LNG瀝青混凝土拌合站應(yīng)用可行性研究

宋憲輝

(遼寧省交通建設(shè)投資集團有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

1 背景

相比于重油和柴油等傳統(tǒng)能源，天然氣能源最大的優(yōu)勢就是熱效率高、碳排放水平低、污染小且安全等級高。一般情況下，天然氣的著火溫度為657℃，密度、辛烷值、爆炸極限等技術(shù)指標(biāo)均比重油和柴油優(yōu)良，且比重小、易升空。因此，作為推進公路建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能減排工作的有效手段，近幾年以天然氣為驅(qū)動能源的瀝青混凝土拌合站在我國公路行業(yè)和遼寧省普通公路領(lǐng)域得到了逐步推廣，但由于受地形條件等因素所限，遼寧省高速公路建設(shè)領(lǐng)域尚未開展同類設(shè)備的應(yīng)用。

結(jié)合鐵本高速公路創(chuàng)建綠色公路主體項目，我們對LNG瀝青混凝土拌合站應(yīng)用可行性進行了研究。通過前期調(diào)查，國內(nèi)主要投入應(yīng)用的大部分為管道直供式，即通過設(shè)備改造實現(xiàn)拌合站與原有天然氣管網(wǎng)的直接連接。但由于受地域條件限制，管道直供式并不適合高速公路短期應(yīng)用的特點，而移動式清潔能源拌合站則是研究的重點。通過研究，意在了解當(dāng)前天然氣能源拌合站的應(yīng)用狀況，總體掌握其在技術(shù)成熟性、風(fēng)險性和經(jīng)濟性方面的實際情況，為下一階段確定綠色拌合站在遼寧省高速公路建設(shè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用政策與工程實踐決策提供參考。

2 技術(shù)原理分析

瀝青混凝土拌合站驅(qū)動能源的調(diào)整是通過現(xiàn)場建設(shè)臨時性LNG存儲中心以及對傳統(tǒng)重油類拌合站骨料燃燒器和瀝青加熱燃燒器實施改造而實現(xiàn)的，臨時性氣源中心通過局域輸氣管道持續(xù)供給瀝青混合料生產(chǎn)所需能源。

圖1 LNG瀝青拌合站工作原理圖

3 技術(shù)環(huán)保效益分析

(1)能源燃燒性能比較

天然氣的燃燒熱值為重油的1.2倍。

表1 能源燃燒消耗對比表

以鐵本高速公路項目1個合同段為例，如更換天然氣能源，可減少重油能源消耗2100t，消耗天然氣能源1650t，減少能源消耗450t。

(2)環(huán)保效益比較

兩種能源燃燒產(chǎn)生的二氧化碳溫室氣體和氮氧化物等污染物的水平存在較大差異。

由表2分析可知，應(yīng)用天然氣拌合站在建設(shè)期內(nèi)消耗了清潔能源，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，且碳排放水平可降低24.8%，同時消除污染物排放，減排環(huán)保效益明顯。以鐵本高速公路項目1個合同段計算，可減少直接碳排放1680t。

表2 不同能源排放水平對比

4 應(yīng)用案例情況

通過調(diào)研了解，全國各地多個省份開展了此項技術(shù)應(yīng)用。2011年內(nèi)蒙古在京藏高速公路呼包段改擴建工程中應(yīng)用油氣兩用型的拌合站生產(chǎn)瀝青混合料28萬噸，并詳細(xì)對比了天然氣拌合站與重油類拌合站的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，取得較好效果；2012年寧夏回族自治區(qū)的鹽池至中寧高速公路實施了瀝青混凝土拌合站“油改氣”工程試點，并生產(chǎn)了近15萬噸的瀝青混合料，應(yīng)用效果較好；2013年陜西太原西北環(huán)路面工程利用LNG天然氣拌合站生產(chǎn)瀝青混合料10萬噸，應(yīng)用效果良好。2013年貴州思南至劍河高速公路項目進行瀝青混凝土拌合站“油改氣”工程試點，改造設(shè)備為進口瑪連尼4000型拌合設(shè)備，現(xiàn)場安置了小型液化氣站，取得較好效果；2014年山東泰安市公路局對安邁進口4000型瀝青混凝土拌合設(shè)備實施了“油改氣”工程，并對生產(chǎn)過程中的污染有害氣體排放指標(biāo)和生產(chǎn)穩(wěn)定性進行了實時監(jiān)測，驗證生產(chǎn)效益提升和節(jié)能減排效果均十分顯著。2015年吉林省鶴大高速公路實施了瀝青混凝土拌合站“油改氣”工程試點。

結(jié)合能源價格態(tài)勢情況分析可知，在前幾年重油、柴油價格持續(xù)高位的情況下，全國各地公路建設(shè)領(lǐng)域紛紛推動天然氣能源拌合站建設(shè)，并取得較好的應(yīng)用效果，天然能源在生產(chǎn)穩(wěn)定性、環(huán)保、經(jīng)濟效益等方面的優(yōu)勢得到了充分發(fā)揮。

5 LNG拌合站的建設(shè)方式

實現(xiàn)LNG供應(yīng)瀝青拌合站主要包括現(xiàn)場臨時氣源中心建設(shè)與拌合機械新購或改造。

5.1 氣源中心建設(shè)

氣源中心建設(shè)內(nèi)容有兩種方案：

第一種方案是僅安裝調(diào)壓設(shè)備，供氣以槽車輪換供應(yīng)方式實現(xiàn)，現(xiàn)場不設(shè)置臨時LNG低溫儲罐。這種方案最大的問題是受槽車容積限制(一般為50m3)，倒換次數(shù)較建站模式多一倍，且存在一定的安全隱患，對能源供應(yīng)方和用戶可能造成不利影響。

第二種方案是建設(shè)LNG衛(wèi)星站，現(xiàn)場設(shè)置全套LNG低溫儲罐、調(diào)壓、加臭、氣化器等裝備。此方案較第一種方案安全性高，供給保障性更好，但造價高出50萬元，且需要按照危化品程序辦理相關(guān)手續(xù)。

以鐵本高速公路項目一個路面標(biāo)段為例，如考慮5個月集中生產(chǎn)，每標(biāo)段瀝青混合料總量為30萬噸，測算需氣態(tài)天然氣總量為216萬立方米，折合LNG共3600m3，全線4個合同段共計需14400m3LNG，供應(yīng)量較大，建議采取第二種方案。

5.2 拌和機械新購或改造

(1)新購設(shè)備

據(jù)了解，按照燃料不同分類，目前市面上供應(yīng)的重油類、天然氣等獨立燃料類國產(chǎn)瀝青混凝土拌和設(shè)備價格在600萬元至1000萬元之間不等，而油氣兩用型拌和設(shè)備價格要高出50～100萬元。

(2)原有設(shè)備改造安裝

由施工企業(yè)自行完成。為實現(xiàn)驅(qū)動能源轉(zhuǎn)換，需要對設(shè)備部分組成構(gòu)件進行改造，主要有以下幾個部件：

①干燥加熱滾筒系統(tǒng)(燃燒器)

需將燃燒器改造或更換為油氣兩用型燃燒器，預(yù)估改造費用為30～50萬元。

②瀝青導(dǎo)熱油爐系統(tǒng)

需將其改造或更換為油氣兩用型燃燒器，改造同時增加管道連接，預(yù)估改造費用為10～20萬元。

圖2 瀝青拌合站設(shè)備

6 審批程序

按照目前國家LNG衛(wèi)星站建設(shè)前需要報請相關(guān)部門審批程序，經(jīng)座談了解，目前建設(shè)程序主要包含14個步驟(其中含程序辦理9項)：

(1)可研申請；

(2)工程設(shè)計；

(3)環(huán)境評價；

(4)安全評估；

(5)立項申請；

(6)規(guī)劃許可申請；

(7)開工前安全生產(chǎn)條件審查；

(8)施工圖審查；

(9)施工許可；

(10)站址選定；

(11)設(shè)備選型采購；

(12)土建施工建站；

(13)設(shè)備安裝調(diào)試、人員培訓(xùn)；

(14)工程驗收。

7 推進模式

目前推進的模式主要有兩種。一種是采用施工企業(yè)自行采購設(shè)備、自選LNG供應(yīng)商模式。此模式適用于市場條件較為成熟、供應(yīng)商相對豐富的條件。另一種采用EPCO模式，即選擇一家能源供應(yīng)合作企業(yè)。能源供應(yīng)商免費提供LNG衛(wèi)星站建站、管道設(shè)計與施工和運營服務(wù)，同時以出售LNG能源的方式收取能源使用費用。

7.1 此類模式主要優(yōu)勢

(1)在框架協(xié)議保障和服務(wù)商有效協(xié)調(diào)的前提下，可有效解決前期建設(shè)面臨的審批手續(xù)辦理問題，可保證為施工企業(yè)使用提供穩(wěn)定的氣源供給，適用于短期應(yīng)用，管理相對靈活。

(2)隨著運營期限的不斷延長，待其設(shè)備和前期投入成本實現(xiàn)回收后，供應(yīng)的天然氣價格將有0.7～1元/m3的下調(diào)，對后期遼寧省高速公路應(yīng)用此類拌和設(shè)備的施工企業(yè)而言，能源使用投入將有所降低，具有一定的長期效益。

7.2 缺點

(1)企業(yè)為快速收回成本(回收期一般為4年)，對回收期內(nèi)的瀝青混合料生產(chǎn)數(shù)量提出最低要求(不低于25萬噸/站)。

(2)施工單位拌合站需要配合改造，且燃料節(jié)約的費用優(yōu)勢需在4年后方可顯現(xiàn)。

(3)模式無法強制執(zhí)行，需通過低碳設(shè)備補貼基金方式進行引導(dǎo)，推廣保障性不強。

8 投資與效益分析

8.1 能源使用投資

能源投資變化與天然氣和重油市場價格、能源供應(yīng)商設(shè)備前期投入等因素緊密相關(guān)。一般而言，能源供應(yīng)商每出售1m3天然氣，利潤為1.3元。前期投入設(shè)備及管道鋪設(shè)等工作投資總計費用約260萬元。以鐵本高速公路1個合同段為例，共需消耗天然氣228萬立方米，預(yù)計一個項目成本即可回收，相應(yīng)下一個項目應(yīng)用設(shè)備時燃?xì)鈨r格將有一定幅度下降。

(1)能源供應(yīng)商收回設(shè)備投資前

表3 能源使用費比較(收回投資前)

能源使用成本折算價差為14.05元/t，每公里路面增加能源使用費12萬元，每標(biāo)段增加為360萬元。

(2)能源供應(yīng)商收回設(shè)備投資后

表4 能源使用費比較(收回投資后)

收回投資后，LNG價格將有所下調(diào)，按照每立米下調(diào)0.7元考慮，能源使用成本折算價差由14.05元/t下降至8.7元/t，每公里路面增加能源使用費7.4萬元，每標(biāo)段增加222萬元。

8.2 總體投資

以鐵本高速公路1個路面合同段(2臺4000型瀝青拌和設(shè)備)為例，以相對于重油類拌合站業(yè)主增加投資額為分析對象，基于EPCO管理模式下，按照新采購拌合站和舊站改造兩種方案進行經(jīng)濟效益比較分析。

(1)方案一：新采購油氣兩用型瀝青拌合站

本模式適用于強制性推行使用的條件，技術(shù)規(guī)范中明確提出應(yīng)用具有天然氣燃料功能的拌和設(shè)備，且設(shè)備供應(yīng)市場較為成熟，氣源供應(yīng)源頭眾多，自身運營管理相對成熟的項目。

表5 業(yè)主增加投入費用情況(與重油站相比)

(2)方案二：改造原有瀝青拌合站模式

表6 業(yè)主增加投入費用情況(與重油站相比)

從投資效益分析情況看，無論是新采購還是改造實施，在前期投資方面相差不大，且均需要給施工企業(yè)巨額的能源調(diào)差費補貼，對業(yè)主方的資金壓力較大。初步測算，在初期能源設(shè)備免費使用的條件下，如重油價格持續(xù)低位，使用天然氣成本明顯高于重油，投資效益水平較差。如能持續(xù)推廣應(yīng)用，業(yè)主補貼金額將逐年減少。

9 結(jié)論

基于深入的研究分析，并結(jié)合以往各省成功應(yīng)用經(jīng)驗綜合分析來看，天然氣拌合站改造技術(shù)已較為成熟，在消除有害氣體、減少二氧化碳排放方面具有明顯效益。但由于目前重油能源價格處于低位狀況，而天然氣價格則是高位態(tài)勢，相比而言天然氣價格劣勢十分明顯，推動節(jié)能減排工作將導(dǎo)致初始投資和能源使用成本大幅提升。由此看來，在現(xiàn)階段行業(yè)鼓勵推行清潔能源拌合站的背景下，暫不具備大規(guī)模強制推行的基礎(chǔ)條件。

與此同時，對于流動臨時站點設(shè)置采用天然氣，在氣源和供應(yīng)上存在一定的不確定性，運輸安全和時效性也受到地域的差異影響；雖有專業(yè)人員進行操作，但對于身處深山、條件艱苦的施工現(xiàn)場，一旦出現(xiàn)不可預(yù)期的事故，相應(yīng)后續(xù)救援預(yù)案措施能力無法滿足。

如需以節(jié)能減排名義推行，建議靠近城區(qū)邊緣和交通便利的區(qū)域可以試探改造，遠離地區(qū)不宜采用，采取“試點應(yīng)用+EPC模式管理+業(yè)主差額補貼”的方式引導(dǎo)施工企業(yè)應(yīng)用。