LNG长输管道输送技术探讨

【摘 要】随着人们生活水平的不断提高，对于液化天然气(LNG)的消费逐年增长，LNG的输送范围在不断扩大，输送距离也在不断延长，因而考虑LNG长距离输送的经济性以及技术可行性，建立LNG长输管道实属必要。本文主要对LNG长输管道的设备作出分析，包括输送管道、输送泵以及制冷机的选择；就管道工艺、绝热选择、输送工艺及管道预冷、冷收缩等技术分析LNG长输管道输送技术的可行性，以期对LNG行业的发展有所裨益。

【关键词】液化天然气；LNG长输管道；输送技术

1.前言

在当今能源日益短缺的时代，世界范围内的液化天然气(LNG)的生产以及贸易也日益活跃，正在成为世界油气工业新的增长点。液化天然气输送管道解决了气态天然气无法长途运输的难题，天然气液化后运往全球各地，实现了能源供应的多元化，保障了能源安全。随着能源开发的实现以及输送技术的进步，我国的液化天然气产业逐步成熟，然而在长输管道输送技术方面还有待提高。

2.LNG长输管道输送设备

2.1长输管道

LNG长输管道一般选用含9%镍钢管或者是304L/316材质的奥氏体不锈钢管。奥氏体不锈钢虽然具有较好的低温性能，但是其线的膨胀系数也很大，在常温情况下冷却到-160℃时的收缩量仅为2.7mm/m，基于此，在输送管道中考虑使用膨胀节、波纹管或者是铜弯管等对温度变化引发的热胀冷缩进行补偿。同时,在进行LNG长输管道的规划时,应将低温液体的绝热需求考虑进去,采取相应的绝热保护措施。

低温液体的输送管道一般分为真空绝热管、普通绝热管以及非绝热管(裸管)。非绝热管的结构较为简单、造价低、热容量小，但是在使用得过程中跑冷损失较大，主要使用在短距离、间断性的输送管道中。真空绝热管根据绝热方法的不同可以分为真空多层绝热管、真空粉末绝热管以及高真空绝热管，主要由外管、内管以及相关的支撑件组成，造价及施工管理的费用较高。

2.2输送泵

输送泵是LNG长输管道的动力中心，目前管道的输送泵包括非潜液泵及潜液泵。非潜液泵中的无轴封电动泵是将泵体与电动机的壳体通过静密封结构相连,不会出现轴封泄漏的现象；电动机的接线一般选用气密型的电源连接装置,并从装置出口引流以冷却电动机，在电动机和泵之间要安置一片较大的翅片,防止电动机温度过低。潜液泵将电动机及泵安装在密闭的金属容器中，不进行轴封，不会出现轴封泄露等问题，输送泵的进、出口要用法兰结构与电动机整体安装在一个密封的金属容器内,不需要轴封,也不存在轴封泄漏的问题,泵的进、出口一般使用法兰结构与输送管道相连接。动力电缆系统要选用可靠的材料进行特殊的设计，确保电缆能够浸入低温的液化气仍能保持弹性。电气的接线端要采用双头密封结构及陶瓷气体密封端子,能够经受得住电压及高压的冲击。

2.3管道低温制冷设备

LNG长输管道由于管道长度较长，因而天然气在输送中难免会出现温度升高的情况。为了防止温度升高而引发两相流，液体气化速度加快及摩擦阻力上升导致运输管道超压，需要在一定距离内安装低温制冷设备以对温度上升的LNG进行有效冷却。低温制冷设备的种类繁多，包括斯特林制冷机、吉福特―麦克马洪制冷机以及脉管制冷机等。制冷设备的而原理是采用一定的方式增压换热后，进行节流或者是绝热膨胀以达到冷却的目的。从目前情况看，斯特林制冷设备是使用较为广泛、技术最为成熟的小型制冷设备。斯特林制冷设备从传统的整体式发展到如今的分置式，具有多种驱动方式，冷量也可达到毫瓦级直至千瓦级，制冷温度可以快速实现从普冷到深冷。

3.LNG长输管道输送工艺

3.1管道技术设计

LNG长输管道一般使用单相流动的输送方式进行稳定输送，我国目前主要是参考美国《LNG生产、储存和装运标准》NF-PA59A-1994进行LNG长输管道设计。选择9%的镍钢作为管道的基础材质，管道的焊接主要使用惰性气体保护焊，在焊接过后要对焊缝进行全面检测，保证管道的不泄漏。

由于液化天然气的密度会随着压力、温度的变化而变化，因而要选取管道的起始点以及终点的压力及温度的平均值作为LNG的物理参数，也可以进行分段计算。根据管道的年当量费用以及管径的关系曲线得出曲线交点的最小值就是输送量下的经济管径，在这种情况下，管道内的流速就是某一管道输送量下的经济流速。在计算LNG管道工艺时还应充分考虑输送管道的温度、内压力的变化对LNG物理参数的影响，对管道的运行做出及时校准。

3.2输送技术

液化天然气长输管道的输送技术与原油加热输送技术相似，输送管道需要设置相应的冷泵站对管道进行冷却及加压。由于输送管道的管道太长，饱和的液体在受热后会出现一定程度的气化，使管道出现两相流动，建好管道的流量，并增大管道的阻力，严重时甚至会出现气塞的现象。对于低温液体的长输管道，在进行高压输送过程中要确保液体的压力大于临界压力以及冷却升高的液体温度，保证液体的温度低于临界温度，减少液化天然气的气化量。

假设在管道中所设置的制冷设备之间的距离为L，可以根据液化天然气的输送温度及输送压力计算L，省略位能和动能的变化，则两个制冷设备的能量方程式为：

G•c(T2-T1)=0.00lQ+G•v(P1-P2)

在式子中，G表示低温液体的流量（kg/s)；c表示低温液体的比热（J/(kg•K)；Q表示两站之间管道的冷损（W）；v表示低温液体的比容（J•m•s2)；(T2-T1)、(P1-P2)分别表示两站之间的温升预定的压差(Pa)及温升(K)。

由式子可以知道两个制冷设备之间的跑冷损失与摩擦产生的热量之和等于这段距离内液化天然气吸收的热量。同时，由于Q及(P1-P2)可以表示管道长度的函数，可以根据式子计算出两个制冷设备之间的合理距离L，在计算L时要将最大流量及最小流量充分考虑。

参考文献

[1]郑志,王树立,武玉宪,徐晓瑞.改善油气管道输送性能的相关技术[J].油气储运. 2010,(02).

[2]吴凤山.长距离输气管道实验装置的设计与实现[J].科技传播.2010,(18).