想要运输不容易
早在19世纪初,人们就陆续发现了一批天然油气田,并开始利用管道将天然气输送到附近的用户处,开启了天然气的应用。在地层中,储存有石油的地方也往往有天然气,所以有“油气不分家”的说法。直到20世纪40年代末,天然气的应用仍远远落后于石油,其中一个重要的原因就是天然气的存储和运输比较困难。
目前,石油气和天然气的运输方式主要有三种:
管道输送 即将气态的石油气或天然气通过管道加压运输。
车辆运输 即将液化气装入瓶罐(压力容器)中用汽车、火车输送。
船舶运输 即用专门的液化气船进行运输。
这三种运输方式都有一定的技术难度,特别是天然气的长途运输困难更多。
石油气相对天然气来说,其储存和运输都相对较容易,因此世界上用得较早的是石油气。通过管道,人们将炼油厂产生的石油气通过加压用管道送到附近居民家中作为燃料,或者将其加压液化后装入瓶罐中运输。
20世纪30年代和40年代,西欧和美国等石油工业发达的国家就率先使用了石油气。常温下石油气在10个大气压左右就可以变成液体,因此人们将石油气液化后装入瓶罐内,进行远距离运输。对于机械工业走在世界前列的发达国家,制作耐10个大气压左右的瓶罐在20世纪40年代已不是难事,所以液化石油气得到了广泛的应用。随着技术的进步,现在已经可以将液化天然气装入液罐内进行运输了。

图27 加气厂旁的汽车槽车

图28 运输液化气的汽车槽车车队

图29 半挂式液化气汽车槽车
我国目前现有的液化天然气汽车槽车,单辆最大液化天然气罐水容积为37立方米,即可运输37立方米的液化天然气,变成气态为22 000 N立方米,可供2 000户以上家庭(约6 000人)使用10天。一个近万人的小镇,有2辆车运输,每月运3次就足够了。
另外,槽车设计压力为0.8兆帕(相当于约8个大气压),运行压力为0.3兆帕,正常平均行驶速度为60千米/小时,运行中槽车内压力基本不变,短时停车时上涨0.02兆帕。这些数据表明:利用汽车槽车进行液化天然气短途短时运输是安全的,这就方便了将液化天然气运送到偏远地区。

图30 铁路运输槽车
小贴士
N立方米
N立方米指在1个大气压下,温度为0摄氏度时的气体容积单位,N为“常用”意思。也有类似的s立方米的表示方法,s是“标准”的意思,即将1个大气压下,0摄氏度时的大气状态作为标准状态。

图31 陆上输气管道
利用管道运输和车辆输送液化气的方法易于实施,在国内外已常见。例如,我国的“西气东输”工程就是将我国西部的天然气通过管道输送运到我国东部。
世界上最长的海底管道之一是挪威到英国的伊辛顿管道,全长约1 200千米,2007年投入运营。在海底铺设管道中,海底平管是海底油气输送的主力军。
尽管管道运输和车辆输送液化气的方法很常见,也易于实施,但这两种方法也有很大的局限性。
通过管道加压输送,一是铺设管道需要爬山越岭、开凿隧道或跨海铺设,有一定的技术难度;二是如人为因素、环境腐蚀或地质灾害等原因导致管道破损或泄漏,后果不堪设想,存在一定风险;三是不是所有地方都适合铺设管道,对于一些人口稀少的地区,铺设管道在经济上不经济。西气东输1立方米液化天然气,到达西安的价格约2元,到达广州约3.5元。

图32 海底平管
对于车辆输送,除同样存在长途运输液化气罐破损和泄漏等危险外,长途运输量相对较小,经济性不好也是比较明显的弊端。

图33 海底管道腐蚀泄漏
另外,鉴于天然气分布地理条件的限制,一些地区和国家与产地往往远隔重洋,相距万里,如日本、英国本土不产生天然气,而且通过管道和汽车运输均不可行,因此必须研发新的方式解决液化天然气的存储和运输问题。在这种情况下,使用液化气船进行海上运输成为运输液化气比较常用的方式。
典型的液化天然气海上运输产业链是天然气从近海陆上气田开采出来后,首先要经过初处理工厂提纯和液化气厂液化,运输到液化天然气出口站后,再通过液化天然气船跨海运输至液化天然气接收站,最后通过液化天然气气化站气化后输送至发电站、城市用户等最终用户。

图34 液化天然气海上运输产业链
同管道运输和车辆输送相比,液化气船有很强的优势:一是运输距离长,可以远涉重洋,走遍全球;二是运输量大,可以一次运送十几万至二十几万立方米液化气,目前全球最大的液化天然气船一次就能装运26.4万立方米的天然气,而且随着技术的发展,正在研究更大型的液化气船;三是安全可靠,随着液化气加注、储存、驳运技术和先进设备的不断运用,其安全性越来越得到了保证。
当然,尽管使用液化气船运输有诸多优点,但要想真正实现安全运输,困难也不少。概括起来主要有“三难”,即制冷技术难、液化气船液货舱绝热保温难和再液化技术难。
要将石油气和天然气在低温下液化,就要将石油气冷却到-48摄氏度、乙烯冷却到-104摄氏度、天然气冷却到-163摄氏度。要达到如此低的温度并使之安全保存和运输,就要达到以下要求:
一要靠制冷技术,这意味着制冷设备要有能力在一定时间内,将一定量的气体变成液体,而不是实验室中可不计时间、不计数量,只要实现目标低温数值使其液化即可。
二要有良好的绝热保温技术,对液化天然气来说,要使其长期保持在-163摄氏度的超低温容器中,而不会产生大量的蒸发气。
三是液化气的储存超低温与环境温度温差太大,难免因有热量输入而产生一定量的蒸发气,对这些蒸发气要有措施将它再变成液体或其他的处理方法。

图35 上海液化天然气海上运输主要来源

图36 液化天然气船走进视野
另外,要有措施防止液化气舱(罐)在200摄氏度左右温差下因热胀冷缩影响而造成损坏,并防止泄漏。
尽管液化气船的设计和建造面临如此多的难题,但随着工业技术的不断发展,尤其是液化气液化和储存技术的不断进步,液化气特别是液化天然气的需求量不断增多,人类不断持续地投入到液化气和液化气船的研究,终于成功研制出了液化气船。