LNG瀝青混凝土拌合站應用可行性研究

宋憲輝

(遼寧省交通建設投資集團有限責任公司 沈陽市 110166)

1 背景

相比于重油和柴油等傳統(tǒng)能源，天然氣能源最大的優(yōu)勢就是熱效率高、碳排放水平低、污染小且安全等級高。一般情況下，天然氣的著火溫度為657℃，密度、辛烷值、爆炸極限等技術指標均比重油和柴油優(yōu)良，且比重小、易升空。因此，作為推進公路建設領域節(jié)能減排工作的有效手段，近幾年以天然氣為驅動能源的瀝青混凝土拌合站在我國公路行業(yè)和遼寧省普通公路領域得到了逐步推廣，但由于受地形條件等因素所限，遼寧省高速公路建設領域尚未開展同類設備的應用。

結合鐵本高速公路創(chuàng)建綠色公路主體項目，我們對LNG瀝青混凝土拌合站應用可行性進行了研究。通過前期調查，國內主要投入應用的大部分為管道直供式，即通過設備改造實現(xiàn)拌合站與原有天然氣管網的直接連接。但由于受地域條件限制，管道直供式并不適合高速公路短期應用的特點，而移動式清潔能源拌合站則是研究的重點。通過研究，意在了解當前天然氣能源拌合站的應用狀況，總體掌握其在技術成熟性、風險性和經濟性方面的實際情況，為下一階段確定綠色拌合站在遼寧省高速公路建設領域的推廣應用政策與工程實踐決策提供參考。

2 技術原理分析

瀝青混凝土拌合站驅動能源的調整是通過現(xiàn)場建設臨時性LNG存儲中心以及對傳統(tǒng)重油類拌合站骨料燃燒器和瀝青加熱燃燒器實施改造而實現(xiàn)的，臨時性氣源中心通過局域輸氣管道持續(xù)供給瀝青混合料生產所需能源。

圖1 LNG瀝青拌合站工作原理圖

3 技術環(huán)保效益分析

(1)能源燃燒性能比較

天然氣的燃燒熱值為重油的1.2倍。

表1 能源燃燒消耗對比表

以鐵本高速公路項目1個合同段為例，如更換天然氣能源，可減少重油能源消耗2100t，消耗天然氣能源1650t，減少能源消耗450t。

(2)環(huán)保效益比較

兩種能源燃燒產生的二氧化碳溫室氣體和氮氧化物等污染物的水平存在較大差異。

由表2分析可知，應用天然氣拌合站在建設期內消耗了清潔能源，實現(xiàn)能源結構的調整，且碳排放水平可降低24.8%，同時消除污染物排放，減排環(huán)保效益明顯。以鐵本高速公路項目1個合同段計算，可減少直接碳排放1680t。

表2 不同能源排放水平對比

4 應用案例情況

通過調研了解，全國各地多個省份開展了此項技術應用。2011年內蒙古在京藏高速公路呼包段改擴建工程中應用油氣兩用型的拌合站生產瀝青混合料28萬噸，并詳細對比了天然氣拌合站與重油類拌合站的生產環(huán)節(jié)，取得較好效果；2012年寧夏回族自治區(qū)的鹽池至中寧高速公路實施了瀝青混凝土拌合站“油改氣”工程試點，并生產了近15萬噸的瀝青混合料，應用效果較好；2013年陜西太原西北環(huán)路面工程利用LNG天然氣拌合站生產瀝青混合料10萬噸，應用效果良好。2013年貴州思南至劍河高速公路項目進行瀝青混凝土拌合站“油改氣”工程試點，改造設備為進口瑪連尼4000型拌合設備，現(xiàn)場安置了小型液化氣站，取得較好效果；2014年山東泰安市公路局對安邁進口4000型瀝青混凝土拌合設備實施了“油改氣”工程，并對生產過程中的污染有害氣體排放指標和生產穩(wěn)定性進行了實時監(jiān)測，驗證生產效益提升和節(jié)能減排效果均十分顯著。2015年吉林省鶴大高速公路實施了瀝青混凝土拌合站“油改氣”工程試點。

結合能源價格態(tài)勢情況分析可知，在前幾年重油、柴油價格持續(xù)高位的情況下，全國各地公路建設領域紛紛推動天然氣能源拌合站建設，并取得較好的應用效果，天然能源在生產穩(wěn)定性、環(huán)保、經濟效益等方面的優(yōu)勢得到了充分發(fā)揮。

5 LNG拌合站的建設方式

實現(xiàn)LNG供應瀝青拌合站主要包括現(xiàn)場臨時氣源中心建設與拌合機械新購或改造。

5.1 氣源中心建設

氣源中心建設內容有兩種方案：

第一種方案是僅安裝調壓設備，供氣以槽車輪換供應方式實現(xiàn)，現(xiàn)場不設置臨時LNG低溫儲罐。這種方案最大的問題是受槽車容積限制(一般為50m3)，倒換次數較建站模式多一倍，且存在一定的安全隱患，對能源供應方和用戶可能造成不利影響。

第二種方案是建設LNG衛(wèi)星站，現(xiàn)場設置全套LNG低溫儲罐、調壓、加臭、氣化器等裝備。此方案較第一種方案安全性高，供給保障性更好，但造價高出50萬元，且需要按照?；烦绦蜣k理相關手續(xù)。

以鐵本高速公路項目一個路面標段為例，如考慮5個月集中生產，每標段瀝青混合料總量為30萬噸，測算需氣態(tài)天然氣總量為216萬立方米，折合LNG共3600m3，全線4個合同段共計需14400m3LNG，供應量較大，建議采取第二種方案。

5.2 拌和機械新購或改造

(1)新購設備

據了解，按照燃料不同分類，目前市面上供應的重油類、天然氣等獨立燃料類國產瀝青混凝土拌和設備價格在600萬元至1000萬元之間不等，而油氣兩用型拌和設備價格要高出50～100萬元。

(2)原有設備改造安裝

由施工企業(yè)自行完成。為實現(xiàn)驅動能源轉換，需要對設備部分組成構件進行改造，主要有以下幾個部件：

①干燥加熱滾筒系統(tǒng)(燃燒器)

需將燃燒器改造或更換為油氣兩用型燃燒器，預估改造費用為30～50萬元。

②瀝青導熱油爐系統(tǒng)

需將其改造或更換為油氣兩用型燃燒器，改造同時增加管道連接，預估改造費用為10～20萬元。

圖2 瀝青拌合站設備

6 審批程序

按照目前國家LNG衛(wèi)星站建設前需要報請相關部門審批程序，經座談了解，目前建設程序主要包含14個步驟(其中含程序辦理9項)：

(1)可研申請；

(2)工程設計；

(3)環(huán)境評價；

(4)安全評估；

(5)立項申請；

(6)規(guī)劃許可申請；

(7)開工前安全生產條件審查；

(8)施工圖審查；

(9)施工許可；

(10)站址選定；

(11)設備選型采購；

(12)土建施工建站；

(13)設備安裝調試、人員培訓；

(14)工程驗收。

7 推進模式

目前推進的模式主要有兩種。一種是采用施工企業(yè)自行采購設備、自選LNG供應商模式。此模式適用于市場條件較為成熟、供應商相對豐富的條件。另一種采用EPCO模式，即選擇一家能源供應合作企業(yè)。能源供應商免費提供LNG衛(wèi)星站建站、管道設計與施工和運營服務，同時以出售LNG能源的方式收取能源使用費用。

7.1 此類模式主要優(yōu)勢

(1)在框架協(xié)議保障和服務商有效協(xié)調的前提下，可有效解決前期建設面臨的審批手續(xù)辦理問題，可保證為施工企業(yè)使用提供穩(wěn)定的氣源供給，適用于短期應用，管理相對靈活。

(2)隨著運營期限的不斷延長，待其設備和前期投入成本實現(xiàn)回收后，供應的天然氣價格將有0.7～1元/m3的下調，對后期遼寧省高速公路應用此類拌和設備的施工企業(yè)而言，能源使用投入將有所降低，具有一定的長期效益。

7.2 缺點

(1)企業(yè)為快速收回成本(回收期一般為4年)，對回收期內的瀝青混合料生產數量提出最低要求(不低于25萬噸/站)。

(2)施工單位拌合站需要配合改造，且燃料節(jié)約的費用優(yōu)勢需在4年后方可顯現(xiàn)。

(3)模式無法強制執(zhí)行，需通過低碳設備補貼基金方式進行引導，推廣保障性不強。

8 投資與效益分析

8.1 能源使用投資

能源投資變化與天然氣和重油市場價格、能源供應商設備前期投入等因素緊密相關。一般而言，能源供應商每出售1m3天然氣，利潤為1.3元。前期投入設備及管道鋪設等工作投資總計費用約260萬元。以鐵本高速公路1個合同段為例，共需消耗天然氣228萬立方米，預計一個項目成本即可回收，相應下一個項目應用設備時燃氣價格將有一定幅度下降。

(1)能源供應商收回設備投資前

表3 能源使用費比較(收回投資前)

能源使用成本折算價差為14.05元/t，每公里路面增加能源使用費12萬元，每標段增加為360萬元。

(2)能源供應商收回設備投資后

表4 能源使用費比較(收回投資后)

收回投資后，LNG價格將有所下調，按照每立米下調0.7元考慮，能源使用成本折算價差由14.05元/t下降至8.7元/t，每公里路面增加能源使用費7.4萬元，每標段增加222萬元。

8.2 總體投資

以鐵本高速公路1個路面合同段(2臺4000型瀝青拌和設備)為例，以相對于重油類拌合站業(yè)主增加投資額為分析對象，基于EPCO管理模式下，按照新采購拌合站和舊站改造兩種方案進行經濟效益比較分析。

(1)方案一：新采購油氣兩用型瀝青拌合站

本模式適用于強制性推行使用的條件，技術規(guī)范中明確提出應用具有天然氣燃料功能的拌和設備，且設備供應市場較為成熟，氣源供應源頭眾多，自身運營管理相對成熟的項目。

表5 業(yè)主增加投入費用情況(與重油站相比)

(2)方案二：改造原有瀝青拌合站模式

表6 業(yè)主增加投入費用情況(與重油站相比)

從投資效益分析情況看，無論是新采購還是改造實施，在前期投資方面相差不大，且均需要給施工企業(yè)巨額的能源調差費補貼，對業(yè)主方的資金壓力較大。初步測算，在初期能源設備免費使用的條件下，如重油價格持續(xù)低位，使用天然氣成本明顯高于重油，投資效益水平較差。如能持續(xù)推廣應用，業(yè)主補貼金額將逐年減少。

9 結論

基于深入的研究分析，并結合以往各省成功應用經驗綜合分析來看，天然氣拌合站改造技術已較為成熟，在消除有害氣體、減少二氧化碳排放方面具有明顯效益。但由于目前重油能源價格處于低位狀況，而天然氣價格則是高位態(tài)勢，相比而言天然氣價格劣勢十分明顯，推動節(jié)能減排工作將導致初始投資和能源使用成本大幅提升。由此看來，在現(xiàn)階段行業(yè)鼓勵推行清潔能源拌合站的背景下，暫不具備大規(guī)模強制推行的基礎條件。

與此同時，對于流動臨時站點設置采用天然氣，在氣源和供應上存在一定的不確定性，運輸安全和時效性也受到地域的差異影響；雖有專業(yè)人員進行操作，但對于身處深山、條件艱苦的施工現(xiàn)場，一旦出現(xiàn)不可預期的事故，相應后續(xù)救援預案措施能力無法滿足。

如需以節(jié)能減排名義推行，建議靠近城區(qū)邊緣和交通便利的區(qū)域可以試探改造，遠離地區(qū)不宜采用，采取“試點應用+EPC模式管理+業(yè)主差額補貼”的方式引導施工企業(yè)應用。