集裝箱式液化天然氣槽罐應(yīng)用探討

童文龍， 劉 蛟

(廣東珠海金灣液化天然氣有限公司， 廣東 珠海 519001)

近年來國內(nèi)天然氣市場快速發(fā)展，國家相繼出臺多項支持性政策，推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，全面梳理天然氣各環(huán)節(jié)價格,以減少供氣中間環(huán)節(jié)，規(guī)范收費行為, 降低天然氣價格，建立健全監(jiān)管長效機制,推動天然氣市場發(fā)展[1]。2017年國內(nèi)冬季北方天然氣緊缺，調(diào)峰保供壓力巨大，液化天然氣(LNG)槽車運輸成為保供主力軍，但LNG槽車運輸量小，長距離運輸經(jīng)濟性較低、運輸風(fēng)險高，因此集裝箱式LNG槽罐提上了應(yīng)用日程。集裝箱式LNG槽罐運輸機動、批量靈活、適宜運存，可實現(xiàn)陸運、海運、鐵路聯(lián)運等運輸方式，為客戶提供門到門服務(wù)。

1 國內(nèi)集裝箱式LNG槽罐發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 集裝箱式LNG槽罐結(jié)構(gòu)及規(guī)格

集裝箱式LNG槽罐罐箱主要由框架、罐體、閥門箱和安全監(jiān)控裝置等部件組成，并涂打規(guī)定的標(biāo)識?？蚣苡山羌⒔侵?、縱梁、端梁等零件組焊而成。罐體是罐箱的主要部件，用于儲存LNG，由內(nèi)容器和外殼組成。絕熱結(jié)構(gòu)為高真空多層絕熱。罐體與框架的連接采用底部縱梁焊接結(jié)構(gòu)、端部裙座式連接板焊接結(jié)構(gòu)。閥箱設(shè)置在罐體側(cè)方，箱內(nèi)集中布置了各種裝卸附件和安全附件[2]。為了滿足罐箱公路、鐵路、水路運輸以及國際貿(mào)易要求，在罐箱設(shè)計、制造、使用中，均充分考慮移動式LNG槽罐罐箱使用安全，遵循《移動式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《國際海運危險貨物運輸規(guī)則》、《鐵路危險貨物運輸管理暫行規(guī)定》等相關(guān)規(guī)定、規(guī)范要求。考慮到運營經(jīng)濟性和通用性，目前國內(nèi)制造的LNG槽罐箱主要有6 m(20英尺)、9 m(30英尺)和12 m(40英尺)3種規(guī)格[2-6]。

1.2 集裝箱式LNG槽罐應(yīng)用情況

我國從2000-02開始研制集裝箱式LNG槽罐，當(dāng)時由于公路運輸成本太高沒有推廣應(yīng)用，2004年新疆廣匯集團修建1.8 km專用鐵路開展LNG運輸實驗研究，后因未妥善解決安全問題和經(jīng)營體制等原因，LNG 鐵路運輸一直沒有新的發(fā)展。直至2012-08，鐵道部運輸局重啟LNG鐵路運輸項目研究[7-8]。

LNG集裝箱水上運輸模式，在前期面臨相當(dāng)大的技術(shù)和管理協(xié)調(diào)方面的問題，海事局、港口、船運公司均態(tài)度謹(jǐn)慎，發(fā)展較慢。 2013年后開始有LNG集裝箱從南通運到東莞，并在東莞與?？谥g定期運輸多個航次的試驗實例，單船裝載量也在增加[9]。由于LNG的低溫、易燃、易爆特性，必須確保LNG槽罐的裝卸、絕熱等技術(shù)安全可靠,以降低LNG罐箱在運輸、編組、轉(zhuǎn)場、裝卸等環(huán)節(jié)的泄漏、燃燒爆炸等風(fēng)險[10-11]。

近年國內(nèi)有關(guān)集裝箱式LNG槽罐制造、設(shè)計與加工，檢測與維護，LNG運輸配套服務(wù)的站場，安全風(fēng)險防范與應(yīng)急處置等方面的法規(guī)和規(guī)范陸續(xù)出臺，多個省份均致力于相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的完善，積極推動LNG 罐式集裝運輸業(yè)的發(fā)展。2013年后國內(nèi)LNG集裝式槽罐的研究和應(yīng)用快速發(fā)展，我國生產(chǎn)的LNG 集裝箱在國內(nèi)外陸上運輸已超過10 a，青藏鐵路格拉段LNG 運輸進行了3 次往返實裝運行試驗[12-13]。經(jīng)濟日報信息顯示，自2017-05，中國國儲能源化工集團股份公司已經(jīng)采用集裝箱式LNG槽罐運輸模式從加拿大、澳大利亞向中國市場進口LNG。同時中國石油網(wǎng)2018-05-15報道稱，中石油大連LNG接收站2018-04-23成功開展大連至煙臺集裝箱式LNG槽罐海陸聯(lián)運測試。目前中國海洋石油集團有限公司、中國石油天然氣集團有限公司、中國石油化工集團有限公司正聯(lián)合中集安瑞科控股有限公司、中車長江車輛有限公司等企業(yè)開展集裝箱式LNG槽罐的鐵路、水路、公路試用和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。截止到2018-06，國內(nèi)已建接收站基本完成集裝箱式LNG槽罐的充裝測試，隨著集裝箱式LNG槽罐應(yīng)用試點的成功，后續(xù)集裝箱式LNG槽罐將進入發(fā)展的爆發(fā)期。

2 集裝箱式LNG槽罐及常規(guī)LNG槽車應(yīng)用特點

2.1 常規(guī)LNG槽車

常規(guī)LNG槽車運輸比較成熟，是目前LNG供應(yīng)的主要方式，其特點主要為：①一般采用點供式，即從裝貨站點出發(fā)到卸貨站點結(jié)束，運輸靈活，無需中轉(zhuǎn)站。②運輸周期比較短，一般在1周內(nèi)。③運輸距離一般在1 000 km范圍內(nèi)。④司機和押運員可全程實時監(jiān)控槽罐的壓力、溫度等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異?？闪⒓刺幚?。⑤通常情況下常規(guī)槽車滿載安全閥起跳時間為20 d左右。⑥ 進站充裝時槽罐為冷態(tài)，可直接充裝。⑦大部分采用后裝式。

2.2 集裝箱式LNG槽罐

集裝箱式LNG槽罐應(yīng)用特點主要如下：①運輸量大，可采用集裝船、火車等方式集中運輸，再采用拖車分輸。②運輸周期比較長，一般會超過1個月。③裝貨站點可以選擇直接進口或者國內(nèi)轉(zhuǎn)運，轉(zhuǎn)運距離不受限制。④人為監(jiān)控和應(yīng)急處理難度相對大。⑤保溫系統(tǒng)設(shè)計更嚴(yán)格，滿載安全閥不起跳可以儲存75 d以上。⑥進站充裝槽罐為常溫，需要冷卻后充裝。⑦需要設(shè)置專用中轉(zhuǎn)站和轉(zhuǎn)運設(shè)備。⑧可以作為儲氣罐使用，允許客戶接收1個或多個滿載LNG的集裝箱，隨用隨取，當(dāng)集裝箱內(nèi)的LNG耗盡后，再換另一批集裝箱使用。⑨大部分采用側(cè)裝式。

3 集裝箱式LNG槽罐應(yīng)用實例

以廣東珠海金灣液化天然氣公司集裝箱式LNG槽罐充裝測試為實例，對集裝箱式LNG槽罐設(shè)計、應(yīng)用等方面進行探討。

3.1 集裝箱式LNG槽罐工藝布置

3.1.1 管線布置在罐內(nèi)

LNG槽車工藝管線布置見圖1，可見工藝管線布置在槽體外部，外觀簡便、清晰。這種布置并不合適于集裝箱式槽罐的工藝管線。

圖1 LNG槽車工藝管線及附屬設(shè)施布置情況

集裝箱式LNG槽罐外部工藝布置見圖2， 其工藝管線布置見圖3，可見管線布置在罐內(nèi)，管道布置流程明顯復(fù)雜。

圖2 集裝箱式LNG槽罐工藝管線及附屬設(shè)施布置情況

圖3 集裝箱式LNG槽罐內(nèi)部工藝管線布置

集裝箱式LNG槽罐的工藝布置，主要是考慮到運輸過程中將經(jīng)歷多次轉(zhuǎn)運、吊裝以及類似的碰撞機率較高的工況，設(shè)計時制定了應(yīng)避免工藝管線裸露過長的原則，采取將工藝管線設(shè)置在內(nèi)外罐的夾層區(qū)的設(shè)計，減少了管道損壞帶來的風(fēng)險。

3.1.2 增設(shè)自動切斷閥門

集裝箱式LNG槽罐在運輸過程中采用集裝、集輸方式，人員不易實現(xiàn)即時應(yīng)急處置。在設(shè)計槽罐緊急切斷閥時可考慮采用手動和自控2種模式，手動控制模式即通過手動或氣動驅(qū)動，使緊急切斷閥關(guān)閉。自動控制模式即通過在緊急切斷閥操作裝置設(shè)置易熔合金，在無人操作且環(huán)境溫度超過(70±5) ℃的熔斷溫度時，實現(xiàn)易熔合金熔化，氣缸泄壓，切斷閥自動關(guān)閉，阻止LNG繼續(xù)卸料，防止事故擴大的目的。

3.1.3 增設(shè)預(yù)冷裝置

集裝箱式LNG槽罐周轉(zhuǎn)期較長(至少4周)，罐體回溫比較頻繁，需要反復(fù)冷卻，冷卻不均勻或過快會使內(nèi)罐壁產(chǎn)生收縮和過大的應(yīng)力，導(dǎo)致內(nèi)罐變形或使焊縫處產(chǎn)生破裂。與傳統(tǒng)槽車運行模式不同，為增加集裝箱式LNG槽罐安全性，可以在設(shè)計時考慮槽罐冷卻作業(yè)，在罐箱內(nèi)部設(shè)置霧化噴淋裝置，充裝前采用少量LNG對罐箱進行冷卻置換，滿足要求后進行裝車作業(yè)，通過優(yōu)化設(shè)計設(shè)置槽罐預(yù)冷裝置，提高冷卻效率[14]。

3.2 集裝箱式LNG槽罐結(jié)構(gòu)布置

3.2.1 集裝箱式槽罐氣液充裝口設(shè)計

集裝箱式LNG槽罐運輸需平板拖車配合，在充裝過程中氣、液相法蘭接口距地面約1.6 m(圖4)，氣、液相法蘭接口間距較大約1.4 m(圖5)。而傳統(tǒng)LNG槽車的這2個相應(yīng)位置高度分別約0.8 m和0.6 m，導(dǎo)致已投用充裝站點較難滿足集裝箱式LNG槽罐的充裝操作。

圖4 集裝箱式LNG槽罐充裝過程中氣、液充裝口離地高度

圖5 集裝箱式LNG槽罐充裝過程中氣、液充裝口間距

在設(shè)計過程中采取多種措施優(yōu)化充裝口的布置，降低集裝箱式槽罐充裝口高度，確保集裝箱式LNG槽罐充裝效率和安全。這些措施包括：①調(diào)整氣、液相法蘭面間距和高度。②在設(shè)計槽車充裝橇?xí)r提高安裝高度或擴大裝車臂的工作活動范圍。③采用專用拖車(圖6)。

圖6 集裝箱式LNG槽罐中轉(zhuǎn)拖車

3.2.2 考慮使用危險警醒裝置

集裝箱式LNG槽罐運輸方式涉及的路況和裝卸都較常規(guī)LNG槽車運輸方式復(fù)雜，包含公路、鐵路和水路運輸，在中轉(zhuǎn)站吊裝和裝卸的次數(shù)大量增加，這些過程都存在安全風(fēng)險。設(shè)計罐箱時應(yīng)充分考慮使用安全提醒標(biāo)識、標(biāo)記，還可設(shè)置連續(xù)氣體濃度監(jiān)測裝置，在危險作業(yè)或檢測到危險源時通過聲光、反光帶、危險報警裝置等提醒,操作人員或監(jiān)控人員可以及時根據(jù)提醒信息開展處理，有效降低安全風(fēng)險[15-17]。

3.3 使用便捷性設(shè)計

3.3.1 增設(shè)自增壓裝置

與LNG槽車比較，集裝箱式LNG槽罐用途方式多樣，可作為儲存或運輸裝置。在使用過程應(yīng)根據(jù)其功能考慮設(shè)置自增壓裝置作為短期儲存罐使用。自增壓裝置工作原理是將部分LNG排出槽罐，經(jīng)過自增壓汽化器的汽化，氣態(tài)天然氣再經(jīng)由氣體管路返回至槽罐的氣相空間，儲罐壓力增加，從而達(dá)到所要求的排液壓力，具備小型LNG汽化站的功能[18]。自增壓系統(tǒng)由槽罐、液相管路、汽化器、氣相管路組成，壓力增加后連接汽化器即可開展汽化外輸作業(yè)，罐箱中LNG使用完畢后重新更換罐箱又可使用，便捷快速，安全高效。

3.3.2 實現(xiàn)實時監(jiān)控

針對集裝箱式LNG槽罐在使用過程中無法實時監(jiān)控的實際情況，為確保運輸途中安全可控，一旦發(fā)生應(yīng)急情況能夠及時提醒和處理，應(yīng)用高科技手段實施實時監(jiān)控，為客戶、承運商、貿(mào)易商提供及時跟蹤和掌握貨物情況服務(wù)。高科技手段實時監(jiān)控設(shè)置和可視界面見圖7。該裝置具有實時監(jiān)測槽罐溫度、壓力、液位、所在位置、液位下降速率等功能。

1.大力發(fā)展冰雪裝備制造業(yè)，謀求產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域突破。吉林省冰雪裝備制造業(yè)加工生產(chǎn)能力較弱，應(yīng)積極引進國外先進技術(shù)，研發(fā)制造冰雪設(shè)施裝備，打造核心品牌。2016年，投資達(dá)百億的高端冰雪運動裝備制造項目落戶長春新區(qū)空港經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，應(yīng)以其為中心，將長春打造為高端冰雪體育裝備制造基地。依靠吉林省碳纖維產(chǎn)業(yè)基地的資源和技術(shù)優(yōu)勢，推動企業(yè)研發(fā)冬季運動系列產(chǎn)品，努力實現(xiàn)冰雪裝備制造國產(chǎn)化突破。政府要鼓勵優(yōu)秀冰雪運動員等自主創(chuàng)辦冰雪器材品牌，發(fā)展冰雪休閑運動用品產(chǎn)業(yè)。

設(shè)備遠(yuǎn)傳系統(tǒng)實物見圖8，設(shè)備監(jiān)控器實物見圖9。對每個集裝箱設(shè)置唯一的編號，以云端智能控制方式，通過電容式無線遠(yuǎn)傳復(fù)合變送器(圖8中方框內(nèi))、APP、GPRS將實時監(jiān)測到的罐內(nèi)壓力、液位、介質(zhì)溫度、位置等數(shù)據(jù)信息(圖9中圓圈內(nèi))傳送到客戶端。

圖7 高科技手段實時監(jiān)控儀表接口與可視界面

圖8 設(shè)備遠(yuǎn)傳系統(tǒng)實物

圖9 設(shè)備監(jiān)控器實物

3.3.3 其他

針對集裝箱式LNG槽罐批量大和用戶分散的特點，可以考慮設(shè)計電子磅單、隨箱資料盒等。將磅單、產(chǎn)品組分、產(chǎn)品說明書、操作說明等集中存放在隨箱資料盒，隨取隨用。

4 集裝箱式LNG儲罐應(yīng)用對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈影響分析

4.1 貿(mào)易方式

集裝箱式LNG槽罐具有運輸機動、批量靈活、存運皆宜、存儲時間長、運輸方式多樣及為客戶提供門到門服務(wù)等特點，國內(nèi)實現(xiàn)陸海聯(lián)運后，采用集裝箱槽罐物流模式不需要建立接收站，可直接進口集裝箱式槽罐，在轉(zhuǎn)運站實現(xiàn)轉(zhuǎn)運，快速便捷，將對國內(nèi)傳統(tǒng)的LNG產(chǎn)業(yè)鏈造成較大影響。

4.1.1 競爭加劇

一罐到底作為一種新型的LNG物流模式，不需要建立LNG接收站，直接采用危險品集裝箱碼頭轉(zhuǎn)運，通過內(nèi)河、鐵路、陸路建立的集裝箱式LNG槽罐轉(zhuǎn)運站和運輸網(wǎng)就可實現(xiàn)LNG資源的更高效快速分銷，將極大改變現(xiàn)階段僅依靠LNG接收站—公路槽車—客戶的液態(tài)運轉(zhuǎn)模式[4]。

一罐到底直接打通上下游，在國內(nèi)具有較大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，將為國內(nèi)有意進口LNG卻沒有LNG接收站作為支撐的各類企業(yè)提供較大的可能性，對長期處于壟斷的大型LNG運輸船加大型LNG接收站貿(mào)易模式形成沖擊，將對傳統(tǒng)LNG槽車公路運輸物流模式形成較大影響。中國周邊的韓國、日本燃?xì)夤咀鳛槭澜绲谝弧⒌诙驦NG貿(mào)易商在前期建設(shè)了多座LNG接收站和儲罐，隨著集裝箱式LNG槽罐物流模式的發(fā)展，也可將其旺季過剩的LNG采用罐車運輸出口到中國，這些都將加劇中國LNG市場的競爭。

集裝箱式LNG槽罐通過水路運輸，可不租用或新建專用LNG運輸船、LNG接收站、LNG碼頭，直接使用集裝箱貨船、中轉(zhuǎn)站碼頭，隨卸隨轉(zhuǎn)，便利快速，將極大降低LNG貿(mào)易成本，將吸引更多企業(yè)參與LNG的進口，在國際市場價格波動及國家政策利好的情況下，勢必推動大量投機貿(mào)易者，國際LNG現(xiàn)貨將更受國內(nèi)市場關(guān)注[5-6]。

4.2 市場和調(diào)峰方式

隨著集裝箱式LNG槽罐物流方式發(fā)展，可以在任何需要天然氣的內(nèi)江、內(nèi)河沿岸、鐵路延伸處進行貿(mào)易往來。這種新的交易方式不僅增加交易的主體，而且也擴大了現(xiàn)貨LNG的交易量，對用戶的布點將會更靈活?？衫闷浯鎯r間長、存放方便、調(diào)峰能力強等特點，在當(dāng)前不易開展管道或用氣量較少的地區(qū)實施單一小區(qū)化、社區(qū)化、村落化市場開拓，隨時搬遷，隨地安置(在符合政策條件下)即可生產(chǎn)，同時可以實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)運。

另外，按照集裝箱式LNG槽罐設(shè)計要求，單一槽罐安全閥不起跳至少可儲存75 d，按照運輸18 t計算，單一標(biāo)準(zhǔn)罐箱即可儲存2.5萬m3天然氣，1戶家庭按日消耗1 m3天然氣計算，可供2.5萬戶使用1 d，保供季節(jié)可以提前儲存足夠用量的集裝箱式LNG槽罐，淡季時可減少集裝箱的儲備。通過這種方式，LNG淡旺季調(diào)峰市場將得到較大的改善。

4.3 LNG接收站設(shè)備和功能

4.3.1 設(shè)備要求

由于集裝箱式LNG槽罐貿(mào)易周期相對較長，輻射范圍較寬，用戶不固定和分散，故有必要為用戶提供槽罐內(nèi)LNG的組分、熱值、氣化率、重量等產(chǎn)品參數(shù)，現(xiàn)有接收站若開展集裝箱式LNG槽罐業(yè)務(wù)，將需要提前考慮增設(shè)取樣分析裝置，以滿足集裝箱隨箱資料要求。另外，集裝箱式槽罐運距遠(yuǎn)、周期長，集裝箱返回充裝時基本為常溫箱體，大批量集裝如何實現(xiàn)集裝箱箱體冷卻，需要提前考慮增設(shè)集裝箱式LNG槽罐的冷卻設(shè)施。

4.3.2 功能定位

傳統(tǒng)接收站主要開展汽化管道外輸和液態(tài)槽車外輸，若開展集裝箱式LNG槽罐外輸，在充裝站的設(shè)計過程中就需考慮堆場、專用集裝箱式充裝裝置等。若開展集裝箱式LNG船運業(yè)務(wù)，則需要提前考慮轉(zhuǎn)運集裝箱碼頭設(shè)計。此外從長遠(yuǎn)發(fā)展角度考慮，傳統(tǒng)LNG接收站應(yīng)提前考慮鎖定下游大客戶市場、搶占端點客戶，增加接收站LNG儲存能力，以降低集裝箱式LNG槽罐進口貿(mào)易的影響。

5 結(jié)語

集裝箱式LNG槽罐目前還處于使用初期階段，其槽罐設(shè)計、運輸管理等方面也有待繼續(xù)完善和改進。但隨著國家政策的利好，集裝箱式LNG槽罐的應(yīng)用將發(fā)生爆發(fā)式增長，極有可能顛覆傳統(tǒng)LNG運輸模式，不僅會實現(xiàn)集裝箱海路進口，還有望實現(xiàn)集裝箱鐵路進口，這些發(fā)展將有效彌補因管道覆蓋不足、管網(wǎng)互聯(lián)互通程度有限、建設(shè)進展緩慢對天然氣發(fā)展的制約。終端市場的爭奪將是各類LNG貿(mào)易商的焦點，傳統(tǒng)的壟斷模式可能會進一步縮小，各級應(yīng)急調(diào)峰保障將更全面。傳統(tǒng)LNG產(chǎn)業(yè)需要提前布局，以減少集裝箱式LNG槽罐物流模式的改變對傳統(tǒng)行業(yè)形成的沖擊。