螺桿壓縮機在LNG領域的應用與前景分析

安 見

(冰輪環境技術股份有限公司，山東 煙臺 264000)

LNG是液化天然氣(liquefied natural gas)的縮寫。主要成分是甲烷，被公認是地球上最干凈的能源。無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態天然氣體積的1/600，液化天然氣的重量僅為同體積水的45%左右。其制造過程是先將富含雜質的天然氣凈化處理，經一連串超低溫液化后得到。燃燒后對空氣污染非常小，而且放出熱量大，所以液化天然氣好。LNG是一種清潔、高效的能源。由于進口LNG有助于能源消費國實現能源供應多元化、保障能源安全，而出口LNG有助于天然氣生產國有效開發天然氣資源、增加外匯收入、促進國民經濟發展，因而LNG貿易正成為全球能源市場的新熱點。我國的天然氣約2/3由國內油氣田生產，1/3由國外進口。國內生成的天然氣主要來自陜西(鄂爾多斯盆地)，新疆(塔里木等)，四川(天然氣儲量第一，此外頁巖氣豐富)這三個省份，它們生產的天然氣占全國總產量的70%以上。但進口的比例在持續擴大，對外依存度增加[1]。

圖1 進口量和進口依賴度不斷提升

除了常規的天然氣被開采加以利用之外，在資源開發過程中還會存在一些包括氣田分散的單井氣、石油伴生氣、煤層氣、頁巖氣、工藝放散氣、以及海上采油平臺產出的無法利用的小股天然氣等非常規的零散天然氣。此類氣體在實際應用中一般都是放掉或者焚燒掉，嚴重污染環境，并且對資源是一種浪費。例如中原油田有上百口零散井，單井，日產量多在10t以下，各井位置分散，產量不穩定。在比如中石化延川南非常規能源開采項目，多處氣井利用不掉的煤層氣都被焚燒掉。據不完全統計，僅部分因地域限制分散的小油田每年焚燒掉的伴生氣高達10億m3左右。因此，液化，回收零散氣和放散氣資源，變廢為寶，對緩解能源供應緊張和改善地區環境有著重要的意義。對于此類位置不固定且氣量不穩定的分散氣源的回收利用，常規的固定式機組投資大，風險高。可以采用可移動撬裝式的螺桿機組來實現。

1 螺桿壓縮機的行業發展及應用

近年來，我國的螺桿壓縮機制造行業有了較快的發展，制造工藝有了穩步的提升，下游應用領域需求也日漸廣泛。國內的螺桿壓縮機逐步由傳統的空氣壓縮擴展到石油、天然氣、化工、制冷等各個領域的特殊氣體壓縮，產銷量保持增長態勢[2]。

1.1 螺桿壓縮機在煤層氣、石油伴生氣、沼氣等領域的應用

國家已將煤層氣、天然氣的采集、液化運輸，石油伴生氣、火炬氣、沼氣回收、液化利用納入了重點投資建設項目，同時伴隨著國家的對環境保護力度的加大，螺桿式壓縮機的發展有了更好的契機。對比傳統的壓縮機在該領域的應用，螺桿壓縮機有先天的優勢。螺桿壓縮機結構簡單，易于維護，重要的是螺桿壓縮機可以集成在一個撬塊上，對于多氣井的布局，便于拆裝，節省成本。目前，集成式的螺桿機組已在美中能源、中石化、藍焰等大型煤層氣開采企業中得到成功的運用。同時貴州茅臺沼氣項目，慶港石油伴生氣項目運行都獲得了成功。

圖2 天然氣增壓機

1.2 螺桿壓縮機在液化天然氣中的應用

目前針對螺桿式壓縮機在LNG中的應用，多以3～6萬方/日處理量為主。該處理量的壓縮機多為小撬裝式噴油螺桿壓縮機。集成吸氣過濾器，油分離器，油過濾器，高效除油器，活性炭除油器在同一公共底座，移動方便靈活。對比活塞壓縮機，集成式撬塊無需特定的安裝,維修簡單。機組出口含油量可低至0.01ppm，不會對后端液化設備造成冰堵、污染，提高出液量。壓縮機轉子采用先進的雙邊非對稱全圓弧及其包絡線轉子型線，使得壓縮機具有較高的效率。流量調節裝置使壓縮機可進行15%～100%的流量無級調節，同時可實現最小負荷啟動，節省運行費用。近五年的發展，使得螺桿式壓縮機在LNG行業得到了廣泛的認可。在我國氣源豐富的地區，用撬裝式螺桿壓縮機作為液化核心設備的份額正在不斷的增長。據不完全統計，2018年在陜西、內蒙古地區多座井口氣氣源項目在建，預計達30多座，單項目涉及產能均在3～6萬方/日， 目前陜西燃氣設計院參與在建項目8座，其它公司設計項目10座。這其中的螺桿壓縮機使用數量占比到70%以上，應用相當廣泛。例如目前已具備液化條件的陜西綠源杭錦旗液化站，濮陽聚能油氣公司以石油伴生氣為氣源的1.5萬方/日液化站，壓縮設備全部以撬裝式螺桿壓縮機為主。

圖3 5萬方/日LNG液化站

2 我國未來LNG市場需求分析展望

打好污染防治攻堅戰，要使主要污染物排放總量大幅減少，生態環境質量總體改善，重點打贏藍天保衛戰。推廣清潔能源、用天然氣替代燃煤使用，已是大勢所趨。政策接棒推廣天然氣，十三五年均消費增速有望達到15%。《能源發展“十三五”規劃》提出，天然氣推廣是我國能源轉型的重要抓手，到2020年中國能源消費總量要控制在50億噸標準煤以內，其中，天然氣比重力爭達到能源結構的10%。保守估計，如果2020年天然氣消費量相當于5億噸標準煤熱值，按照1噸標準煤熱值等同于720m3天然氣測算，中國天然氣消費規模在2020年將達到3600億m3。現階段中國天然氣利用極為不平衡，天然氣在中國能源中的比重很小。從中國的天然氣發展形勢來看，天然氣資源有限，天然氣產量遠遠小于需求，供需缺口越來越大。盡管還沒有形成規模，但是LNG的特點決定LNG發展非常迅速。可以預見，在未來5～10年的時間內，LNG將成為中國天然氣市場的主力軍。中國對LNG產業的越來越重視，體現在中國正在規劃和實施的沿海LNG項目，主要有：廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、遼寧等，這些項目將最終構成一個沿海LNG接收站與輸送管網。2017 年以來，江蘇啟東、廣東揭陽、中石化天津等接收站項目陸續投產，截至 2017 年底我國 LNG 接收站總接卸周轉能力達5640萬t/a。當前浙江舟山、廣西防城港、江蘇江陰及廣東潮州等在建項目有序推進，預計將于 2018、2019 年陸續投產；寧波二期、舟山二期、浙江溫州、濱海等項目有望陸續開工。但是由于接收站建造周期較長，其中 LNG 儲罐的建造周期就長達 30 個月，假設建成后立即投產，從開工到投產時間至少需要三年，預計短期內新增接收站產能釋放有限。根據現在的在建及規劃項目進度，我們預計到 2020 年底，LNG 接收產能有望達到8270 萬t/a，較 2017 年底增長 46.63%。經測算，2018 年我國接收站利用率需達到 85%才能完全滿足 LNG 進口需求，2020 年利用率需達到 97%才能補足我國天然氣供需缺口。考慮到天然氣消費季節性差異明顯、且短期內我國儲氣設施不足導致接收站產能無法完全利用，預計 2020 年之前我國在建 LNG 接收站尚無法完全滿足 LNG 進口需求，接收站仍屬稀缺源。所以，以氣田井的不斷開發，包括非常規能源的開采利用，來應對我國現階段對LNG的需求缺口，依舊是我國未來幾年天然氣推廣使用主要依賴的途徑和LNG供應源頭。屆時，螺桿壓縮機的市場份額將會隨著國內天然氣在能源比重的增加與LNG產能供應，獲得階段性的增長。

3 結語

螺桿壓縮機經過不斷的發展與創新，以其易損件少，輸氣量大，體積小，可撬裝式，效率高，能耗低等明顯優勢，為廣大用戶所熟知。通過近幾年與油田、天然氣開采液化、非常規能源開采液化等企業的磨合，螺桿壓縮機高效穩定，故障率低，在惡劣環境下依然能夠超額完成任務，成績斐然。伴隨著美麗中國主題序幕的拉開，以清潔能源代替傳統的高污染能源，還天空以藍色，環保成為了不可阻擋的潮流。在未來的能源更迭過程中，螺桿壓縮機與LNG的聯系會越來越緊密，發展前景會更好。