長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱儲(chǔ)運(yùn)液化氣體的可行性研究

崔玉景 劉玉紅 侯雄偉

（石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司 石家莊 051430）

長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱儲(chǔ)運(yùn)液化氣體的可行性研究

崔玉景 劉玉紅 侯雄偉

（石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司 石家莊 051430）

TSG R0005—2011《移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)限定了長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱只能用于壓縮氣體介質(zhì)的儲(chǔ)運(yùn)。本文從市場(chǎng)可行性、技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)合理性及安全性方面論述長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱進(jìn)行液化氣體儲(chǔ)運(yùn)的可行性。

長(zhǎng)管拖車(chē) 管束式集裝箱 液化氣體 儲(chǔ)運(yùn) 可行性

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，人們生活水平和生產(chǎn)能力的不斷提高，大大促進(jìn)了液化氣體在應(yīng)用領(lǐng)域需求的迅猛增長(zhǎng)，必將導(dǎo)致液化氣體設(shè)備市場(chǎng)容量的不斷擴(kuò)大。

TSG R0005—2011《移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）［1］是長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱等移動(dòng)式承壓設(shè)備相關(guān)行業(yè)人員必須遵守的規(guī)程?！兑?guī)程》中規(guī)定：長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱僅適用于壓縮氣體介質(zhì)的儲(chǔ)運(yùn)，而將液化氣體排除在外。

長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱裝載氣瓶均應(yīng)符合TSG R0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《瓶規(guī)》）［2］的要求。《規(guī)程》和《瓶規(guī)》中將壓縮氣體與液化氣體的臨界溫度（Tc）分界線定義為-50℃，Tc≤-50℃的介質(zhì)為壓縮氣體，此氣體分界的定義符合國(guó)際規(guī)范的要求；而在1999版《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》中壓縮氣體與液化氣體的臨界溫度（Tc）分界線定義為-10℃。這就使得臨界溫度在-10℃和-50℃之間的介質(zhì)由原來(lái)分類(lèi)定義的壓縮氣體變?yōu)樾聵?biāo)準(zhǔn)定義的液化氣體，比如：三氟化氮（Tc=-39.3℃）、三氟化硼（Tc=-12.25℃）等。這樣使得2014年前作為壓縮氣體分類(lèi)使用的氣瓶，現(xiàn)在不得安裝于長(zhǎng)管拖車(chē)和管束式集裝箱上使用。

1 市場(chǎng)可行性分析

由于標(biāo)準(zhǔn)的以上限制，國(guó)內(nèi)氣體設(shè)備生產(chǎn)廠家只能將液化氣體設(shè)備出口到國(guó)外，而我國(guó)所使用的液化氣體設(shè)備則嚴(yán)重依賴進(jìn)口，此種狀況如不迅速改觀，勢(shì)必會(huì)加大國(guó)內(nèi)液化氣體的利用成本，甚至?xí)璧K國(guó)內(nèi)液化氣體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

董紅磊［3］、王麗娜［4］等對(duì)我國(guó)長(zhǎng)管拖車(chē)安全技術(shù)進(jìn)行了匯總；薛小龍［5］等對(duì)長(zhǎng)管拖車(chē)的檢驗(yàn)和使用安全進(jìn)行了總結(jié)；劉玉紅［6-7］、李偉［8］、李利嬌［9］等對(duì)長(zhǎng)管拖車(chē)的設(shè)計(jì)及制造環(huán)節(jié)提出了建議；李東升［10］、蔣仲先［11］、俞利群［12］等對(duì)電子級(jí)高純氣體的管線及閥門(mén)進(jìn)行了深入研究。我國(guó)在長(zhǎng)管拖車(chē)/管束式集裝箱在液化氣體的運(yùn)輸方面（甚至是超高純介質(zhì)）的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等方面均做了大量的工作，且已通過(guò)市場(chǎng)的檢驗(yàn)。因而，大力促進(jìn)關(guān)鍵液化氣體設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，已勢(shì)在必行。

對(duì)國(guó)內(nèi)和國(guó)際液化氣體市場(chǎng)進(jìn)行的大量調(diào)查和研究，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)高壓液化氣體市場(chǎng)前景廣闊，應(yīng)用廣泛。生產(chǎn)液化氣體管束式集裝箱、長(zhǎng)管拖車(chē)等儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備，前景樂(lè)觀，可以獲得較為滿意的經(jīng)濟(jì)效益。

2 技術(shù)可行性分析

2.1 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于氣瓶充裝液化氣體的規(guī)定

《瓶規(guī)》適用范圍規(guī)定了允許無(wú)縫氣瓶進(jìn)行高（低）壓液化氣體的盛裝。

國(guó)內(nèi)已有多年使用中小容積（150L以下）氣瓶裝載液化氣體的經(jīng)驗(yàn)。

2.2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于集裝箱儲(chǔ)運(yùn)液化氣體的規(guī)定

IMDG《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》［13］第4.1.4節(jié)P200包裝導(dǎo)則“按6.2的規(guī)定制造的鋼瓶、管狀容器、壓力桶、鋼瓶組件及按6.7.5規(guī)定制造的多單元?dú)怏w容器，允許用于下表列明的指定物質(zhì)的運(yùn)輸?！北?中列明了液化氣體，如UN1070一氧化二氮、UN1080六氟化硫、UN2451 三氟化氮等均可以用管狀容器和多單元?dú)怏w容器進(jìn)行充裝。

表1 液化氣體和可溶氣體（續(xù)）［13］

多單元?dú)怏w容器是指用一個(gè)總管進(jìn)行內(nèi)部連接并組裝在一個(gè)框架內(nèi)的各種鋼瓶、管狀容器和鋼瓶組的組合體。多單元?dú)怏w容器包括氣體運(yùn)輸所需的附屬設(shè)備和構(gòu)件。國(guó)內(nèi)的管束式集裝箱相當(dāng)于IMDG中裝載管狀容器的多單元?dú)怏w容器。

IMDG《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》第6.2.2.1.2條：ISO11120適用于UN管形容器的設(shè)計(jì)、構(gòu)造、初始檢驗(yàn)和試驗(yàn)。其中ISO11120標(biāo)準(zhǔn)［14］是適用于水容積為150～3000L，用于壓縮氣體或液化氣體的重復(fù)充裝，且工作溫度為-50～65℃的無(wú)縫鋼質(zhì)氣瓶。

綜上，國(guó)際規(guī)范是允許液化氣體采用裝載管狀容器的多單元?dú)怏w容器（管束式集裝箱）進(jìn)行運(yùn)輸，且單瓶容積限制為150～3000L。

國(guó)內(nèi)氣體設(shè)備廠家也已向國(guó)外出口了多種液化氣體介質(zhì)管束式集裝箱，未收到任何不良報(bào)告。

2.3 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱已有十幾年的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)用于壓縮氣體儲(chǔ)運(yùn)；液化氣體對(duì)于鋼瓶壓力要求更低；無(wú)縫氣瓶較中小容積焊接氣瓶無(wú)論從運(yùn)輸效率還是從安全性等方面都更具優(yōu)勢(shì)。

3 經(jīng)濟(jì)合理性分析

在保證使用安全的前提下，經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行液化氣體的存儲(chǔ)及運(yùn)輸可大大促進(jìn)液化氣體應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。以下以中壓罐車(chē)和長(zhǎng)管拖車(chē)為例，說(shuō)明液化氣體儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)合理性。

3.1 低壓液化氣體的運(yùn)輸（以液氨介質(zhì)為例）

●3.1.1 中壓罐車(chē)

《規(guī)程》表3-4中規(guī)定：無(wú)水氨設(shè)計(jì)壓力不得小于1.91MPa，單位容積充裝量不得大于530kg/m3，腐蝕裕量不得小于2mm。

選取罐體材料為Q370R（正火）（［σ］t=196MPa）［15］，設(shè)計(jì)罐體內(nèi)徑為2310mm，圓筒壁厚為13mm，取筒體長(zhǎng)度為10380mm，介質(zhì)最大允許充裝重量為26390kg，半掛車(chē)裝載總質(zhì)量為40000kg，滿足道路危險(xiǎn)貨物半掛車(chē)輛限重要求。

●3.1.2 長(zhǎng)管拖車(chē)

上裝40英尺集裝管束：公稱工作壓力16.6MPa（注：無(wú)縫鋼瓶壁厚太薄，熱處理及旋壓均難以實(shí)現(xiàn)，故可選用公稱工作壓力更高等級(jí)的來(lái)充裝低壓介質(zhì)），選取氣瓶規(guī)格φ559×10.6×10975mm，數(shù)量12支，介質(zhì)最大允許充裝質(zhì)量15117kg，此時(shí)長(zhǎng)管拖車(chē)裝載總質(zhì)量為38678kg，滿足道路危險(xiǎn)貨物半掛車(chē)輛限重要求。

●3.1.3 結(jié)論

兩類(lèi)車(chē)型每千克鋼材能運(yùn)輸液氨介質(zhì)重量的比值為：

中壓罐車(chē)：26390/（40000-26390）=1.94

長(zhǎng)管拖車(chē)：15117/（38678-15117）=0.64

可見(jiàn)，中壓罐車(chē)運(yùn)輸效率是長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)輸效率的3倍。

制造成本方面，中壓罐車(chē)也有一定的優(yōu)勢(shì)。

綜上，對(duì)于低壓液化氣體來(lái)說(shuō)，中壓罐車(chē)是更理想的選擇。

3.2 高壓液化氣體的運(yùn)輸（以一氧化二氮介質(zhì)為例）

●3.2.1 中壓罐車(chē)

《規(guī)程》第3.10.3條中規(guī)定，設(shè)計(jì)壓力不得低于設(shè)計(jì)溫度下介質(zhì)的飽和蒸汽壓，設(shè)計(jì)溫度取50℃，此溫度下的介質(zhì)飽和蒸汽壓為7.56MPa［16］，取設(shè)計(jì)壓力為7.6MPa。根據(jù)《規(guī)程》第3.10.7條中（1）規(guī)定充裝液化氣體和液體介質(zhì)的罐體的最大允許充裝量，按照介質(zhì)在設(shè)計(jì)溫度下罐體內(nèi)留有5%氣相空間確定；

選 取 罐 體 材 料 為Q370R（ 正 火）（［σ］t= 196MPa），設(shè)計(jì)罐體內(nèi)徑為2000mm，圓筒壁厚為42mm，取筒體長(zhǎng)度為9.16m，裝載質(zhì)量為13316kg，此時(shí)中壓罐車(chē)的裝載總質(zhì)量為40000kg，滿足道路危險(xiǎn)貨物半掛車(chē)輛限重要求。

●3.2.2 長(zhǎng)管拖車(chē)

上裝40英尺集裝管束：公稱工作壓力16.6MPa（注：無(wú)縫鋼瓶壁厚太薄，熱處理及旋壓均難以實(shí)現(xiàn)，故可選用公稱工作壓力更高等級(jí)的來(lái)充裝低壓介質(zhì)），選取氣瓶規(guī)格φ559×10.6×10975mm，數(shù)量10支，介質(zhì)最大允許充裝質(zhì)量17827kg，此時(shí)長(zhǎng)管拖車(chē)裝載總質(zhì)量為37878kg，滿足道路危險(xiǎn)貨物半掛車(chē)輛限重要求。

●3.2.3 結(jié)論

1）運(yùn)輸效率

兩類(lèi)車(chē)型每千克鋼材能運(yùn)輸一氧化二氮介質(zhì)重量的比值為：

中壓罐車(chē)：13316/（40000-13316）=0.50

長(zhǎng)管拖車(chē)：17827/（37878-17827）=0.89

可見(jiàn)，長(zhǎng)管拖車(chē)運(yùn)輸效率是中壓罐車(chē)運(yùn)輸效率的1.78倍。

2）生產(chǎn)制造

中壓罐車(chē)的罐體壁厚較厚，而且需要用正火板，板材質(zhì)量很難控制，同時(shí)涉及到厚板的焊接容易出現(xiàn)缺陷，并且增加無(wú)損檢測(cè)的成本、焊后熱處理工藝難度大等技術(shù)難題。

長(zhǎng)管拖車(chē)具有成熟的生產(chǎn)制造及使用經(jīng)驗(yàn)，質(zhì)量更有保證。

3）潔凈及密封工藝的可實(shí)施性

一氧化二氮為電子級(jí)的液化氣體，采用中壓罐車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，潔凈處理難以實(shí)現(xiàn)，還需開(kāi)設(shè)人孔等接口，漏率不容易達(dá)到要求。

綜上，長(zhǎng)管拖車(chē)與中壓罐車(chē)相比，不僅質(zhì)量更有保證，而且運(yùn)輸效率要高。從經(jīng)濟(jì)合理性和生產(chǎn)工藝、使用安全性等方面考慮，使用長(zhǎng)管拖車(chē)進(jìn)行高壓液化氣體的運(yùn)輸是很理想的選擇。

4 安全性分析

目前，設(shè)備安全已成為設(shè)備能否被市場(chǎng)接受、有無(wú)發(fā)展前景的關(guān)鍵因素。因此除了在正常使用保證安全的前提下，在火災(zāi)等極端條件下，內(nèi)部介質(zhì)溫度劇烈升高時(shí)，也必須保證設(shè)備安全。為此，王紅霞［17］、任美鳳［18］等對(duì)火災(zāi)工況下壓力容器安全泄放量的計(jì)算進(jìn)行了深入研究，主要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）GB 16918—1997《氣瓶用爆破片技術(shù)條件》［19］對(duì)液化氣體氣瓶的安全泄放量做了規(guī)定；

2）CGAS-1.1-2005 “Pressure Relief DeviceStandards”［20］給出了采用各種不同安全泄放裝置及其組合裝置時(shí)，氣瓶安全泄放量的計(jì)算方法；

3）API 521—2007“Pressure-Relieving and Depressuring Systems”［21］對(duì)暴露于明火的氣瓶所需的泄放面積做了規(guī)定，計(jì)算公式是從容器在火災(zāi)情況下通過(guò)器壁的吸收熱量導(dǎo)致壓力升高推導(dǎo)而來(lái)，由于很好地考慮了氣瓶受火情況，具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更適用于火災(zāi)情況。

以上標(biāo)準(zhǔn)均適用于液化氣體，所以即使在火災(zāi)工況下，長(zhǎng)管拖車(chē)進(jìn)行液化氣體的儲(chǔ)運(yùn)也是有理論依據(jù)的。當(dāng)處于火災(zāi)，溫度劇增導(dǎo)致氣瓶?jī)?nèi)部壓力達(dá)到泄放壓力時(shí)，安全泄放裝置會(huì)開(kāi)啟，并能保證所需的排放能力，保證設(shè)備的安全。

5 結(jié)論

國(guó)內(nèi)長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱具有豐富的儲(chǔ)運(yùn)壓縮氣體的經(jīng)驗(yàn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是允許管束式集裝箱進(jìn)行液化氣體的運(yùn)輸?shù)摹?/p>

從運(yùn)輸效率、生產(chǎn)制造及潔凈及密封工藝的可實(shí)施性方面考慮，長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱是儲(chǔ)運(yùn)高壓液化氣體更理想的選擇。長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱進(jìn)行高壓液化氣體的儲(chǔ)運(yùn)在保證使用安全的前提下，能大大降低儲(chǔ)運(yùn)成本，對(duì)液化氣體行業(yè)的快速、健康發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。

通過(guò)大量的市場(chǎng)調(diào)研，從市場(chǎng)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面進(jìn)行細(xì)致分析后，結(jié)論是此新技術(shù)市場(chǎng)前景好，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益好，風(fēng)險(xiǎn)性小。建議國(guó)家在標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)評(píng)審等方面放開(kāi)對(duì)長(zhǎng)管拖車(chē)、管束式集裝箱充裝液化氣體的限制。

［1］ TSG R0005—2011 移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

［2］ TSG R0006-2014 氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

［3］ 董紅磊，李邦憲，薄柯，等.我國(guó)長(zhǎng)管拖車(chē)安全技術(shù)發(fā)展綜述［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全，2014，30（08）：1-5.

［4］ 王麗娜.我國(guó)長(zhǎng)管拖車(chē)的現(xiàn)狀及安全使用［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全， 2011，27（06）：51-53.

［5］ 薛小龍，姚建平，肖飚.長(zhǎng)管拖車(chē)的檢驗(yàn)及使用安全［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全，2009，25（12）：65-66.

［6］ 劉玉紅，付俊卿，王二博.長(zhǎng)管拖車(chē)瓶體轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全，2009，25（11）：11-12.

［7］ 劉玉紅，常靜，衛(wèi)麗霞.長(zhǎng)管拖車(chē)瓶端螺紋磨損原因分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)［J］.專(zhuān)用汽車(chē)，2008（09）：58-59.

［8］ 李偉，鄧貴德，吉方，等.長(zhǎng)管拖車(chē)應(yīng)用現(xiàn)狀與氣瓶外螺紋磨損統(tǒng)計(jì)分析［J］.化學(xué)工程與裝備，2014（05）： 8-12.

［9］ 李利嬌.從設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)重視長(zhǎng)管拖車(chē)的安全控制［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全，2009，25（07）：22-24.

［10］ 李東升.電子級(jí)高純氣體輸送系統(tǒng)［J］.電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2005，34（02）：56-58.

［11］ 蔣仲先.特種氣體用閥門(mén)及配套件［J］.閥門(mén)，1998（04）：34-35.

［12］ 俞利群.高純氣體輸送用管線與閥門(mén)［J］.低溫與特氣，1993（03）：23-27.

［13］ IMDG 國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則［S］.

［14］ ISO11120 氣瓶-水容積150L～3000L的可重復(fù)充裝鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)［S］.

［15］ GB 150—2011 壓力容器［S］.

［16］ Matheson氣體數(shù)據(jù)手冊(cè)［Z］.

［17］ 王紅霞，陳奇峰.大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶壓力容器處于火災(zāi)環(huán)境時(shí)安全泄放量的計(jì)算方法的探討［J］.化工設(shè)備與管道，2007，44（3）：16-18.

［18］ 美鳳，卞潮淵，楊健.火災(zāi)工況壓力容器安全泄放量計(jì)算公式的探討［J］.化工設(shè)計(jì)，2006，16（1）：47-49.

［19］ GB 16918—1997 氣瓶用爆破片技術(shù)條件［S］.

［20］ CGAS-1.1-2005 Pressure Relief Device Standards ［S］.

［21］ API 521—2007 Pressure-Relieving and Depressuring Systems［S］.

Liquefied Gas Storage and Transportation Feasibility with Tube Trailer or Tube Skid

Cui Yujing Liu Yuhong Hou Xiongwei
（Shijiazhuang Enric Gas Equipment Co.， LTD Shijiazhuang 051430）

Tube trailer and tube skid are only approved for transportation of the compressed gas according to TSG R0005—2011 Supervision Regulation on Safety Technology for Transportable Pressure Vessel.Feasibility of storage and transportation of the liquefied gas by tube trailer or tube skid is illustrated in the aspects of market， technic，economic and security in this paper.

Tube trailer Tube skid Liquefied gas Storage and transportation Feasibility

X933.4

B

1673-257X（2016）09-0001-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.09.001

崔玉景（1986～），女，碩士，助理工程師，從事壓力容器的研究工作。

（2016-03-03）