液化天然氣公路槽車運輸安全研究

陳亞凱

（中海石油氣電集團有限責(zé)任公司廣東分公司，廣東深圳 518000）

當(dāng)前，液化天然氣是我國能源供應(yīng)中的一種重要資源，為了滿足各地液化天然氣的供應(yīng)，就需要提高液化天然氣的運輸頻次。而在液化天然氣的運輸方式上，應(yīng)用槽車進行公路運輸是較為常見的方式之一，其安全問題歷來受到重視。由于液化天然氣具有低溫、高壓、易燃易爆等特點，其在運輸過程中的安全風(fēng)險也較為突出，如何確保其運輸安全，仍是需要重點研究的一項內(nèi)容。

1 液化天然氣公路槽車運輸概述

1.1 液化天然氣的特性

液化天然氣（LNG）是指將氣態(tài)天然氣在低溫和高壓條件下，經(jīng)過降溫、液化、凈化等一系列流程后而產(chǎn)生的一種低溫液態(tài)混合物，其主要成分為甲烷，占比超過90%，同時也含有少量其他烷烴，以及微量的二氧化碳、硫化氫等氣體，其在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點為-161.5℃，當(dāng)溫度在-107℃以上時，其密度小于空氣密度。由此可知，液化天然氣主要具有以下幾方面的特性。

（1）由于液化天然氣的主要成為為烷烴類物質(zhì)，因此其具有烷烴的易燃易爆特性；

（2）因液化天然氣的密度特性，其一旦泄漏到空氣中，就會迅速蒸發(fā)和擴散，在此過程中，周圍空氣的溫度和氧氣濃度均會降低，容易造成附近人員的凍傷或窒息風(fēng)險；

（3）由于液化天然氣需要在-161.5℃以下的環(huán)境內(nèi)儲存，因此這種低溫特性會對存儲系統(tǒng)設(shè)備造成嚴(yán)重影響，存儲系統(tǒng)設(shè)備的力學(xué)性能因低溫顯著降低，進而增加泄漏風(fēng)險。

1.2 液化天然氣槽車的基本特點

目前，在液化天然氣的公路運輸中，槽車成為主要的運輸工具，其通常分為半掛式和集裝箱式兩種，二者分別以液化天然氣罐和罐式集裝箱進行液化天然氣的儲運，其主體結(jié)構(gòu)類似，但在實際運輸中多以半掛式槽車進行儲運。在這種槽車的罐體中，主要結(jié)構(gòu)分為以下四種。

（1）高真空多層纏繞絕熱夾層，用于隔絕外界溫度；

（2）罐體內(nèi)容器，多為奧氏體不銹鋼材料制成，用于LNG的充裝；

（3）罐體外容器，其與內(nèi)容器之間存在空隙，空隙內(nèi)為接近真空的環(huán)境，以發(fā)揮絕熱作用；

（4）管路操作系統(tǒng)，其集成了各種閥門儀表，用于對槽車運輸情況的監(jiān)測與控制，以提高運輸安全。

1.3 影響液化天然氣公路槽車運輸?shù)闹饕蛩?/h3>

由于槽車結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以及外界環(huán)境因素的不確定性等影響，在實際運輸過程中，液化天然氣公路槽車面臨的風(fēng)險點也相對較多，具體則可分為以下幾個方面。

（1）“人的因素”。一方面，由于LNG的理化特性較為特殊，因此對于運輸前的裝載和檢查過程有了更高的要求，在運輸開始前，通常需要由專業(yè)人員對槽車安全情況、LNG充裝量、槽罐密封性等各項指標(biāo)進行全面檢查，做到不遺漏任何細(xì)節(jié)。為達(dá)到這一目標(biāo)，就對相關(guān)工作人員的專業(yè)能力、職業(yè)道德等方面提出了更嚴(yán)格的要求。同時，由于駕駛員的安全行為也是決定槽車公路運輸安全的關(guān)鍵，因此其對駕駛員的行為也有較為嚴(yán)格的要求[1]。

（2）“物的因素”。一方面是車輛因素，由于運輸LNG這項工作的特殊性，其對于車輛技術(shù)性能和裝備結(jié)構(gòu)的要求更為苛刻，主要包括車輛的制動系統(tǒng)、發(fā)動機、輪胎懸掛、定位系統(tǒng)等，這些要素缺一不可，任何一個要素不符合要求都可能引起較為嚴(yán)重的安全問題；另一方面則表現(xiàn)為罐體和安全附件因素，其風(fēng)險點主要表現(xiàn)為罐體、罐體閥門等位置[2-3]。

（3）“環(huán)境的因素”。這方面的因素又可細(xì)分為以下幾部分。①路況環(huán)境：如路面平整度較低，則容易因車輛長期顛簸行駛而造成爆胎或槽罐固定裝置脫落等風(fēng)險，也可能造成罐體內(nèi)LNG振蕩幅度過高等問題。②自然環(huán)境：雨雪霧天氣下，車輛行駛受到嚴(yán)重影響，容易引發(fā)交通事故而造成LNG的泄漏，或因溫度過高導(dǎo)致罐內(nèi)壓力超出罐體安全閥性能極限而引起泄漏。③交通流干擾：由于LNG運輸槽車載重量大、重心偏高，因此其自身行駛穩(wěn)定性偏低，當(dāng)遭遇其他交通流干擾后，難以在第一時間及時反應(yīng)，造成風(fēng)險概率的升高[4-5]。

2 液化天然氣公路槽車運輸中的主要安全問題

液化天然氣公路槽車運輸過程中面臨著較多的風(fēng)險點，受此影響，其在運輸過程中的安全問題也相對較多，從以往的案例來看，液化天然氣公路槽車運輸過程中的主要安全問題如表1所示。

表1 液化天然氣公路槽車運輸過程中的主要安全問題

從表1可知，人員因素仍為當(dāng)前液化天然氣公路槽車運輸過程中的主要風(fēng)險因素，這是今后開展運輸安全工作應(yīng)當(dāng)首要考慮的內(nèi)容，而其他幾方面的因素同樣不容忽視。

整體來看，無論何種原因引起的LNG槽車公路運輸安全問題，其均會造成罐體受損繼而引發(fā)天然氣泄漏，當(dāng)LNG泄漏后，其主要危險如下。

（1）泄漏的LNG遇到火源極易發(fā)生爆燃事故；

（2）泄漏的LNG因其特殊的理化性質(zhì)，接觸到水后可能會出現(xiàn)“冷爆炸”的問題；

（3）LNG泄漏后隨風(fēng)擴散極易造成周圍人員的凍傷或窒息問題；

（4）LNG泄漏后，外界熱量傳入罐體，導(dǎo)致罐體內(nèi)溫度上升、氣壓增大，造成“超壓爆炸”的風(fēng)險進一步升高。

3 提高液化天然氣公路槽車運輸安全水平的有效策略

3.1 建立液化天然氣公路槽車運輸信息管理平臺

就目前的實際情況來看，國內(nèi)仍有一部分LNG運輸企業(yè)在槽車運輸方面的信息化管理水平上存在不足之處，特別是針對新技術(shù)的應(yīng)用還相對較少。因此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強對物流信息技術(shù)的整合應(yīng)用，構(gòu)建運輸信息網(wǎng)絡(luò)管理平臺，達(dá)到信息共享。對于LNG運輸而言，實時管理是最為有效的一種策略，為實現(xiàn)運輸信息管理平臺對LNG槽車運輸?shù)膶崟r管理，應(yīng)當(dāng)予以采用下幾方面的技術(shù)。

（1）應(yīng)用GIS（Geograpic Information System）技術(shù)，整合相關(guān)數(shù)據(jù)信息，繪制槽車公路運輸路線的電子地圖；

（2）應(yīng)用GPS技術(shù)，將GPS裝置安裝于所有LNG運輸槽車上，結(jié)合GIS技術(shù)，對槽車運輸路徑進行實時監(jiān)控；

（3）人工智能與視頻監(jiān)控的聯(lián)合應(yīng)用：視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要布置于槽車的各個關(guān)鍵節(jié)點，如罐體、閥門、駕駛室等位置，在此基礎(chǔ)上，將其優(yōu)化升級為AI監(jiān)測平臺，對每路攝像頭按需靈活配置多種AI識別分析模型，實時將危險事件及各種統(tǒng)計結(jié)果反饋給管理平臺方面，助力實現(xiàn)對安全風(fēng)險的預(yù)警、處置、追溯及持續(xù)改進，當(dāng)出現(xiàn)問題時，該模塊即可及時發(fā)出提示信號，有助于第一時間發(fā)現(xiàn)和解決問題；

（4）大數(shù)據(jù)技術(shù)：通過收集以往的槽車運輸相關(guān)數(shù)據(jù)予以整合，并通過傳感器對LNG槽車運輸?shù)臄?shù)據(jù)進行采集，用以分析可能出現(xiàn)問題的槽車及部位，做到“防患于未然”，盡早解決各類隱患問題。

3.2 對槽車運輸過程中的基本情況進行分析

在槽車運輸過程中，由于各種原因，車輛難免會出現(xiàn)振動顛簸情況，這就會導(dǎo)致罐內(nèi)的LNG對罐體出現(xiàn)沖擊，這種沖擊現(xiàn)象同樣是影響槽車運輸安全的重要因素，為分析具體情況并采取相對應(yīng)的解決措施，就需要對槽罐內(nèi)LNG的沖擊動力學(xué)特性進行研究，目前，模擬仿真法是分析槽罐內(nèi)LNG沖擊動力學(xué)特性的主要方法，其主要步驟如下。

（1）對液體沖擊的動力學(xué)理論進行分析，明確LNG的密度、黏度、壓縮性、表面張力等各方面的指標(biāo)參數(shù)；

（2）結(jié)合液體沖擊的動力學(xué)基本方程和LNG的物理性質(zhì)，確定LNG液體沖擊動力學(xué)的定解條件（包括初始條件與邊界條件）；

（3）根據(jù)有限元理論，使用Fluent軟件對LNG流動和沖擊等情況進行數(shù)值模擬，構(gòu)建仿真模型；

（4）仿真模型構(gòu)建完成后，設(shè)定邊界條件、初始條件和求解器，最后選擇SIMPLEC算法進行求解。在得出求解結(jié)果后，即可明確LNG槽車運輸過程中的沖擊情況，并根據(jù)分析結(jié)果，采取更具針對性的解決方案[6-7]。

3.3 提高液化天然氣儲運環(huán)節(jié)的安全水平

盡管當(dāng)前LNG槽罐的隔熱效果已經(jīng)較為優(yōu)異，但受到客觀因素的限制，槽罐內(nèi)難免會有少量的LNG轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麪顟B(tài)，而槽罐內(nèi)容納這些蒸汽的空間較為有限，當(dāng)槽罐內(nèi)的工作壓力值達(dá)到允許區(qū)間的上限后，如蒸發(fā)的氣體量繼續(xù)增加，則槽罐的壓力將進一步上升，進而造成LNG槽罐的安全性下降。為此，對LNG槽罐的設(shè)計進行優(yōu)化則是一項需要重點關(guān)注的內(nèi)容，在這方面的工作中，應(yīng)當(dāng)同時從以下幾個角度進行。

（1）應(yīng)當(dāng)對槽罐材料進行優(yōu)選，槽罐材料的物理特性應(yīng)當(dāng)適應(yīng)其在低溫條件下的工作，重點關(guān)注槽罐材料在低溫狀態(tài)下的抗拉強度、抗壓強度、沖擊韌性和熱膨脹系數(shù)；

（2）應(yīng)對LNG槽罐的充注管路進行優(yōu)化設(shè)計，考慮在頂部和底部均可進行LNG的加注，以避免LNG產(chǎn)生分層，或至少能夠消除已存在的分層現(xiàn)象；

（3）槽罐內(nèi)部和底部應(yīng)當(dāng)設(shè)置溫度傳感器進行溫度數(shù)據(jù)的實時采集，同時，為進一步提升槽罐的安全系數(shù)，所有進出口管線應(yīng)當(dāng)優(yōu)先設(shè)置在槽罐頂部，另外，對于LNG的槽罐，應(yīng)當(dāng)設(shè)置足夠的報警和停機裝置，以確保槽罐的安全。

在液化天然氣的公路運輸環(huán)節(jié)當(dāng)中，考慮到槽車在公路運輸環(huán)節(jié)中面臨的復(fù)雜交通狀況，在運輸環(huán)節(jié)中要做好以下幾方面的工作：首先，在運輸環(huán)節(jié)開始前，應(yīng)當(dāng)使用氮氣對LNG槽罐的內(nèi)部和管路等進行吹掃置換，當(dāng)槽罐內(nèi)部氣體的含氧量下降至2.0%以下后，再使用產(chǎn)品氣進行吹掃置換，直至氣體純度符合要求為止；其次，應(yīng)當(dāng)為LNG槽車配備靜電接地裝置，以消除運輸過程中產(chǎn)生的靜電，同時每輛LNG槽車應(yīng)當(dāng)至少配備4只滅火器，以應(yīng)對突發(fā)狀況；最后，為避免LNG槽車出現(xiàn)“超壓”問題，應(yīng)當(dāng)在LNG槽罐上設(shè)置安全閥和爆破片等超壓泄放裝置，槽罐上應(yīng)當(dāng)具備兩套安全閥在線安裝的雙路系統(tǒng)，并增設(shè)一個轉(zhuǎn)換器，以提升LNG槽車在安全設(shè)置上的冗余度。

3.4 提升相關(guān)工作人員的安全意識和專業(yè)水平

人為因素是影響液化天然氣公路槽車運輸安全的主要因素，因此，提升相關(guān)工作人員的安全意識和專業(yè)水平至關(guān)重要。具體來看，為實現(xiàn)上述目標(biāo)，負(fù)責(zé)LNG槽車運輸?shù)南嚓P(guān)單位應(yīng)當(dāng)定期向工作人員（包括駕駛員、質(zhì)檢員、押運員等）開展相應(yīng)的培訓(xùn)，在培訓(xùn)方式上，可通過應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，應(yīng)用微信公眾號、短視頻等新媒體方式來完成培訓(xùn)工作，這種模式有助于突破傳統(tǒng)會議模式的局限，將各方面的安全教育、專業(yè)技術(shù)等知識內(nèi)容以易于接受的方式表現(xiàn)出來，有助于取得更為顯著的效果。

除了理論方面的培訓(xùn)之外，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)定期開展實戰(zhàn)演練環(huán)節(jié)，如不具備相應(yīng)條件則可應(yīng)用VR等技術(shù)進行模擬演練，通過這種方式，讓工作人員對槽車運輸風(fēng)險問題的特征、解決問題的部署與執(zhí)行環(huán)節(jié)做到了如指掌，以此提升工作人員對槽車運輸安全風(fēng)險問題的應(yīng)對與解決能力。

3.5 加強對槽車相關(guān)設(shè)備的檢修維護工作

對槽車相關(guān)設(shè)備的檢修維護工作同樣不容忽視，在實際工作中，要建立起相應(yīng)的管理制度，明確安全設(shè)備的責(zé)任人，并將這些制度嚴(yán)格落實，定期開展維護保養(yǎng)工作并做好記錄，確保設(shè)備的基礎(chǔ)資料詳實。如技術(shù)條件允許，則可搭建基于AI+Big Data的設(shè)備智能診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過振動傳感器、高速采集器、邊緣網(wǎng)關(guān)，將動力設(shè)備運行時的狀態(tài)參數(shù)采集傳輸?shù)狡脚_，而平臺上則集成數(shù)據(jù)庫，存儲了大量的專家知識庫、人工智能算法和大數(shù)據(jù)規(guī)則引擎等模塊，通過這些功能模塊共同發(fā)揮作用后，即可做到“防患于未然”，預(yù)先判斷生產(chǎn)線上設(shè)備可能出現(xiàn)的故障問題，將事后補救轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)防，有效提高設(shè)備檢修工作的效率和質(zhì)量。

4 結(jié)束語

整體來看，液化天然氣公路槽車運輸安全工作是一項綜合性較強的內(nèi)容，如何確保這項工作發(fā)揮更大效用，仍是一個需要重點研究的方向。因此，在今后的實際工作當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢和自身的實際情況，加強各種新技術(shù)和新管理方法的應(yīng)用，切實提升隱患排查治理水平，推動液化天然氣公路槽車運輸安全水平的進一步提升。