LNG罐式集裝箱內陸堆場的設計方案研究

李欣欣 羅婷婷 常心潔(中海石油氣電集團技術研發(fā)中心，北京 100028)

0 引言

近年來，“一罐到底”的液化天然氣(LNG)罐式集裝箱多式聯運發(fā)展迅猛。LNG罐箱宜儲宜運、靈活性強[1]，為推進國家天然氣產供儲銷體系建設，保障供氣安全，國家發(fā)改委、能源局、交通部聯合批準中國海油開展了國內首次大規(guī)模LNG罐箱運輸試點項目，利用LNG罐箱將中國海油海南LNG接收站的富余產能釋放到冬季天然氣需求旺盛的北方地區(qū)。2018年11月4日，滿載130個LNG罐箱的“樂從號”從海南洋浦港啟航，拉開了國內乃至國際上首次大規(guī)模利用罐箱運輸LNG的序幕[2]。在LNG罐箱業(yè)務大規(guī)模開展的同時，空箱的存放在后續(xù)的正式商業(yè)運行成為亟待解決的問題，解決LNG罐箱存放問題，是LNG罐箱多式聯運模式具備經濟效益并順利推廣的基礎條件之一。

另外，LNG罐箱也是作為天然氣保供的一種重要手段，是符合國家產供儲銷體系相關政策要求的。2019年6月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《關于做好2019 年能源迎峰度夏工作的通知》(發(fā)改運行〔2019〕1077號)，要求尚未達到儲氣任務目標的地區(qū)，要提前采取增加備用LNG罐箱等方式來履行儲氣責任，補齊儲氣能力不足的短板。LNG堆場設計是LNG罐箱調峰儲備項目的核心環(huán)節(jié)，利用LNG罐箱堆場季節(jié)存儲，可以形成至少3個多月的無損存儲，夏季充裝、冬季銷售，利用季節(jié)價格差，獲取客觀的利潤。而且隨著天然氣市場化逐步向深入方向發(fā)展，LNG罐箱利用其靈活性，在中國南北各地形成潮汐般物流波動，還可以繼續(xù)提高利用效率，獲取其他更為豐厚的利潤。

因此本文研究了某LNG接收站LNG罐箱儲存區(qū)工程方案，以期為今后發(fā)展LNG罐箱液態(tài)外銷業(yè)務奠定技術基礎。

1 設計原則及參考標準

目前國內外尚無明確的LNG罐箱堆存場地設計規(guī)范，本次方案研究以《危險化學品安全管理條例》等法律法規(guī)為依據，參考石化行業(yè)相關標準規(guī)范，基于總圖、生產工藝、防火及泄漏收集措施、消防設施等基本設計原則、理念及工程技術，結合LNG罐箱的技術特性，研究提出了某LNG接收站LNG罐箱儲存區(qū)工程方案，為下一步具體實施奠定技術基礎。

主要參考標準有：《危險貨物集裝箱港口作業(yè)安全規(guī)程》《集裝箱港口裝卸作業(yè)安全規(guī)程》《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》《液化天然氣(LNG)生產、儲存和裝運》《化工企業(yè)定量風險評價導則》《石油天然氣工程總圖設計規(guī)范》《海港總體設計規(guī)范》等。

2 總平面布置方案

項目設置107個LNG罐箱箱位，根據交通運輸部JT 397—2007《危險貨物集裝箱港口作業(yè)安全規(guī)程》，堆場堆碼層數近期設定為1層，遠期考慮2層。根據《罐箱堆場FHA分析報告》，LNG罐箱重箱與LNG罐箱空箱設計泄漏輻射熱、蒸氣云擴散等模擬結果基本一致，僅持續(xù)時間空箱遠遠小于重箱，因此，LNG罐箱與外部設施距離控制不區(qū)分重箱、空箱，按照一致的標準考慮。

2.1 與外部設施間距

2.1.1 與村莊距離

LNG罐箱區(qū)(導液溝最外緣)與不少于100人的居住區(qū)、村莊、公共福利設施等距離不小于470m。

2.1.2 與相鄰廠礦距離

LNG罐箱區(qū)(導液溝最外緣)與相鄰廠礦距離不小于150m。

2.1.3 與公路距離

考慮蒸氣云擴散邊界不超過東側公路。LNG罐箱氣相泄漏時50% LFL擴散距離為57.68m，確定LNG罐箱至東側公路距離不小于60m。集液池(平面尺寸5×5m)50% LFL擴散距離135.42m，確定集液池至東側公路不小于140m。

2.2 廠內間距與平面布置

根據用地形狀，結合已建路網和外部路網條件，考慮與外部設施、周邊已建設施、規(guī)劃預留設施等關系，總平面布置分成兩個區(qū)塊：LNG 罐箱場地、生產輔助區(qū)。

LNG罐箱場地獨立設置，共劃分3列，布置107個箱位。結合正面吊作業(yè)空間需求，每列LNG罐箱外考慮18m安全作業(yè)通道。每列中相鄰箱位橫向間距1m，主要為日常檢查通道；相鄰箱位豎向間距3m，用于導液溝、泄放收集系統及其他設施布置空間。LNG罐箱場地與圍墻之間設環(huán)形的車行通道。堆場設置兩個進出口，堆場四周設置實體圍墻。LNG罐箱場地四周設置環(huán)形導液溝。導液溝距離罐箱不小于15m，同時導液溝覆蓋裝卸機械作業(yè)范圍，裝卸作業(yè)過程掉箱損壞亦可有效收集，導液溝最終匯入集液池?？紤]應急處置及罐箱泄放收集需要，于陸域西南角臨海偏僻地帶布置應急處理場地、EAG及放空立管等。LNG罐箱、集液池與外部廠礦、道路、已建裝車區(qū)控制室、裝車區(qū)門衛(wèi)室、預留LNG儲罐、項目現場業(yè)務及監(jiān)控中心距離均滿足控制距離要求。

生產輔助區(qū)布置于陸域東南側，與裝車區(qū)已建裝車區(qū)控制室、裝車區(qū)門衛(wèi)室毗鄰。考慮現場生產管理需要，布置現場業(yè)務及監(jiān)控中心用房。

項目場地道路呈環(huán)狀布置，便于車輛運行和消防檢修。LNG罐箱場地單獨設施圍墻與生產輔助區(qū)隔開，場地東側布置兩個出入口及值班室，場地四周設置2.5m高實體圍墻。

3 裝卸工藝

3.1 主要設計參數

LNG罐箱主要由罐體和框架兩個基本部分構成，框架用以傳遞在起吊、搬運、固縛和運輸中所產生的靜載和動載。LNG罐箱屬于壓力容器，為雙層結構形式，罐體外殼材料采用Q345R鋼，內罐材料采用S30408奧氏體型不銹鋼，外殼主要承受罐體內部產生的壓力，內罐及隔層用于保冷。

目前市場上LNG罐箱陸地靜置試驗最長維持時間介于118～178d，某生產廠典型LNG罐箱的主要技術參數如下[3]：

內罐容積：42.5m3；設計壓力：0.87MPa；工作壓力：0.76MPa；設計溫度：-196℃；工作溫度：-162～50℃；額定充裝率：≤90%；外形尺寸：12192mm×2438mm×2591mm；日蒸發(fā)率：≤0.18%(LNG)；最大允許充裝質量：16500kg。

儲存區(qū)主要設計參數如下：

堆場年運營天數：365d；LNG重箱罐箱有效容積：≤41m3(LNG凈重≤18t)；LNG空箱罐箱：200kg≤殘液≤500kg。

3.2 裝卸工藝方案及流程

LNG罐箱作業(yè)采用2臺集裝箱正面吊，近期按照堆高1層考慮，遠期可考慮2層堆放。LNG罐箱進出場的水平運輸均采用集裝箱拖掛車。進出流程如下：

重箱出場：充裝區(qū)→集卡→集裝箱正面吊→LNG罐式集裝箱場地→集裝箱正面吊→集卡→場外。

空箱進場：場外→集卡→集裝箱正面吊→LNG罐式集裝箱空箱場地。

3.3 堆場管理

LNG罐箱最高允許工作壓力0.76MPa，為降低堆場事故工況影響程度，LNG罐箱進入堆場時應預估罐箱堆存期間的壓力上升不應超過0.1MPa，若超過需采取措施降壓。

LNG罐箱裝卸作業(yè)時應遵循“由外而內、至上而下”的順序作業(yè)，盡量減少跨箱作業(yè)。LNG罐箱場地內不允許大量車輛停留，應順序依次進入、離開等開展運輸及裝卸作業(yè)。

3.4 裝卸工藝設備

主要工藝裝卸機械設備如表1所示。

表1 裝卸機械設備配置表

3.5 堆場容量及周轉量計算

堆場容量參考JTS 165—2013《海港總體設計規(guī)范》的有關技術規(guī)定并結合本工程的具體條件計算確定，按式(1)計算：

式中：NS為所需地面箱位數(個)；N1為場地設備堆箱層數；AS為場地容量利用率(%)。

所需地面箱位數按式(2)計算：

式中：Ey為罐箱場地容量(個)；Qh為罐箱貨運量；KBK為堆場罐箱不平衡系數；Tyk為堆場年運營天(d)，取365d；tdc為貨物在堆場的平均堆存期(d)。

現有陸域條件，本研究方案布置107個箱位。

計算得出近期1層堆放年可周轉11000 箱(重箱50%/空箱50%)，即年周轉LNG9.9萬t；遠期2層堆放年可周轉42000 箱(重箱50%/空箱50%)，即年周轉LNG37.5萬t。

其他用水用電、消防、公用工程等按照《石油天然氣設計防火規(guī)范》《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》等設計。

4 結語

為提高堆場利用效率，LNG罐箱采用緊湊布置的形式(相鄰LNG罐箱箱位橫向距離1m、縱向距離3m)且多層堆碼(近期堆放1層、遠期堆放2層)。但是要求事故狀態(tài)時相鄰或上下LNG罐箱不得相互影響，即當LNG罐箱發(fā)生泄漏或火災并對臨近罐箱產生影響時，其相鄰或上下LNG罐箱堆碼結構不能失效、在安全泄放閥的輔助下內容器結構保持完整。另為減小罐箱裝卸作業(yè)過程掉箱導致的事故風險，LNG罐箱應能在掉箱工況保證罐箱結構完整，這些都需LNG罐箱廠家核實或改進LNG罐箱性能。建議對LNG罐箱堆場火災、泄漏擴散開展三維模擬，取得更精確的火災輻射熱、泄漏擴散模擬結果，優(yōu)化LNG罐箱堆場平面布置，提高堆場利用效率。目前，國內外尚無明確的LNG罐箱堆存場地設計規(guī)范。本次方案研究以《危險化學品安全管理條例》等法律法規(guī)為依據，參考《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》等規(guī)范的基本設計原則、理念，結合LNG罐箱的技術特性，提出LNG罐箱儲存區(qū)工程方案，在實際工程應用時應進一步進行風險評估。