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LNG管道输送种类以及优缺点

文章出处:http://www.runfeng-lng.com 人气: 发表时间:2016-06-13 09:49:01【
LNG管道输送工艺

1.陆上LNG有哪几种输送方式?

  陆上LNG的输送方式有公路运输、铁路运输和管道运输。

1)公路运输    早在20世纪70年代初,日本就开始使用底盘式槽车运输LNG,其载重为6.0 t;  1988年开始采用载重为8. 6t的拖车型槽车,槽车储罐的结构与船运储罐大同小异;中国规格为45m3的国产LNG槽车已投入使用。

2)铁路运输    在不能实施天然气经济管输的情况下,采用LNG铁路运输则具有较大的技术经济优势。此外,铁路槽车比公路槽车长距离运送LNG更经济。2004220日,新疆广汇鄯善LNG铁路专用线竣工,成为中国首条LNG铁路运输专用线。

3)管道运输    迄今为止,LNG低温管线在调峰装置和LNG船装卸设施上已有应用,且低温材料与设备的应用和天然气贸易量都在逐年增加,但是尚未见到采用低温管线长距离输送LNG的实例。最新理论研究表明,建设长距离LNG输送管道在技术上是可行的,在经济上也是合理的。   

2LNG管道输送有哪些优缺点?

  LNG管道输送的优点主要表现在两个方面:一方面,由于LNG的密度是天然气的600多倍,与常规输气管道相比,输送相同体积的天然气,LNG输送管的直径要小得多;另~方面,LNG泵站比天然气增压站的投资低’,且前者的能耗比后者低若干倍。

  然而,LNG管道输送还存在一些不足,主要体现在:LNG输送管道与设备必须采用价格昂贵的镍钢和性能良好的低温绝热材料;为实现低温液体单相流动、防止液体汽化,需在管道上增建中间冷却站。因此,管道工程的设计复杂和施工技术要求高,长距离LNG管线的初期投资较大。

 

3. LNG输送管道有哪几类?

  一般说来,LNG输送管道可分为三类:非绝热管(裸管)、普通绝热管以及真空绝热管。非绝热管虽造价低,但在使用时存在严重的跑冷问题,通常用于间断性短距离输送。真空绝热管由内管、外管与支撑件构成,造价和施工管理费用高。对于大批量的LNG长距离输送,常采用普通绝热管。这种管道是在管外敷设普通绝热结构,其缺点是热容量大、绝热性能较真空绝热管差,但其投资和施工管理费用比真空绝热管小,这对于长距离输送的情况显得尤为重要。

 

4.如何合理设计LNG管道?

  LNG是当前世界上需求增长最快的一种烃类燃料,随之带来对LNG生产和运输用的附加设施需求的增长,这要求研发一些经济安全的运输新技术。对于输送LNG这样的低温产品,当今的管道技术既可采用柔性的软管,也可采用刚性的金属管道。前者由于费用高昂和绝热困难,仅限于应用短距离的装载和卸载,而后者则可用于较长距离的LNG的输送。对于刚性低温管道,传统的设计方法一般是在管道外围形成绝热空间,造成低压和真空环境,这样能提供相对良好的绝热效果,但系统的运行和维护费用高昂。在这种情况下,若管道要潜入水下,甚至要敷设在海底,则存在管道的热胀冷缩、承受外压与结构稳定性等方面的问题。

  在低温下输送流体,特别是输送冷冻流体的管道,既要有较高的机械稳定性,又要有预期的热绝缘性能与简单的结构,这样维护和安装费用将相对较低。一种新的LNG管 道的设计就体现了这些所希望具有的特性,在“管中管”中加入气凝胶绝热隔层,在产品管道与外部的套管之间形成一种环状空间,并在其内局部充以高效的微细多 孔体或超微多孔材料。在大多数情况下,环状空间受到的压力是来自于外部的环境压力,因而该系统起到了支撑的作用,并保持热绝缘,避免了采用昂贵的合金、膨 胀膜来产生和保持真空的方法。

  然而,在LNG管道设计中,不仅要考虑低温液体的绝热要求,还应特别注意因低温引起的热应力问题、水蒸气渗透及其引发的冷凝和结冰问题、管道泄漏的探测方法与防火问题等。

5.怎样设计LNG管道输送工艺?

  LNG长距离输送与原油的加热输送工艺类似,需要在管道沿线建LNG加压泵站。此外,进入管道的饱和液体受热后将部分汽化,从而使管输介质由单相成为两相流动。当LNG管 道出现两相流动时,将出现管道流量减小、阻力增大,甚至还会产生气塞现象。因此,对于低温液体输送管道,特别是长距离管道,要防止液体汽化,即应确保液体 单相流动。防止管输液体汽化的方法主要是采用高压输送,始终保持液体压力在其临界压力以上、液体温度在其临界温度之下。因此,对于长距离LNG输送管道,除沿线设若干加压站外,每隔一定距离还需设冷却站,以控制LNG的温度。为便于施工和管理,一般将加压站和冷却站合建,即所谓的冷泵站。与一般轻质成品油相比,温度和压力对LNG密度的影响大得多。在LNG管道的工艺设计计算中,LNG物性参数的对应温度和压力应按管道起点和终点的平均值计,也可分段计算;但无论采用哪种方式都必须对LNG管道的极限工况进行校核。

  此外管输LNG只有经过汽化后才能为用户所使用,由于每吨LNG在﹣160℃时可提供大约840MJ的冷能。在LNG长输管道项目的规划建设中,LNG对这部分冷量的回收利用进行综合考虑。

6.怎样确定LNG管道的经济流速与经济管径?

  LNG管道设计方案的确定,主要是指选择多大的管径使LNG输送管道的年当量费用(投资和运行管理费用之和)最低,此时的管径称为某一输量下的经济管径。对一定输量的LNG管道,随着管径的增大,其基本建设投资中钢管与线路工程的投资增大,但泵站数与泵站投资减少。此外,在相同输量下,管径增大,LNG在管道内的流动速度降低,摩擦生热量减小,可使冷却站的个数减少,从而减少冷却站的投资。故总投资费用随着管径的变化必然有极小值存在,即在一定输量下存在投资费用最低的管径。

  随着管径的增大,LNG输 送的能耗费降低,折旧、维修和维护管理等费用也随着投资的变化而改变。故年经营费用随管径变化的曲线必然存在极小值,即一定输量下存在年经营费用最低的管 径。将投资与运行管理费用随管径变化的关系曲线叠加,得到年当量费用与管径的关系曲线。由此可见,该曲线的极小值即为该输量下的经济管径,该管径对应的流 速即为经济流速。

7.如何确定LNG管道的站间距与经济绝热层厚度?

  如何设计确定LNG管道冷泵站的站间距,不仅关系到LNG管 道的运营安全,而且还直接影响管道系统的经济性。若站间距过大,则需要增大冷泵站的出站压力,而且在相同站间温度降的情况下对绝热层的要求越高。若站间距 过小,虽然可减少绝热层的厚度,但冷泵站的投资和运行管理费用将明显增加。可见,输送温度、压力、冷泵站数和保温层的选择,对LNG输送的经济性影响较大。

  根 据预定的进站温度可以初定进站压力,再根据泵的出口压力和管材的强度确定泵站的工作压力,并得到站间管道的最大压降,由此可得最大的站间距。然而,在相同 站间距的情况下,进站温度将影响绝热层厚度和出站温度的确定,从而影响系统的投资和运行管理费用。因此,应采用最优化方法,以费用最小为目标,通过建立数 学模型来优化经济绝热层厚度和进站温度。

8.如何计算LNG管道站间距?

  根据预定的输送压力与输送温度,可以对LNG管道站间距进行粗略计算。如果略去动能与位能的变化,则两个冷却站间液体吸收的热量等于跑冷损失与摩擦生热之和,即两个冷泵站之间的能量方程可表示为:

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  因为Q(P1 –P2)均可表示为管长的函数,故根据上式即可计算出两站之间的距离L。在计算冷泵站间距时,既要考虑最大流量情况,也要考虑最小流量情况。若只按最大流量,则在流量减小时将出现两相流动。

 9.管道系统优化的原则和影响因素是什么?

  水力分析和管道系统优化的目的是通过优化,确定在给定条件与各种因素下能满足用户的用气需求,比如,影响管道系统调峰方案的主要因素包括:

  ①厂和城市门站不同时期的用气量与用气调峰要求;

  ②接收站输入首站的小时流量与两个时段的小时流量比例;

  ③用户用气压力;

  根据已知的各种条件,在管道系统优化计算过程中应遵循以下原则:

  ①工程建成后管道的输气能力应满足远期用气量的要求;

  ②管道系统设计压力应充分利用接收站可能提供的最高压力,即在10. 0MPa以内;

  ③管道系统承担城市门站的月、日调峰与沿线电厂的小时调峰,即电厂在全天24h不同时段按不同小时用气量的用气(即7002200时段均匀用气、22:007:00时段停止用气),城市门站应考虑在全天24h内均匀用气;

  ④尽量统一管道的管径种类,以便站场、管道施工和以后的运行维护;

  ⑤以工程投资最低作为选择最优方案的重要因素。

10. 什么是“冷态输送法”?

  所谓冷态输送法,是指在首站将一定温度的LNG送入管道,并吸收外界传入的热量,然后通过LNG逐步蒸发而使管内压力升高,以此来推动LNG向前流动,从而优化管输工艺的LNG输送法。

  冷态输送法的特点:

  ①节约中间加压站;

  ②降低绝热保冷的要求;

  ③把液化设备集中在气井地区;

  ④终点站是低温气体;

  ⑤冷态输送费用比液态输送高1/3,比气态输送低60%

11. 如何防止低温液体输送管道的间隙泉现象?

  所 谓间隙泉现象,是指在低温液体沿竖直长管道向下流动过程中,由于液体汽化将产生气泡,随着气泡数量的增加,气泡将彼此发生聚合,最后把低温液体反向挤出管 道入口而产生喷发的现象。当管道中的流体流速较低时,可能会发生这种现象,但只有在流体停止流动时,才需要注意间隙泉现象的发生。

  为消除或减轻间隙泉现象带来的危害,在实际应用中需要注意管道系统的绝热,因为热侵入是导致间隙泉现象产生的根本原因。目前,缓解这种现象发生的主要方法如下。

  (1)注入不冷凝的惰性气体  惰性气体一般选用氦气,把氦气注入到管道底部,利用产品蒸气在液体和氦气中的蒸气压差,使产品蒸气从液体中传递到氦气团中,从而使部分低温液体汽化,并从低温液体中吸热,产生过冷效应,这样可阻止过热量的积累。

  (2)补充注入低温液体  利用加注过冷低温液体的方法,可降低低温液体的温度。

  (3)增加循环管道  采用加管道的方式,可在管道与储罐之间建立起自然循环条件,转移掉局部区域的过热量,破坏间隙泉发生的条件。

  以上方法实质上都是通过转移低温液体的过热量,避免过热量的累积,从而防止间隙泉现象的发生。


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