中國造出全球最大罐頭，為何關乎能源安全？
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發布 : 12-12
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最近，我國首座27萬立方米液化天然氣儲罐正式投用。直徑達100.6米，高55米，內部可停放一架國產C919大型客機。這是全球容量最大的液化天然氣儲罐，也是我國突破的又一技術壟斷。這個大罐頭，對我國能源安全有何重大意義？天然氣是個好東西，其早已成為維持現代社會運轉的重要能源。天然氣在全球的探明儲量非常大，中國的儲量也很可觀。根據2022年12月5日發布的《全球油氣儲量報告》，全球已探明天然氣儲量211萬億立方米。我國儲量世界排名第8，探明儲量達到7.2萬億立方米。如果加上頁巖氣資源，中國的排名還會更往前。天然氣儲量排名更難得的是，同為化石能源，與石油相比，天然氣被燃燒后主要釋放二氧化碳和水，自帶綠色環保屬性。再加上近幾年國際原油價格不斷攀升，世界各國都在尋找其他更為經濟的燃料替代品，天然氣自然成了香餑餑。我國是天然氣消費大國。據國家統計局的數據顯示，2022年，全國天然氣表觀消費量3663億立方米。這么多的天然氣，主要用在了城市燃氣、工業燃料、發電燃料和化工行業等幾個領域，前兩者是大頭，分別占到三分之一以上。2015-2021年中國天然氣消費結構及其占比中國天然氣分布不均，如何將其運輸到各個省份，是個大工程。為此，中國建設了遍及國土的天然氣主干管網。截至去年，我國天然氣管道總里程近12萬公里，當年新增超3000公里。我國現有及規劃中的天然氣主干管網國內的運輸是解決了。但是，如何將大量的天然氣從海外運回國內，以及儲存，也是一大難題。這個時候，就需要LNG了。LNG是液化天然氣（Liquid Natural Gas）的英文首字母縮寫，指的是天然氣經壓縮、冷卻至凝點-161.5℃后的液化產物。簡單來說，就是將天然氣液化后再轉運、儲存。管道運輸固然重要，但機動性較差，跨國跨洲建設難度大，還有被炸的風險。2022年被炸毀的俄歐“北溪”天然氣輸送管道相對而言，天然氣液化后，體積能壓縮到同質量天然氣的1/600，尤其適合跨大洲的海運，運輸量大，成本很低，儲存也很方便。液化后的天然氣不易被引燃，不易爆炸，常壓下超低溫儲存，安全性大大提高。與壓縮天然氣相比，LNG燃燒更充分，有利于節能，還能減少70％以上的尾氣排放，環保優勢明顯。可以說，LNG技術為天然氣的普及利用立下了汗馬功勞。要想把LNG存起來，需要造一個大罐頭。這個大罐頭，技術門檻有點高。LNG儲存罐天然氣液化后，必須使環境保持在低于零下163℃的時候才可以進行運輸。幾乎任何材料在低溫下都會喪失韌性，變脆后難以耐受沖擊，這就要求LNG罐體材料必須具有比較高的耐低溫性能。為了保證密閉性，罐體材料幾乎不能存在熱脹冷縮，做到嚴絲合縫。根據國際海事組織制定的《國際散裝運輸液化氣體船舶構造和設備規則》，能用來建造LNG相關設備的材料，無外乎四種：鋁合金鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體Fe-Ni合金鋼和鎳含量9％的合金鎳鋼（9Ni鋼）。相比于前三種材料，9Ni鋼因安全性更高，廣泛使用在國際低溫設備領域。安全性高，是因為9Ni鋼作為一種低碳質鋼，主要成分包括Ni、Fe、Cr、Si、Mn、Mo、C、Al等元素，其中Ni含量達到9％。特殊的分子結構，賦予這種鋼材極高的強度、韌性和焊接性能，尤其在低溫，這種鋼材抗沖擊的韌性非常強。與奧氏體不銹鋼相比，9Ni鋼的熱脹系數更小，使用溫度最低可達-196℃。9Ni鋼最先由美國國際鎳公司發明，1952年第一臺9Ni鋼儲罐在美國投入使用。我國在1980年從法國引進7臺9Ni鋼球罐，開始接觸LNG設備。2004年，我國通過合資的方式嘗試建立9Ni鋼球罐項目，廣東大鵬接收站上馬，每臺容積16萬立方米，號稱遠東之最。到今年9月7日，這座接收站累計進口量突破1億噸！LNG接收站要建設自主的LNG項目，首先要突破材料瓶頸。2008年前，我國的9Ni鋼長期依賴進口。為了打破依賴，加速我國LNG工業的發展，在國家發改委等部門支持下，太原鋼鐵公司、鞍山鋼鐵公司、南京鋼鐵公司、寶山鋼鐵公司、舞陽鋼鐵公司、江陰興澄特種鋼鐵等國內幾家鋼鐵企業先后研發出國產低溫9Ni鋼，逐步實現了國產替代。尤其是南京鋼鐵公司，在超低溫Ni系鋼的研發雖不是最早，但研發成功后發展速度最快。從2007年成立9Ni鋼項目組到2021年其鎳系鋼就突破20萬噸總產量，今年10月，總產量突破30萬噸，完成交付的儲罐達到100個！材料難題被克服，下一步是攻克安裝技術。有了國產材料，焊接技術的研究就地開展，在2011年取得突破。大型儲罐的內罐壁板氣壓升頂作業技術，則在2017年實現完全自主。中國海洋石油總公司完成我國首個完全自主設計、建造的16萬方大型LNG儲罐——天津濱海新區LNG替代工程。僅升頂作業就用到五項中國獨有的專利技術。氣壓升頂作業，要將重達幾百噸的儲罐穹頂結構從地面用氣壓頂到罐體頂部，穹頂升至預定位置后，在保持罐內壓力的情況下，施工人員將其與罐壁頂端焊接，最終完成升頂。這是LNG儲罐項目中難度最大、風險最高的工程節點，升頂成功意味著儲罐主體結構基本完成。中國石化青島LNG接收站氣壓升頂作業除了升頂作業，夾層填充技術也是中國突破的LNG大型儲罐安裝技術之一。小型LNG儲罐可以像真空保溫杯那樣通過內外兩層抽真空來絕熱，大型LNG儲罐罐體太大，沒辦法抽真空，只能采用正壓堆積絕熱，把絕熱材料堆積在內外罐之間的夾層中，夾層通干燥氮氣，通常絕熱層較厚。現在主流的大型LNG儲罐內外罐壁間距在1米以上，保冷結構也有多層。緊挨內罐壁外側的為30厘米厚的四層彈性氈，剩余環形空間再填充珍珠巖。彈性氈與珍珠巖之間使用玻璃纖維布隔離。特種彈性氈彈性氈的材料很特殊，既要具有優異的彈力，回彈穩定，不易變形、坍塌，又要具有優異的保溫性能，維持罐體低溫，還需要具有防腐蝕性能，能夠有效抵御海風與海水水汽的侵蝕。現在，彈性氈也已經全面實現國產化。隨著各類技術的不斷突破，我國的LNG大型儲罐已經達到95％的國產化率。95％的國產化率，就意味著還有5%尚待攻克。其中，就有低溫閥門中的關鍵部件。LNG低溫閥門是與LNG相關的一類特殊閥門，應用于LNG的生產、接收站、運輸裝置、氣化站等環節。LNG低溫閥門必須具有自動泄壓結構、防靜電結構、防火結構、滴水板結構、長頸閥蓋結構等性能。低溫法蘭拉斷閥雖然國產LNG低溫閥門技術已有相當的提升，但總體來看，與發達國家相比還有一定差距，關鍵部件還需從國外進口。可以預見，LNG低溫閥門技術的突破，只是時間問題。此前，正解局在《韓國造船業，有點慌》一文中介紹過，中國在LNG運輸船上已迎頭追趕。沿著LNG產業鏈，一個個卡點正在被打通，中國的能源安全也更有保障。目前看，我國尚待突破的仍然是上游的開采量問題。正如上文分析，中國是天然氣消費大國，盡管中國已將天然氣自給保障率從55.7％提升至近60％，但仍然需要大量依賴進口。中國2022年天然氣進口來源一旦國際形勢出現變化，我國的能源安全將面臨嚴峻挑戰。這并不是危言聳聽，早已為俄烏戰爭所證明。對內加強勘探，對外擴大進口源，才能真正用上“放心氣”。
