石油行業的相關國家標準[15],例如GB 50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》、GB 50351-2014《儲罐區防火堤設計規范》等,這些規范并不完全適用于LNG場站的實際情況。

2 中國LNG技術標準體系構建方法

中國LNG產業未來發展應以技術標準為支撐,建立全領域、全產業鏈、全流程、具有可操作性的技術標準體系。LNG技術標準體系構建遵循以下幾點:

1)本研究涵蓋的LNG產業鏈過程階段起點是從動力船舶運輸,經船岸交接和碼頭接卸/加注,到達LNG接收站和天然氣液化廠的儲罐,通過計量站進入外輸管道(管網)。LNG標準化對象及范圍包括船舶、碼頭、接收站、天然氣液化廠、加注站和汽化站等。

2)立足學習國外先進LNG標準的經驗理念,充分調研國外LNG技術標準。

3)為避免與相近專業領域的標準交叉、重復,不列入井口天然氣和壓縮天然氣(CNG)標準,列入適用的管輸天然氣標準。

4)注重LNG標準與國內交通、質檢、石油、化工、燃氣等相關行業標準的協調統一。

LNG技術標準體系結構按照GB/T 13016-2009《標準體系表編制原則和要求》進行構建,分為具有上下級關系的七個層級,見圖1。

圖1 LNG標準體系結構框架圖Fig.1 The construction frame of LNG standard systems

1)第一層級為基礎標準,即LNG產品質量和檢驗標準。

2)第二層級為綜合性標準,例舉了美國、加拿大、歐盟、澳大利亞制定的LNG綜合性標準,這類標準具有較高的權威性和通用性,代表了世界LNG標準的技術水平和發展趨勢。

3)第三層級為規劃標準,包括LNG項目可研、選址和初設標準。

4)第四層級為設計標準,包括船舶輸送系統、碼頭、接收站、天然氣液化廠、儲罐、站場設備、汽車加氣站和管材等標準。

5)第五層級為施工標準,包括接收站和天然氣液化施工等標準。

6)第六層級為生產儲運標準,包括船岸交接、計量、站場運行和試驗測試等標準。

7)第七層級為安全標準,包括LNG接收站安全管理和LNG儲罐防火堤標準。

3 LNG技術標準體系及國外LNG標準明細

LNG技術標準體系主體是LNG產業相關的國家標準和行業標準。為提高LNG技術標準體系的完整性、先進性和適用性,充分借鑒國外LNG標準的先進經驗,下面標注了已經采標國外LNG標準的一致性程度(IDT等同采用,MOD修改采用),并列出了美國、加拿大、澳大利亞、日本和歐盟等國外LNG標準,可作為未來的工作重點和研究方向。應持續跟蹤國外LNG標準的發展動態和修訂信息,例如重要條款內容、參數指標和版本的變更情況。如國內已有相關標準,可通過對標方式提升國內標準技術水平(國外標準標注為“對標標準”);如國內無相關標準且有技術需求,考慮進行采標(國外標準標注為“擬采標標準”)。

3.1 基礎標準

1)GB/T 19204-2003《液化天然氣的一般特性》(BS EN 1160-1997,IDT)。

2)SN/T 2491-2010《進出口液化天然氣質量評價標準》。

3)SN/T 2378.2-2010《進口液化天然氣檢驗規程第2部分:船艙檢驗》。

3.2 綜合性標準

1)GB/T 20368-2012《液化天然氣(LNG)生產、儲運和裝運》。該標準參考NFPA 59 A-2009制定,最新版本是NFPA 59 A-2016,適用于LNG產業的設計、選址、施工、操作、設施維護和人員培訓。該標準具有很高的權威性,在國際上獲得高度認可并廣泛使用。

2)GB/T 22724-2008《液化天然氣設備與安裝陸上裝置設計》(EN 1473-1997,MOD)。最新版本EN 1473-2016,被歐洲36個國家采用為本國標準,用于規范和指導LNG裝置的設計、建設和運行,重點是LNG岸上設施運行管理,規定了LNG設施安全分析和設計的要求。

3)加拿大標準CAN/CSA Z276-2015《液化天然氣生產、儲存和裝運》。該標準是加拿大的綜合性LNG標準,適用于LNG項目的設計、選址、施工和操作,LNG的儲存、汽化、轉運、裝卸和卡車運輸,LNG操作人員資質要求。

4)澳大利亞標準AS 3961-2005《液化天然氣的儲存和操作方法》。該標準是澳大利亞的綜合性LNG標準,用于規范和指導LNG儲存和運輸裝置的設計、建造和運行,主要內容包括海運常壓儲罐的安裝、管道峰值補償和壓力儲罐等。

3.3 規劃標準

1)SY/T 6807-2010《液化天然氣項目申請報告編制指南》。

2)SY/T 6935-2013《液化天然氣接收站工程初步設計內容規范》。

3)SY/T 7434-2018《液化天然氣接收站能力核定方法》。

3.4 設計標準

3.4.1 船舶輸送系統標準

1)SY/T 6986.1-2014《液化天然氣設備與安裝船用輸送系統的設計和測試第1部分:輸送臂的設計和測試》(EN 1474.1-2008,MOD)。

2)SY/T 6986.2-2016《液化天然氣設備與安裝船用輸送系統的設計和測試第2部分:輸送軟管的設計和測試》(EN 1474.2-2008,MOD)。

3)SY/T 6986.3-2016《液化天然氣設備與安裝船用輸送系統的設計和測試第3部分:海上輸送系統》(EN 1474.3-2008,MOD)。

3.4.2 碼頭標準

1)JTS 165-5-2016《液化天然氣碼頭設計規范》。

2)JTS 196-11-2016《內河液化天然氣加注碼頭設計規范(試行)》。

3)歐洲標準EN 13645-2001《存儲容量為5～200 t的港口設備設計標準》(對標標準)。

3.4.3 接收站和天然氣液化廠標準

1)GB 51156-2015《液化天然氣接收站工程設計規范》。

2)SY/T 6933.1-2013《天然氣液化工廠設計建造和運行規范:第1部分:設計建造》。

3.4.4 儲罐標準

1)GB/T 26978-2011《現場組裝立式圓筒平底鋼質液化天然氣儲罐的設計與建造》(EN 14620-2006,MOD)。

2)SY/T 0608-2014《大型焊接低壓儲罐的設計與建造》(API Std 620-2008,MOD)。

3)GB/T 50938-2013《石油化工鋼制低溫儲罐技術規范》。

4)GB/T 18442-2011《固定式真空絕熱深冷壓力容器》。

5)日本標準JGA-107-02《LNG地下儲罐指南》(國內LNG儲罐基本為全包容式預應力混凝土頂地上儲罐,擬采標標準)。

6)日本標準JGA-108-02《LNG地上儲罐指南》(對標標準)。

7)美國標準API Std 625-2014《低溫液化氣儲罐系統》。

3.4.5 站場設備標準

1)JB/T 4780-2002《液化天然氣罐式集裝箱》。

2)日本標準JGA-102-03《LNG接收站設備指南》(國內缺少LNG站場設備分級和管理標準,擬采標標準)。

3.4.6 汽車加氣站標準

1)NB/T 1001-2011《液化天然氣汽車加氣站技術規范》。

2)GB/T 25986-2010《汽車用液化天然氣加注裝置》。

3)GB/T 26980-2011《液化天然氣(LNG)車輛燃料加注系統規范》(NFPA 52-2006,MOD)。

4)GB/T 20734-2006《液化天然氣汽車專用裝置安裝要求》。

5)GB/T 34510-2017《汽車用液化天然氣氣瓶》。

6)美國標準NFPA 57-2002《LNG汽車燃料系統標準》(對標標準)。

3.4.7 管材標準

1)GB/T 32964-2016《液化天然氣用不銹鋼焊接鋼管》。

2)英國標準BS 4089-1999《液化石油氣和液化天然氣用金屬軟管組件規范》(對標標準)。

3.5 施工標準

1)SY/T 4114-2016《天然氣管道、液化天然氣站(廠)干燥施工技術規范》。

2)SY/T 7302-2016《液化天然氣接收站陸域形成和土建工程技術指南》。

3)SY/T 7303-2016《液化天然氣管道低溫氮氣試驗技術規程》。

4)SH/T 3561-2017《液化天然氣(LNG)全容式鋼制內罐組焊技術規范》。

5)SY/T 7349-2016《低溫儲罐絕熱防腐技術規范》。

3.6 生產儲運標準

3.6.1 船岸交接標準

1)GB/T 24963-2019《液化天然氣設備與安裝-船岸界面》(ISO 28460-2010/BS EN 1532-1997,MOD)。

2)GB/T 24964-2010《冷凍輕烴流體-液化天然氣船上貿易交接程序》(ISO 13398-1997,IDT)。

3)SY/T 7029-2016《液化天然氣船對船輸送作業指南》。

3.6.2 計量標準

1)GB/T 24959-2010《冷凍輕烴流體液化氣儲罐內溫度的測量電阻溫度計和熱電偶》(ISO 8310-1991,IDT)。

2)GB/T 24960-2010《冷凍輕烴流體液化氣儲罐內液位的測量電容液位計》(ISO 8309-1991,IDT)。

3)GB/T 24961-2010《冷凍輕烴流體液化氣儲罐內液位的測量浮子式液位計》(ISO 10574-1993,IDT)。

4)GB/T 24962-2010《冷凍烴類流體靜態測量計算方法》(ISO 6578-1991,IDT)。

3.6.3 站場運行標準

1)SY/T 6928-2018《液化天然氣接收站運行規程》。

2)SY/T 6929-2012《液化天然氣碼頭操作規程》。

3)SY/T 6933.2-2014《天然氣液化工廠設計建造和運行規范:第2部分:運行》。

4)SY/T 6934-2013《液化天然氣(LNG)車輛加注站運行規程》。

3.6.4 試驗測試標準

1)GB/T 20603-2006《冷凍輕烴流體液化天然氣的取樣連續法》(ISO 8943-1991,IDT)。

2)GB/T 21608-2007《液化天然氣密度計算模型規范》(ASTM D4784-1993(R2003),IDT)。

3)EN 12838-2000《液化天然氣設備與安裝LNG采樣系統適用性檢驗》(國內缺少LNG取樣檢定標準,擬采標標準)。

3.7 安全標準

1)SY/T 6711-2014《液化天然氣接收站技術規范》。

2)GB 50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》。

3)GB 50351-2014《儲罐區防火堤設計規范》。

4)日本標準HK/KL KS0850-7-2005《安全檢查標準(LNG接收站)》(對標標準)。

5)歐洲標準EN 12065-1997《LNG滅火材料的性能試驗》(對標標準)。

4 LNG技術標準體系建設建議

“十三五”期間,根據中國LNG產業發展目標,應進一步提升LNG標準體系的完整性、先進性和適用性,提升標準技術水平和應用普及程度,建議開展下列標準專項研究工作:

1)LNG產業鏈特點要求接收站必須按照時間節點完成試運并順利投產,LNG施工驗收和正式運行之間的試運投產還屬薄弱階段。為避免投產期間發生事故,或者延遲投產,應制定LNG接收站試運投產質量控制規范[16],包括儲罐預冷降溫速率控制、工藝管道干燥、吹掃、密封性檢查和重要設備單機試車,避免試運投產事故和保證日后平穩高效運行。

2)完善LNG接收站和天然氣液化廠的設計施工和生產儲運標準,制定包括LNG接收站和天然氣液化廠的設備分級管理、可視化管理、站場和儲罐完整性管理標準[17]。

3)中國還未制定LNG站場風險量化分析標準[18],建議建立LNG火災科學實驗基地,研究LNG蒸氣云擴散機理、LNG池火災熱輻射強度模型等,為LNG站場火災撲救技術和應急消防設備配備提供依據。

4)中國LNG站場安全分析標準還處于初步階段,LNG產業涉及多種工藝流程和設備設施,歐洲標準EN 1473采用危險與可操作分析(HAZOP)對各種潛在風險進行辨識和評估[19]。應研究適合中國LNG產業實際情況的危險評價方法,制定LNG站場設施和操作危險分析規范。

5)開展浮式LNG接收裝置技術標準采標前期研究[20],跟蹤浮式儲存及再汽化裝置(Floating Storage and Regasification Unit,FSRU)、浮式接收裝置(Floating Storage Unit,FSU)等浮式LNG水上接收終端的技術進展和標準發布情況,開展FLNG、FSRU等水上接收終端的國際標準采標研究,采標國外標準應注重提高標準的實用性和可操作性。

5 結輪

中國天然氣市場規模潛力巨大,可以預見,未來幾年LNG在中國能源結構和天然氣供應中占比會越來越大,中國LNG接收站建設發展思路及相關建議是以擴建現有接收站為主,適時增加儲存容量和汽化能力,積極參與市場調峰。在此基礎上,提高中國LNG技術標準的系統性和先進性,未來LNG產業和LNG技術標準的發展趨勢包括以下方面:

LNG工藝流程優化和節能減排技術;LNG接收站低負荷率運行和優化調峰技術;LNG國際標準技術要點更新對應的相關研究成果,標準技術內容更新的研究和采用;LNG接收站運行管理國內外標準對標及技術水平提升。