天然气运输方式的经济性比较，到底哪个更好呢？

　　天然气有多种输送方式，主要包括管道运输（PNG）、液化天然气运输（LNG）、压缩天然气运输（CNG）、天然气合成油运输（GTL）、吸附储运（ANG）及天然气水合物储运（NGH）等。目前，我国天然气长输管道蓬勃发展，全国性管网逐步形成；同时，用LNG与CNG公路罐车运输天然气已经遍及全国管道供气尚未覆盖的城镇。3种主要天然气运输方式各有优缺点：PNG是天然气输送最稳定、有效的方式，但管道投资巨大，当输气规模小而运输距离长时，单位体积天然气输气成本较高；CNG罐车运输是城镇燃气供应的有效方式，尤其适于小规模市场，但由于CNG罐车单车运气量小，受规模和运输距离的限制较大；与CNG罐车相比，LNG罐车运输单车运气量增大，但液化流程复杂，LNG工厂建设投资大，液化费用高。

　　Sydney Thomas等对比分析几种输气方式得出：CNG成本低、操作简单，相比LNG有一定的竞争力，尤其是小规模市场，如油田伴生气和小储存量气田。Khalipour等分析了LNG、CNG及GTL以海运的方式从天然气开采到运输再到输配给用户的整个过程，计算了净现值，并分析了不同的气田储气规模下运输距离对净现值的影响。董丽分析了CNG及LNG供气工艺的经济性，分别比较运输成本和储配站固定资产投资，但没有将二者进行综合比较，且这种比较是在一定的运输规模与运输距离下进行的，适用范围小。陈显冬以供气规模为2×10⁴户和5×10⁴户为例，比较了不同距离时CNG及长输管道这两种供应方式的成本，得出了CNG供气的启动规模及最大规模。刘健辉建立了PNG、LNG与CNG的经济模型，并进行比较分析，但在这些经济模型中，单位体积天然气的输气成本只是运输距离的函数，忽略了输气规模的影响。

　　因此，为了研究3种主要运输方式各自的适用范围，需要对其分别进行成本分析并作比较。在成本分析中以高压管道气或气田气为气源，只考虑从气源地到用气地的工程费和运行费，不考虑气源成本。

1 3种主要运输方式成本分析

　　1.1  PNG

　　由于长输管道分输站或气田气的天然气压力一般较高，天然气利用自身压力，降压输送到用气地门站，不需要加压站。根据以往经验，一般输送距离在500～600 km时，可以不加压输送。因此，输送费用只包括管道及其附属设备的折旧费、管道维护与巡检费。

　　根据国内小管径（200～300mm）、短距离（500 km以下）输气管道建设经验，管道工程平均造价按200×10⁴ 元/km计算。采用等额分付的方法进行动态折旧，投资折旧公式为：

　　式中：行业基本投资收益率i=0.12，管道使用年限t=30年，由此计算得到年综合折算系数I=0.124。

　　由于不需要加压，管道的运行成本主要体现在维护和巡检上，每年运行成本按1.5×10⁴ 元/km计算，得到PNG单位体积天然气的输气费用为：

　　式中：W_PNG为PNG单位体积天然气运输成本，元/m³；L为运输距离，km；q为日输量，10⁴ m³/d。

　　1.2　LNG

　　LNG 公路运输需先将天然气液化，然后用LNG罐车运送至气化站。费用包括液化工厂、气化站及罐车的折旧费，罐车的运行费，LNG的液化及气化费。液化工厂与气化站使用寿命为20年，罐车为10年。

液化工厂投资较大，投资情况较复杂，与很多因素有关，如厂址、原料气气质与产品标准、生产规模、材料成本以及现场劳动力成本等。为了便于建立经验公式，做简化处理，液化工厂的投资按下式计算：

　　式中：C_LNG，1为LNG液化工厂投资，10⁴元。

　　LNG气化站的建设投资中，工程直接费约占项目总造价的70％，设备费占工程直接费的48％～50％。设备费中储罐占较大比例，因此将设备费分为储罐费和其他设备费。根据相关设备价格及资料分析，得到设备费与输气量的关系：

　　式中：C_s为LNG气化站设备投资，10⁴元。

　　则气化站的总投资为：

　　式中：C_LNG，2为LNG气化站总投资，10⁴ 元。

　　LNG罐车（其水容积为53 m³）一次可充气3.286×10⁴ m³（LNG体积约为标准状况下同质量天然气的1/620）。为满足用气量，每天需要的车次为q/3.286。罐车每次往返一次充装LNG和卸气的时间为3.5h，行驶速度为70km/h，一天按21h计算，需要罐车车数n为：

　　购置罐车费用为150×10⁴元/辆，考虑到罐车使用寿命只有10年，第11年要重新购置新罐车，为方便计算，将购买罐车的费用一次性算到建设初期，相当于一次性购买的罐车数量为2n，20年折旧。罐车总投资：

　　式中：C_LNG，3 为LNG罐车投资，10⁴元。

　　运行费包括液化费、气化费及罐车运行费（表1）。液化费与气化费分别按0.5 元/m³和0.1元/m³计算。

　　式中：W_LNG，yx 为LNG罐车运输单位体积天然气的运行费，元/m³。

　　LNG罐车运输的总投资为：

　　式中：C_LNG为LNG运输总投资，10⁴ 元。

　　根据式（9），可得单位体积天然气初始建设投资折旧费为：

　　由此可得单位体积天然气运输成本经验公式：

　　式中：W_LNG为LNG公路罐车运输单位体积天然气的运输成本，元/m³。

　　1.3  CNG

　　CNG公路运输需要将天然气加压至25MPa，体积压缩为标准状态下同质量天然气的1/300，然后用CNG罐车运送至CNG调压站。费用包括CNG加压站、调压站及罐车的折旧费，罐车的运行费和CNG的加压费。加压站及调压站的使用寿命为20年，CNG罐车为10年。

　　加压站的费用主要包括土建费用、安装费用、设备费用及其他费用。其中设备费主要是压缩机费用。假定选用2000 m³/h 的压缩机，其价格为100×10⁴元/台，至少一台备用。一台压缩机的排气量为4.8×10⁴ m³/d。则加压系统的投资为：

　　式中：C_jy为CNG加压系统投资，10⁴ 元。

　　基础费用（与供气量无关）按400×10⁴元计算。总的设备费用以及安装土建费用约为加压系统投资的2倍。则加压站的总投资为：

　　式中：C_CNG，1为CNG加压站总投资，10⁴元。

　　调压站的主要设备有调压换热系统、储罐、加热系统等，其中储罐一般采用球罐。调压换热系统价格约为100×10⁴元/套。一个2000 m³的球罐价格约为300×10⁴元，其压力为1.6 MPa，储气量32000 m³。储存3天的用气量，需储罐的数量为3q /3.2。其他设备费用共100×10⁴元，土建安装等费用为100×10⁴元。则调压站的总投资为：

　　式中：C_CNG，2为CNG调压站投资，10⁴元。

　　CNG罐车一次可充气4550m³。为满足用气量，每天需要的车次为q /0.455。罐车每往返一次充装CNG和卸气的时间为3.5 h，行驶速度为70 km/h，一天按21 h计算，则需要罐车数量为：

　　购置罐车费用为100×10⁴元/辆，将购买罐车的费用一次性算到建设初期。那么，罐车总投资：

　　加压费按0.2元/m³计算。CNG 罐车的运行费用与LNG基本相同，只是由于CNG罐车较LNG罐车轻，油耗略低，为40L/100km。单位体积天然气运行费为：

　　式中：W_CNG，yx为CNG罐车运输单位体积天然气的运行费，元/m³。

　　CNG 罐车运输总投资为：

　　式中：C_CNG为CNG运输总投资，10⁴ 元。

　　根据式（18），可得单位体积天然气初始建设投资折旧费：

　　由此可得单位体积天然气运输成本经验公式：

　　式中：W_CNG为CNG公路罐车运输单位体积天然气的运输成本，元/m³。

2  经济性比较

　　根据式（2）、式（11）及式（20）中PNG、LNG公路罐车、CNG公路罐车3种运输方式对应的单位体积天然气输气成本经验公式，可以得出输气成本与运输距离和运输规模的关系（图1）。当输送距离分别为50 km、100km、300 km及500 km时，对比分析输气成本与输气量的关系。

　　令W_PNG=W_LNG，可以得到距离L与输气量q的关系曲线，在该曲线所表示的运输距离L和输气量q上，PNG与LNG的单位输气成本相等，则该曲线为PNG与LNG的经济运输临界曲线。同理可得PNG与CNG、CNG与LNG的经济运输临界曲线。根据上述经济运输临界曲线，可以得到３种运输方式各自的经济运输范围（图2）。

　　在图1中PNG的曲线下降趋势最快，规模效应最明显，当达到一定的运输规模时，PNG单位输气成本最低（图2）。在黑色线与红色线上方，其单位输气成本最低；CNG由于初始投资小，但是罐车运行费用高， 故在小规模时比较有经济性，在黑色线与绿色线下方， CNG的单位输气成本最低；运输规模太大时，LNG的经济性低于PNG，而运输规模太小时经济性却低于CNG，因此在红色线与绿色线之间，LNG单位输气成本最低。为了便于工程应用，分别令W_PNG=W_CNG、W_PNG=W_LNG、W_CNG=W_LNG，得到：PNG与CNG经济运输临界曲线为q=（0.0734 L -0.604）/（2.93×10^-3 L+0.361），PNG与LNG经济运输临界曲线为q=（0.0734L - 0.888）/（4.52×10^-4 L+0.927），CNG与LNG经济运输临界曲线为q=0.284/（2.48×10^-3 L -0.566）。

　　经济运输临界曲线反映的是经济输气量与运输距离的关系。3条临界曲线的交点处为L=236km、q=16×10⁴m³/d，在这一点3种运输方式的单位输气成本相等。

3　结论

　　建立了3种运输方式单位输气成本的经验公式，提出了经济运输临界曲线的概念，并绘制了经济运输范围图，可以直观得出不同运输距离和运输规模下最经济的运输方式。同时可以得出：CNG适用于小规模，最大输气量为16×10⁴m³/d，且运输距离不宜超过300 km；LNG 投资高，只有在运输距离超过236 km时，其经济性才可能优于CNG和PNG，且LNG的经济输气量既不能太小（太小时单位输气成本高于CNG），也不能太大（太大时单位输气成本高于PNG）； PNG 的规模效应最明显，在管道输送能力范围内，规模越大，单位成本越低，因此PNG有一个与距离有关的最小经济输量。

　　以上分析是基于3种运输方式单位成本的经验公式，成本分析中一些定量的数据是依据现在典型的人工成本、设备费用、操作费用等，当这些数据改变时，经济运输临界曲线以及经济运输范围会随之变化。因此，在工程案例中，可根据实际情况对文中的数据做出修正，应用上述分析方法，仍可以指导天然气运输方式的选择。此外，文中的经济性及经济运输范围是一个相对的概念。

　　

　　以上分析是基于3种运输方式单位成本的经验公式，成本分析中一些定量的数据是依据现在典型的人工成本、设备费用、操作费用等，当这些数据改变时，经济运输临界曲线以及经济运输范围会随之变化。因此，在工程案例中，可根据实际情况对文中的数据做出修正，应用上述分析方法，仍可以指导天然气运输方式的选择。此外，文中的经济性及经济运输范围是一个相对的概念。

　　来源：石油观察