天然氣的應(yīng)用

天然氣的應(yīng)用作者：任鴻江摘要：本文概述了液化天然氣的優(yōu)越性，分析了目前天然氣主要的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，介紹了我國(guó)天然氣利用的現(xiàn)狀和發(fā)展前景，就天然氣的應(yīng)用發(fā)展前景進(jìn)行了探討。對(duì)綜合利用天然氣提出了建議。關(guān)鍵詞：天然氣儲(chǔ)存運(yùn)輸發(fā)展一.天然氣的發(fā)現(xiàn)及早期應(yīng)用；在公元前6000年到公元前2000年間，伊朗首先發(fā)現(xiàn)了從地表滲出的天然氣。許多早期的作家都曾描述過(guò)中東有原油從地表滲出的現(xiàn)象，特別是在今日阿塞拜疆的巴庫(kù)地區(qū)。滲出的天然氣剛開(kāi)始可能用作照明，崇拜火的古代波斯人因而有了"永不熄滅的火炬"。中國(guó)利用天然氣是在約公元前900年。中國(guó)在公元前211年鉆了第一個(gè)天然氣氣井，據(jù)有關(guān)資料記載深度為150米（500英尺）。在今日重慶的西部，人們通過(guò)用竹竿不斷的撞擊來(lái)找到天然氣。天然氣用作燃料來(lái)干燥巖鹽。后來(lái)鉆井深度達(dá)到1000米，至1900年已有超過(guò)1100口鉆井。直到1659年在英國(guó)發(fā)現(xiàn)了天然氣，歐洲人才對(duì)它有所了解，然而它并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。從1790年開(kāi)始，煤氣成為歐洲街道和房屋照明的主要燃料。在北美，石油產(chǎn)品的第一次商業(yè)應(yīng)用是1821年紐約弗洛德尼亞地區(qū)對(duì)天然氣的應(yīng)用。他們通過(guò)一根小口徑導(dǎo)管將天然氣輸送至用戶，用于照明和烹調(diào)。由于還沒(méi)有合適的方法長(zhǎng)距離輸送大量天然氣，天然氣在整個(gè)十九世紀(jì)只應(yīng)用于局部地區(qū)。工業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用能源主要還是煤和石油。1890年，燃?xì)廨斔图夹g(shù)發(fā)生了重大的突破，發(fā)明了防漏管線連接技術(shù)。然而，材料和施工技術(shù)依然較復(fù)雜，以至于在離氣源地160公里（100英里）的地方，天然氣仍無(wú)法得以利用。因而，當(dāng)生產(chǎn)城市煤氣時(shí)，伴生氣通常燒掉（即在井口燃燒掉），非伴生氣則留在地下。由于管線技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，十九世紀(jì)二十年代長(zhǎng)距離天然氣輸送成為可能。1927年至1931年，美國(guó)建設(shè)了十幾條大型燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)。每一個(gè)系統(tǒng)都配備了直徑約為51厘米（20英寸）的管道，并且距離超過(guò)320公里。在二戰(zhàn)之后，建造了許多輸送距離更遠(yuǎn)、更長(zhǎng)的管線。管道直徑甚至可以達(dá)到142厘米。十九世紀(jì)七十年代初，最長(zhǎng)的一條天然氣輸送管線在前蘇聯(lián)誕生。例如，將位于北極圈的西西伯利亞氣田的天然氣輸送到東歐的管線，全長(zhǎng)5470公里，途經(jīng)烏拉爾山和700條大小河流。結(jié)果，世界最大的Urengoy氣田的天然氣輸送到東歐，然后再送到歐洲消費(fèi)。另外一條管線是從阿爾及利亞到西西里島，雖然距離較短，但施工難度也很大，該管線管徑為51厘米，沿途要穿越地中海，所經(jīng)過(guò)的海域有時(shí)深度超過(guò)600米。當(dāng)天然氣在大氣壓下，冷卻全約-162°C時(shí)，天然氣由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，稱為液化天然氣（LiquefiedNaturalGas，縮寫為L(zhǎng)NG）。LNG無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600，LNG的重量?jī)H為同體積水的45%左右，熱值為52MMBtu/t（1MMBtu=2.52X108cal）。二?天然氣的優(yōu)越性；⑴利用天然氣使環(huán)境效益優(yōu)越；與煤和石油相比，天然氣作燃料可以明顯減少環(huán)境污染，天然氣的燃燒排放量低于石油和煤的燃燒排放量。（2）天然氣是優(yōu)質(zhì)能源；由于天燃?xì)饨M份不含一氧化碳，這就減少了泄露對(duì)人畜生命照成的危害性，而煤制氣含有20%—30%的一氧化碳，如因管道泄露，會(huì)引起人畜中毒甚至死亡。⑶天然氣是高效能源；天然氣在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電利用中，熱能利用中，熱能利用率可達(dá)55%，高于原油和煤的熱能利用率。⑷天然氣是安全能源；天然氣著火溫度高，爆炸界限窄，相對(duì)密度空氣輕，安全性能好。⑸天然氣資源豐富；全球豐富全球豐富地天然氣資源完全可以滿足人類較長(zhǎng)時(shí)期的需求。⑹使用方便；天然氣供居民作燃料具有方便、節(jié)省時(shí)間和勞動(dòng)力的優(yōu)越性。三?天然氣的儲(chǔ)存與運(yùn)輸；在液化天然氣（LNG）工業(yè)鏈中，LNG的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。無(wú)論資本負(fù)荷型液化裝置還是調(diào)峰型裝置，液化后的天然氣都要儲(chǔ)存在液化站內(nèi)的儲(chǔ)存罐或儲(chǔ)存槽內(nèi)。在衛(wèi)星型液化站和LNG接收站，都有一定數(shù)量和不同規(guī)模的儲(chǔ)存罐和儲(chǔ)存槽。世界LNG貿(mào)易主要是通過(guò)海運(yùn)，因此LND槽船是主要的運(yùn)輸工具。從LNG接收站或衛(wèi)星型裝置，將LNG轉(zhuǎn)運(yùn)都需要LNG槽車。天然氣是易燃易爆的燃料，LNG的儲(chǔ)存溫度很底，對(duì)其儲(chǔ)存設(shè)備和運(yùn)輸工具就提出了安全可靠、高效的嚴(yán)格要求。1,LNG的儲(chǔ)存（I）.LNG儲(chǔ)罐（槽）一般可以按容量，隔熱，形狀及罐的材料進(jìn)行分類。按容量分類小型儲(chǔ)罐容量：5?50m3,常用于燃?xì)鈿饣?，LNG汽車加注站等場(chǎng)合。中型儲(chǔ)罐容量：50?100m3,常用于衛(wèi)星式液化裝置、工業(yè)燃?xì)鈿饣镜葓?chǎng)合。大型儲(chǔ)罐容量：100?100m3,常用于小型LNG生產(chǎn)裝置。④大型儲(chǔ)槽容量：10000?40000m3,常用于基本負(fù)荷和調(diào)峰型液化裝置。⑤特大型儲(chǔ)槽容量：40000?200000m3,常用于LNG接受站。按圍護(hù)結(jié)夠的隔熱分類①真空粉末隔熱：常見(jiàn)于小型LNG儲(chǔ)罐。②正壓堆積隔熱：廣泛應(yīng)用于大中型LNG儲(chǔ)罐和儲(chǔ)槽。③高真空多層隔熱：很少采用，限用于小型LNG儲(chǔ)槽。按儲(chǔ)罐的形狀分類①球型罐：一般用于中小容量的儲(chǔ)罐，但有些工程的大型LNG儲(chǔ)槽也有采用球型的。②圓柱形罐（槽）：廣泛用于各種容量的儲(chǔ)罐和儲(chǔ)槽。按罐的放置分類①地上型。②地下型。包括如下三種形式：半地下型，地下型，地下坑型。按罐的材料分類①雙金屬：指內(nèi)罐和外殼均用金屬材料。一般內(nèi)罐采用耐低溫的不銹鋼或鋁合金。如下表，列出常用的幾中內(nèi)罐材料。外殼采用黑色金屬。目前采用較多的是壓力容器用鋼。②預(yù)應(yīng)力混凝土：指大型儲(chǔ)槽采用預(yù)應(yīng)力混凝土外殼，而內(nèi)筒采用低溫的金屬材料。③薄膜型：指內(nèi)筒采用厚度為0.8?1.2mm的36Ni鋼。E.按罐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)分類①單圍護(hù)系統(tǒng)。儲(chǔ)存槽只有一個(gè)流體力學(xué)承載層，所以必須在儲(chǔ)存槽周圍留出一塊安全空間。②雙圍護(hù)系統(tǒng)。③全封閉圍護(hù)系統(tǒng)。④薄膜型圍護(hù)系統(tǒng)。雙圍護(hù)系統(tǒng)、全封閉圍護(hù)系統(tǒng)和薄膜型圍護(hù)系統(tǒng)，都有可靠的流體力學(xué)承載層，所以就不必在儲(chǔ)存槽周圍留出一塊空余空間，土地利用效率就高。在薄膜型圍護(hù)系統(tǒng)中，由于薄膜層不能承載，所以對(duì)外簡(jiǎn)體要求很高。(2).LNGL儲(chǔ)存中的安全問(wèn)題LNG在儲(chǔ)存期間，無(wú)論隔熱效果如何好，總要產(chǎn)生一定數(shù)量的蒸發(fā)氣體。儲(chǔ)罐容納這些氣體的數(shù)量是有限的，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的工作壓力達(dá)到允許最大值時(shí)，蒸發(fā)的氣體繼續(xù)增加，會(huì)使儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力上升，超過(guò)設(shè)計(jì)壓力。LNG儲(chǔ)罐的壓力控制對(duì)安全儲(chǔ)存有非常重要的意義。涉及到LNG的安全充注數(shù)量，壓力控制與保護(hù)西聽(tīng)和儲(chǔ)存的穩(wěn)定性等諸多因素。LNG儲(chǔ)存安全技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：1)儲(chǔ)罐材料。材料的物理特性應(yīng)適應(yīng)在低溫條件下工作，如材料在低溫工作狀態(tài)下的抗拉和抗壓等機(jī)械強(qiáng)度、低溫沖擊韌性和熱膨脹系數(shù)等。2)LNG充注。儲(chǔ)罐的充注管路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮在頂部和地部均能沖灌，這樣能防止LNG產(chǎn)生分層，或消除已經(jīng)產(chǎn)生的分層現(xiàn)象。3)儲(chǔ)罐的地基。應(yīng)能經(jīng)受得起與LNG直接接觸的低溫，在意外情況下萬(wàn)一LNG產(chǎn)生漏瀉或溢出，LNG與地基直接接觸，地基應(yīng)不會(huì)損壞。4)儲(chǔ)罐的隔熱。隔熱材料必須是不可燃的，并有足夠的牢度，能承受消防水的沖擊力。當(dāng)火蔓延到容器外殼時(shí)，隔熱層不應(yīng)出現(xiàn)熔化或沉降，隔熱效果不應(yīng)迅速下降。5)安全保護(hù)系統(tǒng)。儲(chǔ)罐的安全防護(hù)系統(tǒng)必須可靠，能實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)液位、壓力的控制和報(bào)警，必要時(shí)應(yīng)該有多級(jí)保護(hù)。2.LNG的運(yùn)輸對(duì)于液化天然氣的運(yùn)輸，目前有海上槽船運(yùn)輸，公路和鐵路槽車運(yùn)輸及管道運(yùn)輸三大類。海上運(yùn)輸液化天然氣的槽船容積一般為2.5?12.5萬(wàn)米每立方，槽船設(shè)有多個(gè)球形，圓柱形或菱矩形儲(chǔ)槽。目前槽船的最大容積已達(dá)二十多萬(wàn)米每立方。公路和鐵路運(yùn)輸使用的液化天然氣槽車的結(jié)構(gòu)域液氧槽車相識(shí)，只是液化天然氣的相對(duì)密度比液氧小二分之一左右，因而貯槽容積相應(yīng)增大，其載液量將受到車輛外形尺寸和重心的限制。對(duì)于大量液化天然氣的輸送，以采用液體管道運(yùn)輸較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)采用管道運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)盡量避免兩相流動(dòng)，在輸送時(shí)應(yīng)提高輸送壓力使液體過(guò)冷。同時(shí)應(yīng)盡可能減少周圍環(huán)境的熱量導(dǎo)入管內(nèi)。液化天然氣輸送管道通常采用1.5Ni鋼制作，采用真空絕熱保溫。四.中國(guó)天然氣應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景1，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1）.我國(guó)能源資源比較豐富，按目前的規(guī)?？煞謩e使用的年份為：煤600年以上，石油和天然氣100年以上，水電可以長(zhǎng)期使用。另外，還有豐富的地?zé)崮?、風(fēng)能、潮汐能和取之不盡的太陽(yáng)能有待開(kāi)發(fā)。2）、我國(guó)能源資源是煤和水電豐富，而石油和天然氣相對(duì)偏少，每年可以利用的水電為1.10Gt標(biāo)準(zhǔn)煤,剛好等于1993年我國(guó)能源生產(chǎn)的總量。因此，可以說(shuō)我國(guó)油氣資源兩者相差不大，但遠(yuǎn)不如煤和水電資源豐富。3）、我國(guó)能源資源分布不平衡我國(guó)能源資源分布極不平衡，煤主要分布在華北、東北，水利資源主要在西南，石油在東北、西北、華北和近海，天然氣主要在四川、南海、西北?？傊覈?guó)北方能源豐富，東南地區(qū)能源相對(duì)不足。目前，我國(guó)天然氣在能源結(jié)構(gòu)中所占比重較小，如表所示，約2%,比世界平均值低一個(gè)數(shù)量級(jí)，與其儲(chǔ)量也很不相稱，預(yù)計(jì)10年內(nèi)將會(huì)有一個(gè)大發(fā)展，比重將達(dá)10%左右。2,天然氣發(fā)展現(xiàn)狀據(jù)最新的《石油與勘探開(kāi)發(fā)》介紹;目前,我國(guó)天然氣工業(yè)正處于發(fā)展高峰時(shí)期,且發(fā)展速度越來(lái)越快，這由兩個(gè)標(biāo)志體現(xiàn)出來(lái):其一,天然氣探明儲(chǔ)量日益增長(zhǎng),到2008年年底，我國(guó)探明天然氣總地質(zhì)儲(chǔ)量為6.4萬(wàn)億立方米，近6年平均探明天然氣儲(chǔ)量為5105億立方米,目前年均探明儲(chǔ)量相當(dāng)于1949年至1988年40年的累計(jì)探明儲(chǔ)量。其二，天然氣年產(chǎn)量日益增多,2008年全國(guó)天然氣產(chǎn)量為760億立方米，平均日產(chǎn)氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1958年全國(guó)年產(chǎn)氣量。我國(guó)天然氣年產(chǎn)量從1976年的100億立方米增長(zhǎng)到200億立方米，共用了20年時(shí)間.此后，年產(chǎn)量每增加100億立方米的時(shí)間跨度越來(lái)越小，從600億立方米增長(zhǎng)到700億立方米時(shí)只用了0.997年。中國(guó)科學(xué)院院士戴金星說(shuō)：用歷史的眼光看，近10年是中國(guó)天然氣高速發(fā)展的時(shí)期。從美國(guó)、俄羅斯等國(guó)天然氣發(fā)展的經(jīng)歷看，天然氣高速發(fā)展時(shí)期都達(dá)到20至30年，中國(guó)目前還只有10年的高速發(fā)展期，因此，我國(guó)天然氣發(fā)展還有相當(dāng)一段時(shí)間的高速發(fā)展期。3，天然氣應(yīng)用前景據(jù)了解，為促進(jìn)天然氣發(fā)展，我國(guó)將采取多項(xiàng)措施助推天然氣發(fā)展：第一，健全監(jiān)管體制，完善標(biāo)準(zhǔn)體系和管理辦法，為提高天然氣比重保駕護(hù)航。第二，依靠豐富的天然氣資源基礎(chǔ)，做好整體系統(tǒng)的規(guī)劃，加強(qiáng)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加大科研力度，提高我國(guó)天然氣生產(chǎn)開(kāi)發(fā)技術(shù)，力求使我國(guó)天然氣市場(chǎng)上、中、下游的產(chǎn)、供、銷協(xié)調(diào)發(fā)展。第三，使天然氣價(jià)格逐步與國(guó)際價(jià)格接軌。天然氣作為一種更清潔、更優(yōu)質(zhì)、更經(jīng)濟(jì)的清潔能源和化工原料，已被國(guó)際社會(huì)認(rèn)同，大力發(fā)展天然氣符合世界能源發(fā)展的趨勢(shì)。大力發(fā)展天然氣業(yè)務(wù)，也是滿足我國(guó)天然氣需求必須做出的努力，因此，從我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的角度來(lái)看，天然氣業(yè)務(wù)的發(fā)展是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略性的工程。天然氣作為能源的利用，目前可以重點(diǎn)關(guān)注下諸方面的技術(shù)與問(wèn)題：直接用天然氣作汽車燃料我國(guó)天然氣資源豐富，分布廣泛，發(fā)展天然氣汽車具有廣闊的前景，特別是四川輸氣管網(wǎng)已經(jīng)建成，具備了使用壓縮天然氣的基本條件。現(xiàn)已從國(guó)外引進(jìn)CNG加氣站和汽車改裝技術(shù)，經(jīng)過(guò)示范、消化，可加速我國(guó)CNG汽車的發(fā)展。天然氣制甲醇燃料和合成燃料天然氣合成甲醇的技術(shù)相當(dāng)成熟，生產(chǎn)規(guī)模愈來(lái)愈大，我國(guó)甲醇汽油摻合燃料已進(jìn)入實(shí)用階段，并投入批量生產(chǎn)，現(xiàn)在要抓緊配套推廣的工作。由天然氣合成液體燃料在經(jīng)濟(jì)上合算，技術(shù)上比從煤出發(fā)容易，并將為煤合成燃料打下基礎(chǔ)。工業(yè)燃料用氣天然氣是最清潔的工業(yè)燃料，涉及到各個(gè)行業(yè)，用量很大。在天然氣產(chǎn)量不能滿足需要的時(shí)候，要根據(jù)需要和可能及經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的大小，實(shí)行計(jì)劃分配，一般可以先輕工業(yè)，后重工業(yè)。擴(kuò)大民用氣作為民用燃料，天然氣是最具經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的，近年來(lái)我國(guó)民用氣的比例在上升，但上升速度比