摘要：煤层气俗称瓦斯，是煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，是煤矿事故的根源，为预防瓦斯爆炸的事故发生，变害为宝，从2005年起，国家已每年投资30亿元人民币，用于加强煤层气开发和利用。煤层气已经成为石油、天然气可靠且强大的补充能源。把煤层气加工成为煤层气压缩(以下简称CNG)和液化煤层气(以下简称LCBM)，通过汽车运输将CNG和LNG送到下游市场用户，是煤层气利用的主要方式。
关键词：压缩煤层气(CNG)；液化煤层气(LCBM)；汽车运输；压缩煤层气运输设备；液化煤层气运输设备；成本
1 前言
煤层气俗称瓦斯，是一种清洁能源，其成分与天然气完全同质，热值与天然气相当，已经成为石油、天然气可靠且强大的补充能源。
煤层气是煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，是有机物在上亿年前在成煤的碳化过程中形成的、以甲烷为主要成分的非常规天然气。作为—种危险气体，当其在空气中浓度达到5%～15%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。
中国拥有约36.8万亿m3的煤层气资源量，国有重点煤矿中高瓦斯突出矿井占48%。根据国家发改委审议并原则通过的《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十一五”规划》，到2010年，全国煤层气壶逞达100亿m3；利用80亿m3，新增煤层气探明地质储量31300亿m3；逐步建立煤层气和煤矿瓦斯开发利用产业体系。
从2005年起，国家已每年投资30亿元人民币，用于加强煤层气开发和利用。国家发改委《资源综合利用“十一五”和2015年专项规划》表明，要在全国建设2～3个煤层气开发～回收利用示范基地。《关于加快煤层气抽采利用的若干意见》的出台，将大大激发企业综合利用煤层气的积极性。
山西晋城已经开始享受煤层气带来的便禾忏口实惠，变害为宝。晋城煤业集团的煤层气压缩气(CNG)已经在晋城市展开商业运营。该市大约有2000多辆公交和出租车都装上了压缩“煤层气罐”，与汽油比较，燃用煤层气可以节约近一半费用。与山西晋城相邻的山西长治、河南郑州、洛阳、焦作、济源等城市的公交、出租车用户和工业用户也都在使用清洁纯净的煤层气。
煤层气产业的发展，形成与之相关的煤层气开采、加工、储存、输运、气化、利用等产业链。本文着重论述煤层气(包括压缩煤层气和液化煤层气)的运输工艺和技术。
2 煤层气运输的特点
2.1 煤层气的特性
煤层气是与煤伴生、共生的气体资源，其主要成分甲烷含量一般为90%～99%。按热值计算，甲烷的热值为33.5～33.7kJ/m3，比1公斤标准煤的发热量还要高。1000Nm3甲烷相当于1吨标准煤，热值略低于石油伴生的天然气，煤层气比空气轻，其密度是空气的0.55倍，稍有泄漏会向上扩散，只要保持室内空气流通，即可避免爆炸和火灾。
2.2 煤层气利用的特殊性
煤层气产地一般都处于比较偏远的地区。煤层气的使用必须以到达用户为前提。煤层气利用的特殊性主要在以下几个方面：
(1) 煤层气不可大量储存。因此对用户煤层气只能即用即供。只能以超出几倍的供气能力通过运输或管输来保证用户的需求。
(2) 煤层气作为一种能源，淡旺季的用量存在巨大差异。所以汽车运输因其灵活便利高效得以满足用户不同时段的需求。
(3) 下游的用户在有意向使用煤层气时，必然会落实气源问题和保障问题。上游市场必须加大供气和运输保障能力，才能开拓市场。
2.3 解决的方法
为了提高供气保障和运输能力，晋城煤业集团在煤层气运力建设、压缩及液化、利用输送管网方面进行了大量投入：
煤层气压缩(CNG)。是煤层气加压并以气态储存在容器中。晋城煤业集团拥有目前国内最大规模的煤层气压缩站，日设计压缩能力共达74万m3。
煤层气液化(LCBM)。LCBM是运用深冷技术将煤层气冷却至-162℃在常压下成为液态，使625Nm3煤层气液化为1m3的LNG，经过液化的煤层气再通过贮存运输和接受终端系管网统送至用户使用。液化煤层气具有运输便利、利用灵活，属洁净能源，环保效益明显，使用安全性高、气化潜热高、充装能力大，利用程度高等优点。为了扩展煤层气应用的地域空间(CNG运输的经济半径150km左右，LCBM运输的经济半径约1000km)，晋煤集团与香港中华煤气公司合作，建成并投产了全国第一个、规模最大、工艺最新，一期曰处理能力为30万m3的煤层气液化(LCBM)厂；该项目的二期工程已经投产。同时，晋煤王台煤层气液化项目也正在做前期准备工作。2011年底，晋城煤业集团液化能力可达120万m3/d。发展LCBM项目，一是为实现煤层气的长距离运输奠定了基础，二是发展较大用户时，可以采用CNG、LCBM互为补充的供气方式，从而提高供气保障能力。
另外还通过煤层气输送管网和管道的建设，将煤层气送往晋城市用于民用、汽车加气。
通过努力，目前晋城煤业集团煤层气已广泛用于发电、民用燃气与采暖、汽车燃料、工业燃料等领域，形成了全国最大的煤层气开发利用规模。
2.4 运输模式
(1) CNG运输
适于短程输送煤层气(一般在往返500km以内)的运输方式即压缩煤层气(CNG)方式正方兴未艾，一般将煤层气压缩至20～25MPa，用装载大容积无缝钢瓶的半挂车(国外一般称长管拖车)运送。该种运输方式机动灵活、运输成本低廉、见效快、风险小。
晋煤的压缩煤层气从山西晋城的嘉峰镇运往晋城市、长治市、河南洛阳、济源、焦作等地区，满足以上地区的工业用气、居民用气和汽车加气等需求。
(2) LCBM运输
是将煤层气在-162℃的低温下使其变成液态，成为液化煤层气，即LCBM，通过低温槽车或罐式集装箱将LNG运往使用地区，在使用地区再将LCBM重新还原为气态供用户使用；运输距离一般在往返1000km-6000km。
晋煤的液化煤层气从山西的晋城市嘉峰镇运往广东、江苏、江西、浙江、湖南、湖北、辽宁、河南、陕西、山东等省份，满足港华公司和其他下游市场用户的市场需求。
3 压缩煤层气(CNG)的运输
3.1 运输方案
(1) 甩挂式运输
即牵引车头将满载CNG的长管拖车拖入子站后，将挂车卸下，将子站停滞的空车拖回母站充装，重车则充当储罐留在子站，牵引车头与挂车不是一一对应的，而是变化的。
(2) 点对点即时调度
由子站的调度根据罐箱的CNG的压力判断卸气情况，依据母站到子站之间的距离，提前预留运输所需的时间量，通知车队的调度，车队调度安排车辆，可以提高运输的车辆周转率，减少车辆在子站的滞留时间。
(3) 车辆运行的流程(SOP流程)
按照国家《危险货物安全管理条例》和《道路危险货物运输管理规定》的规定，每辆CNG运输车辆配备持有危险货物从业资格证的驾驶员一名、持有押运证的押运员一名，并遵守：调度派车-充装-出车检查-安全嘱咐-重车运送-交付-空车返回-结算的SOP流程。运输途中须遵守国家危险品运输、国家的交通法规等相关规定。
3.2 CNG运输的设备状况
(1) CNG运输的牵引主车
采用单一CNG作燃料的牵引车具有成本优势，比用柴油作燃料的牵引车辆节约燃油费用40%以上，且能够拓展煤层气的销售市场，有利于空气质量的改善，所以采用单一的CNG作燃料的运输车辆已经成为CNG运输的趋势。
单一燃料CNG牵引车技术要求：
车辆配置
① 后桥承重要求15吨以上、发动机燃气供给系统选用进口技术。
② 一次充气最小续驶里程不低于300公里。
③ 具有燃气过流保护装置。
④ 驱动方式选用双桥驱动(单桥车辆超限且安全性差)。
⑤ 进气方式采用增压中冷。
主要性能要求
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序号
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项目
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单位
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数值
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1
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发动机额定功率
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马力
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大于等于310
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2
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最大扭矩
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Nm
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不小于1250Nm/1300-1600rpm.
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3
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尾气排放
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标准
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高于国Ⅲ
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4
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鞍座最大
允许载质量
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kg
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11800
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5
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准拖挂总质量
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kg
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39500
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6
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轴距
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3500
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7
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满载最大爬坡度
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%
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25
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8
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牵引座离地高度(空载/满载)
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mm
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1328/1221
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9
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牵引销型号
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50#
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10
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牵引销中心至前端
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mm
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最小回转半径2100
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11
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牵引销中心至后端
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mm
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最大回转半径2300
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13
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轴数
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3
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14
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驱动桥
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两级减速器
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(2) CNG运输的长管拖车
该类型半挂车是将数个大容积无缝钢瓶端部连接在一起放于挂车上，可用于运送CNG。由于集束式九管车充装容量比八管车多20%以上，所以长管拖车目前发展的趋势是用集束式九管车取代过去的集装式八管车。
① 长管拖车总体结构
长管拖车总体结构分行走机构、大容积无缝钢瓶(以下简称气瓶)及连接装置三部分。行走机构需满足装载总质量及轴荷等要求，且需根据装载气瓶的特殊结构进行改装。气瓶外径为一般为325mm～610mm，以559mm(22in.)使用居多，数量一般为8-10个，气瓶的工作压力一般为20MPa～25MPa。半挂车外形尺寸、总重量及轴荷均达到GB1589—2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》的要求。
② 半挂车总体结构
半挂车总体结构分行走机构、大容积无缝钢瓶(以下简称气瓶)及连接装置三部分。行走机构需满足装载总质量及轴荷等要求，且需根据装载气瓶的特殊结构进行改装。气瓶外径为一般为325mm～610mm，以559mm(22in.)使用居多，数量一般为8-10个，气瓶的工作压力一般为20MPa～25MPa。半挂车外形尺寸、总重量及轴荷均达到GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》的要求。
气瓶两端经热旋压收口成形，两端瓶口均加工内外螺纹，两端外螺纹与安装法兰联接，瓶口内螺纹上旋紧螺塞，在螺塞上连接管件，前端设有爆破片装置，后端操作仓设有充卸气管路、快装接头、排污装置、安全附件等。
(3) 半挂车的结构特点
① 行走机构
行走机构采用骨架式结构，行走机构上加装ABS防抱死制动系统。行走机构高度和质心高度尽量降低，以提高车辆的侧向稳定性。
② 气瓶与半挂车行走机构的连接结构
气瓶两端均靠支撑板予以固定。半挂车后部设置操作仓，操作仓设计成刚性结构，并与大梁焊接固定。
③ 安全措施
半挂车装载介质压缩天然气易燃易爆，气瓶的工作压力高，使用时需经常来往于城市道路建筑密集地带，安全问题非常重要。采取的安全措施如下。
a. 气瓶主要检验项目
瓶体任何部分不允许焊接修补。
气瓶成型及水压试验后逐只进行磁粉检测，确保不得有任何裂纹状缺陷存在。以5/3倍工作压力进行水压试验检验。水压试验过程中应测定气瓶残余变形率不得大于5%。气瓶逐只进行水下气密性试验，确保瓶体及密封处不渗漏。
b. 爆破片装置：气瓶的两端均设置爆破片装置。
c. 安全联锁装置
在操作仓内设置气动安全联锁装置，靠汽车行走部分自带气包提供气源，充卸气过程中、操作状态时使汽车处于制动状态，充卸气完毕，操作仓门关闭后，制动才予以解除，汽车可正常行驶。
d. 导静电装置
操作仓管路上设置导静电片，可随时导出运行时及充卸气时积聚的静电荷。
e. 排污装置
定期对气瓶内积液进行排污，以减缓湿硫化氢对材料的腐蚀。
f. 灭火装置
半挂车两侧各配一只5kg干粉灭火器，以备火灾险情时急用。
g. 管路结构
操作仓内充卸气汇总管及各分支管经表面渗透检测。充卸气管及气体排空管均用管夹予以固定，以减轻运行时对管路振动的影响。
另外还设置有压力表和温度计。
4 液化煤层气的运输
4.1 运输方案
(1) LCBM运输方式的选择是，采用LCBM低温槽车或罐式集装箱，用汽车运输。而选择容积大于50m3的低温槽车，用技术先进、性能稳定、运行安全可靠的牵引半挂列车载运低温槽车由于其经济性和安全性已经成为LCBM运输的最优选择。
(2) 在全线运输过程中，在约1000km的区间，设一个中转驿站，使驾驶员在沿途能够得到休息、停车、加油，并能够对罐箱进行检查，在中途设立驿站，不仅避免了驾驶人员长途运输的疲劳程度，且使车辆在途中也处于受控状态，从而确保了车辆运行的安全|生，确保液化煤层气的及时、准确到达下游城市接气站。
(3) 按照《中华人民共和国道路交通安全法》和国家危险货物运输的相关规定，每辆车配备两名驾驶员，每名驾驶员持有危险货物从业资格证和押运证，两人交替驾驶车辆和押运车辆，每四小时进行交替，使驾驶员在长途运输中能够保持充分的休息，保证行车的安全。
采取每车三名驾驶员，两名驾驶员出车，三人轮流休息的方式，既可以保证驾驶员良好的休息，保证安全行车，也能够极大提高车辆的运转效率，使每车每月行驶里程提升至2万km左右，实现良好效益。
(4) 由于LCBM的密度比LNG小，通常一吨LCBM的汽化率约为1486m3，而LNG约为1337m3，所以在LNG与LCBM混装时要将LCBM卸干净，避免由于密度的差异造成液体的翻滚，产生安全隐患。
4.2 运输设备
LCBM低温槽车的技术指标为：罐内压力为0.7MPa，内罐材料为Ocr18Ni9不锈钢，外罐材料为16MnR，内外罐间采用铝箔纸多层缠绕抽高真空至0.001Pa进行保温，内外罐之间选用导热系数小强度高的绝热材料，容器安装有真空检测装置，安全阀排放处设置有阻火器，安全阀采用安全阀门与熔爆片组合装置，管路紧急切断装置，防静电装置，液位计，压力表等。低温槽车的罐箱内容积通常为51m3，充装系数为90%，约合每个集装箱充装LNG46m3(折常压下气态煤层气28600m3)。
4.3 安全性及安全措施
(1) 液化煤层气的特性决定在低温容器中发生爆炸危险极小。
(2) 设计的安全措施
① 设计容器的内罐可承受0.7MPa压力，保证储罐长时间储藏和运输不泄放，罐内压力升到0.7MPa在正常情况下可达90天左右。
② 容器上设置有安全泄放装置，紧急切断装置，液位测量装置导静电装置。气体排放出口集中而且需经过阻火器再排放
③ 进行气压试验，所有附件安装完后进行气密性试验按集装箱制作要求进行各种型式试验，包括堆码、顶角件起吊、底角件起吊，内外部纵向和横向栓固作用能力，横、纵向钢性试验，载荷传递区试验，低温性能试验，真空度检测等。
5 成本的控制
控制公路运输煤层气的成本，主要从五个方面入手：(1)、提高车辆运行速度；(2)、提高单车装气量；(3)、减少过路过桥费；(4)、降低燃油费用；(5)、有效控制轮胎费用。
5.1 为了提高车辆运行速度，采取以下措施：
① 对CNG运输对车辆做好保养和维护，提高车辆的完好率，对LCBM运输买进口车，包括奔驰、沃尔沃、斯堪尼亚牵引车等，保证了车辆90-98%的完好率。
② 采用驿站式运输模式，使司机能够在驿站得以休息、停车、检查罐箱，能有效地提高运输速度，保证行车安全。
③ 提高调度科学调配车辆的水平，利用GPS等科学的手段加大对车辆充装、运输、卸气(液)时间的监控和考核，提高车辆的周转率。
通过采取以上措施，使LCBM车辆单车每天运行距离在800～1200km之间，CNG车辆单车每天运行距离在300～800km。
5.2 在提高单车装气量的方面：
对CNG运输提高充装气量和卸气量，对八管束的车辆将卸气量控制在3400～3700m3；对LCBM运输采用51m3及以上的罐式槽车，使单装车气量达到近28500～30000m3。
5.3 为有效减少过路过桥费，采取如下措施：
对行车路线进行精选，保证路途最短和区间收费站个数最少，收费额最低。
5.4 在降低燃油费用方面，也分三步进行：
① 对CNG运输采用单一的CNG运输牵引车；对LCBM运输推行LNG单一燃料牵引卡车。
② 与沿途中石油、中石化、中海油加油站协商，按批发价格在各加油站加油。
5.5 在控制轮胎的费用方面
① 请轮胎公司为轮胎做翻新服务，花费40%的成本增加80%的行驶里程。
② 制定严格的轮胎管理制度，制定不同轮胎的行驶里程标准定额，并付诸实施，对驾驶员按照轮胎行驶里程进行节奖超罚，延长轮胎的使用寿命，降低轮胎的使用成本。
③ 对轮胎进行定期的保养，包括四轮换位、轮胎的平衡、充装氮气等措施降低轮胎的使用寿命。
6 信息技术与新能源在煤层气运输当中的应用
6.1 危险货物管理系统的应用：
该系统能够实现在系统上的人、车、证、合同信息的管理，实现调度派车、完货的功能和驾驶员油料费、过路费用、罚款的统计报表，车辆修理费用的统计功能，尤其能够自动生成报表，给经理层提供单车成本核算报表、车队效益报表，为经营者提供决策的依据。
6.2 卫星定位监控系统(GPS)的应用：
能够随时提供每辆车的运行速度、运行位置、超速报警、超速统计、轨迹回放等信息，以及栅栏设定，即监控车辆是否按照规定的路线行驶，避免车辆绕路等现象，使车辆的运行处于受控状态，提高科学调度和安全管理的水平。
6.3 单一CNG、LNG燃料和双燃料车辆的使用：
① 目前正在运营的CNG运行的燃油车辆，可以通过发动机再制造、发动机改装等方式改装为单一燃料或柴油一煤层气混烧的双燃料汽车，以降低车辆的燃料成本；经过改装的双燃料车辆的天然气替代柴油的比率为50～80%。
② 购买原厂生产的单一CNG燃料的牵引车辆，已经成为煤层气运输的趋势。
③ 对LNG运输由于运输里程较远，而CNG作燃料的车辆续驶里程仅为300～500km，采用LNG作燃料的牵引车辆续驶里程约为800km，今后随着LNG加气站的普及和LNG汽车技术的日渐成熟，用LNG作燃料的LNG运输车辆将成为未来的发展趋势。
7 结论
压缩煤层气和液化煤层气的运输是煤层气开发与利用当中的重要环节，运输企业根据煤层气运输的实际情况，优化车辆装备的配置、优化运输的道路选择、提高科学调度的水平、将信息化技术运用到运输管理中、提高安全管理水平，通过科学管理来提升运输企业的效益和管理水平，
压缩煤层气和液化煤层气的公路运输对加快煤层气资源的开发利用，确保煤矿安全生产，推动产业结构优化升级和能源结构调整，促进经济社会和谐发展都有重大的意义。
参考文献：
[1] 国家发改委，煤层气开发利用“十一五”规划，2006年6月26日
[2] 国务院办公厅关于加快煤层气抽采利用的若干意见(国办发[2006]47号)，2006年6月15日
[3] 国务院，特种设备安全监察条例，2003年2月19日373号公布
[4] 国家交通部，道路危险货物运输管理规定，2005年7月12日第9号
[5] 中国汽车技术研究中心，道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值，GB1589—2004
[6] 国务院，危险化学品安全管理条例，国务院令第344号公布，2002年1月9日
[7] 国务院，中华人民共和国道路交通安全法，2003年10月28号中华人民共和国主席令第八号公布
[8] 孙茂远，煤层气资源开发利用的机遇、前景及若干问题与对策，《中国煤炭加工与综合利用技术市场产业化信息交流会论文集》，2005年
(本文作者：王志合 晋城市诚安物流有限公司 山西晋城 048204)
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