經(jīng)濟(jì)安全的液化天然氣運(yùn)輸方式探究

郭海軍，余瑞峰，李華翔

（三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443002）

1 經(jīng)濟(jì)的LNG 運(yùn)輸方式選擇

1.1 我國(guó)天燃?xì)膺\(yùn)輸方式現(xiàn)狀

天燃?xì)夤艿?、專用LNG 罐槽車和專用LNG船舶是當(dāng)下我國(guó)天燃?xì)獾娜N主要運(yùn)輸方式。天燃?xì)夤艿谰€路長(zhǎng)、投資大、維護(hù)成本高、泄露時(shí)檢測(cè)難，需鋪設(shè)至天燃?xì)赓Y源豐富的地區(qū)。專用LNG 罐槽車運(yùn)量有限，根本滿足不了需求，且其運(yùn)輸成本高，路途長(zhǎng)容易遭遇不確定因素影響造成泄露，造成巨大事故。專用LNG 船舶需要高度配合的配套設(shè)施，專用碼頭和接氣站建設(shè)周期長(zhǎng)，投入巨大，追趕不上國(guó)內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)的清潔能源需求。截止2018 年11 月，我國(guó)已建成LNG接收站和轉(zhuǎn)運(yùn)站總數(shù)已達(dá)到89 個(gè)，華南地區(qū)尤其多，其中LNG 接收站亦統(tǒng)計(jì)內(nèi)河轉(zhuǎn)運(yùn)站和鐵路轉(zhuǎn)運(yùn)站。

1.2 罐式集裝箱的構(gòu)成及LNG 罐箱

罐式集裝箱（tank container），系指由罐體與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱框架構(gòu)成的滿足ISO 相關(guān)要求的液體貨物集裝箱。

LNG 罐箱由高真空或者粉末多層絕熱低溫液體貯罐置放于標(biāo)準(zhǔn)框架構(gòu)成，其組成圖1 所示。高真空或粉末多層絕熱結(jié)構(gòu)保證液態(tài)天然氣狀態(tài)的穩(wěn)定性，框架式集裝箱式采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸，便于堆碼排列[2]罐體一端布置著操作箱，操作箱內(nèi)設(shè)多種功能管路以實(shí)現(xiàn)各種功能，罐體內(nèi)氣壓對(duì)運(yùn)輸安全有著決定性影響，故壓力表、組合式安全泄放裝置必須完備。

圖1 LNG 罐箱

1.3 LNG 罐箱水路運(yùn)輸

與我國(guó)現(xiàn)有LNG 運(yùn)輸方式相比，處于發(fā)展階段的LNG 罐箱水路運(yùn)輸可展現(xiàn)其高效經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)。多功能集裝箱船和滾裝-吊裝式集裝箱船都可用來(lái)運(yùn)輸LNG 罐箱。這種創(chuàng)新的載運(yùn)工具運(yùn)輸模式相較傳統(tǒng)的專用LNG 船舶擺脫了碼頭儲(chǔ)罐的位置限制，輕松實(shí)現(xiàn)貨物“門(mén)到門(mén)”式的“一罐到底”服務(wù)，框架式箱體可輕易達(dá)到海運(yùn)到陸運(yùn)的轉(zhuǎn)化，卡車和火車即拉即運(yùn)，實(shí)現(xiàn)多式聯(lián)運(yùn)一體化。

2 LNG 運(yùn)輸?shù)倪m當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避

2.1 LNG 泄露的危害性

LNG 主要由甲烷組成，氧氣含量極少，氣態(tài)下是一種窒息性氣體。同量氣態(tài)天燃?xì)獾臑橐簯B(tài)下體積600 倍，一旦泄露使人長(zhǎng)時(shí)間暴露在天然氣體積含量高而氧氣含量低的混合氣體中會(huì)導(dǎo)致窒息。當(dāng)空氣中氧氣含量體積分?jǐn)?shù)低于10%，天燃?xì)夂看笥?0%時(shí)，對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生永久性腦補(bǔ)損傷。而且泄露的LNG 與水接觸時(shí)會(huì)發(fā)生快速相變（RTFs）現(xiàn)象，液態(tài)天然氣瞬間劇烈汽化體積大增，泄露源局部的超壓現(xiàn)象會(huì)破壞船體結(jié)構(gòu)。此外超低溫LNG 一旦泄露溢出，人經(jīng)噴濺接觸會(huì)造成人體凍傷，設(shè)備及某些鋼結(jié)構(gòu)的船體部分受低溫影響會(huì)影響其物理性質(zhì)，造成嚴(yán)重的脆性斷裂，甚者危機(jī)船舶本身的安全。最劇烈的破壞當(dāng)屬汽化的蒸汽云遇到明火發(fā)生劇烈的爆炸，蒸汽云燃燒所產(chǎn)生的熱輻射造成規(guī)模最大最嚴(yán)重的危害，其強(qiáng)度和時(shí)間影響傷害程度，如果利用美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)推薦的用5kW/m 的熱通量值來(lái)制定人員的防火距離，此范圍內(nèi)穿著適當(dāng)工作服的人員緊急操作持續(xù)幾分鐘而不造成傷害。

2.2 LNG 運(yùn)輸事故類型

若大致將事故類型分為裝卸貨物泄露、碰撞或觸碰、擱淺、火災(zāi)或爆炸、設(shè)備故障、惡劣天氣和不合理裝卸，陳剛使用灰色關(guān)聯(lián)度分析法計(jì)算事故類型關(guān)聯(lián)度結(jié)果顯示LNG 船舶港內(nèi)事故中碰撞或觸碰和設(shè)備故障為第二位，首位是裝卸貨物泄露。

2.3 安全的運(yùn)輸措施

2.3.1 裝卸積載

危險(xiǎn)貨物在船舶上轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)必須進(jìn)行正確的裝卸積載，以求發(fā)生泄漏事故之后可最大程度降低船舶人員及運(yùn)輸貨物的安全風(fēng)險(xiǎn)。載運(yùn)LNG 屬于危險(xiǎn)貨物積載類的D 類，只能在艙面積載，這是為了在緊急情況下降低LNG 罐箱泄露、爆炸等情況對(duì)人力物力及海域的危害。LNG 罐箱在艙面積載一般需遵守以下原則：①盡量遠(yuǎn)離一切熱源；②與居住艙室和工作室保全距離，防止意外泄漏時(shí)氣體進(jìn)入生活機(jī)艙和其他工作區(qū)域；③積載位置能使箱體避免陽(yáng)光直射。還應(yīng)注意，當(dāng)LNG 同能與LNG 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的危險(xiǎn)品一起裝載時(shí)，需要采取正確的隔離措施。

2.3.2 疊載層數(shù)

LNG 的外部框架和所有結(jié)構(gòu)一樣有一定的極限強(qiáng)度，疊載LNG 罐箱時(shí)有必要確定集裝箱整體結(jié)構(gòu)正常工作下能承擔(dān)的層數(shù)，防止罐箱碰撞改變罐內(nèi)壓力狀態(tài)發(fā)生嚴(yán)重事故；每個(gè)集裝箱在堆碼時(shí)每個(gè)集裝箱的四個(gè)頂角構(gòu)件可以承受約3kN 的壓力。此外國(guó)際公約限制LNG 罐箱于艙面積載，則還需要根據(jù)船舶艙面設(shè)計(jì)負(fù)荷計(jì)算艙面允許積載的最大負(fù)荷，以防止船體結(jié)構(gòu)破壞。也就是說(shuō)，確定的LNG 疊載層數(shù)的總質(zhì)量不能超過(guò)艙面甲板的設(shè)計(jì)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的質(zhì)量。確定了艙面負(fù)載要求內(nèi)的LNG 疊載層數(shù)可以實(shí)現(xiàn)安全保證限度里的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸。

2.3.3 最大載運(yùn)時(shí)間

LNG 罐箱水路運(yùn)輸過(guò)程中，罐箱內(nèi)和外部環(huán)境存在極大的溫差，罐箱雖具備絕熱結(jié)構(gòu)，外界仍會(huì)連續(xù)傳導(dǎo)熱量，貯罐內(nèi)的壓力增大，最后導(dǎo)致罐箱的耐壓能力達(dá)到有限的極限，LNG 罐箱在海上的運(yùn)輸時(shí)間取決于罐箱的耐壓能力，可稱為最大載運(yùn)時(shí)間，即從滿足充灌條件開(kāi)始到由于熱量匯集導(dǎo)致壓力上升到壓力限定裝置的最低設(shè)定壓力時(shí)所用的時(shí)間[3]考慮水路運(yùn)輸受天氣氣候條件影響大，所以此指標(biāo)有一定的重要性。需要注意，自然條件會(huì)對(duì)指標(biāo)有所影響，所以測(cè)得的維持時(shí)間需要相應(yīng)修正。

2.3.4 高壓排放

如果LNG 罐箱運(yùn)輸時(shí)間超過(guò)上述實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到的最大運(yùn)載時(shí)間，則罐箱需要排放一部分氣體的狀況來(lái)保證安全。安全閥和排放管道可以解決罐箱高壓超壓的問(wèn)題，排放口應(yīng)該設(shè)置成上出液，讓每個(gè)罐箱最后排放匯總集中到集裝箱上部排放防止泄露體下流侵蝕破壞下層結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

相比國(guó)內(nèi)天燃?xì)夤艿?、專用LNG 罐槽車和專用LNG 船舶三種主要運(yùn)輸方式。本文介紹的水路LNG 罐箱運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化可達(dá)成LNG 的大批量運(yùn)輸，有望大幅降低現(xiàn)有LNG 接收站建設(shè)費(fèi)用，同時(shí)滿足日益增長(zhǎng)的天燃?xì)庑枨螅俏磥?lái)LNG 運(yùn)輸?shù)男掳l(fā)展趨勢(shì)。LNG 船舶港內(nèi)事故裝卸貨物泄露首當(dāng)其沖，LNG 水路運(yùn)輸?shù)陌踩砸驗(yàn)樾孤兜臐撛诰薮笪：π远@示出巨大的要求與地位。本文提出裝卸積載、最大載運(yùn)時(shí)間和超壓排放來(lái)適當(dāng)規(guī)避LNG 運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，在一定程度上提供了風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避預(yù)防措施。因此，可以說(shuō)水路LNG 罐箱是一種經(jīng)濟(jì)且風(fēng)險(xiǎn)可降低的液化天然氣運(yùn)輸方式。然而LNG 罐箱運(yùn)輸目前尚且歸屬新鮮事物，其風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)也還不足夠清晰透徹，行業(yè)對(duì)未知的事物和技術(shù)的發(fā)展有限制，需要時(shí)間和成功的先例來(lái)促成發(fā)展；相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)考慮排放安全限制了LNG 罐箱艙內(nèi)積載，阻礙了其大規(guī)模的應(yīng)用和壯大。我相信隨著技術(shù)和管理水平的提升，這些問(wèn)題都會(huì)被解決，未來(lái)的LNG 罐箱運(yùn)輸模式將發(fā)揮巨大的作用。