集裝箱式液化天然氣槽罐應用探討

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)

近年來國內天然氣市場快速發展，國家相繼出臺多項支持性政策，推進供給側結構性改革，全面梳理天然氣各環節價格,以減少供氣中間環節，規范收費行為, 降低天然氣價格，建立健全監管長效機制,推動天然氣市場發展[1]。2017年國內冬季北方天然氣緊缺，調峰保供壓力巨大，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，長距離運輸經濟性較低、運輸風險高，因此集裝箱式LNG槽罐提上了應用日程。集裝箱式LNG槽罐運輸機動、批量靈活、適宜運存，可實現陸運、海運、鐵路聯運等運輸方式，為客戶提供門到門服務。

1 國內集裝箱式LNG槽罐發展現狀

1.1 集裝箱式LNG槽罐結構及規格

集裝箱式LNG槽罐罐箱主要由框架、罐體、閥門箱和安全監控裝置等部件組成，并涂打規定的標識?？蚣苡山羌?、角柱、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，由內容器和外殼組成。絕熱結構為高真空多層絕熱。罐體與框架的連接采用底部縱梁焊接結構、端部裙座式連接板焊接結構。閥箱設置在罐體側方，箱內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易要求，在罐箱設計、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監察規程》、《國際海運危險貨物運輸規則》、《鐵路危險貨物運輸管理暫行規定》等相關規定、規范要求?？紤]到運營經濟性和通用性，目前國內制造的LNG槽罐箱主要有6 m(20英尺)、9 m(30英尺)和12 m(40英尺)3種規格[2-6]。

1.2 集裝箱式LNG槽罐應用情況

我國從2000-02開始研制集裝箱式LNG槽罐，當時由于公路運輸成本太高沒有推廣應用，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營體制等原因，LNG 鐵路運輸一直沒有新的發展。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，在前期面臨相當大的技術和管理協調方面的問題，海事局、港口、船運公司均態度謹慎，發展較慢。 2013年后開始有LNG集裝箱從南通運到東莞，并在東莞與海口之間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、絕熱等技術安全可靠,以降低LNG罐箱在運輸、編組、轉場、裝卸等環節的泄漏、燃燒爆炸等風險[10-11]。

近年國內有關集裝箱式LNG槽罐制造、設計與加工，檢測與維護，LNG運輸配套服務的站場，安全風險防范與應急處置等方面的法規和規范陸續出臺，多個省份均致力于相關產業政策的完善，積極推動LNG 罐式集裝運輸業的發展。2013年后國內LNG集裝式槽罐的研究和應用快速發展，我國生產的LNG 集裝箱在國內外陸上運輸已超過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開展集裝箱式LNG槽罐的鐵路、水路、公路試用和相關標準制定。截止到2018-06，國內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槽罐應用試點的成功，后續集裝箱式LNG槽罐將進入發展的爆發期。

2 集裝箱式LNG槽罐及常規LNG槽車應用特點

2.1 常規LNG槽車

常規LNG槽車運輸比較成熟，是目前LNG供應的主要方式，其特點主要為：①一般采用點供式，即從裝貨站點出發到卸貨站點結束，運輸靈活，無需中轉站。②運輸周期比較短，一般在1周內。③運輸距離一般在1 000 km范圍內。④司機和押運員可全程實時監控槽罐的壓力、溫度等參數，發現異常可立即處理。⑤通常情況下常規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，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轉運，轉運距離不受限制。④人為監控和應急處理難度相對大。⑤保溫系統設計更嚴格，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需要設置專用中轉站和轉運設備。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，當集裝箱內的LNG耗盡后，再換另一批集裝箱使用。⑨大部分采用側裝式。

3 集裝箱式LNG槽罐應用實例

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槽罐設計、應用等方面進行探討。

3.1 集裝箱式LNG槽罐工藝布置

3.1.1 管線布置在罐內

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，管道布置流程明顯復雜。

圖2 集裝箱式LNG槽罐工藝管線及附屬設施布置情況

圖3 集裝箱式LNG槽罐內部工藝管線布置

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歷多次轉運、吊裝以及類似的碰撞機率較高的工況，設計時制定了應避免工藝管線裸露過長的原則，采取將工藝管線設置在內外罐的夾層區的設計，減少了管道損壞帶來的風險。

3.1.2 增設自動切斷閥門

集裝箱式LNG槽罐在運輸過程中采用集裝、集輸方式，人員不易實現即時應急處置。在設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動，使緊急切斷閥關閉。自動控制模式即通過在緊急切斷閥操作裝置設置易熔合金，在無人操作且環境溫度超過(70±5) ℃的熔斷溫度時，實現易熔合金熔化，氣缸泄壓，切斷閥自動關閉，阻止LNG繼續卸料，防止事故擴大的目的。

3.1.3 增設預冷裝置

集裝箱式LNG槽罐周轉期較長(至少4周)，罐體回溫比較頻繁，需要反復冷卻，冷卻不均勻或過快會使內罐壁產生收縮和過大的應力，導致內罐變形或使焊縫處產生破裂。與傳統槽車運行模式不同，為增加集裝箱式LNG槽罐安全性，可以在設計時考慮槽罐冷卻作業，在罐箱內部設置霧化噴淋裝置，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，通過優化設計設置槽罐預冷裝置，提高冷卻效率[14]。

3.2 集裝箱式LNG槽罐結構布置

3.2.1 集裝箱式槽罐氣液充裝口設計

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LNG槽車的這2個相應位置高度分別約0.8 m和0.6 m，導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

在設計過程中采取多種措施優化充裝口的布置，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調整氣、液相法蘭面間距和高度。②在設計槽車充裝橇時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LNG槽車運輸方式復雜，包含公路、鐵路和水路運輸，在中轉站吊裝和裝卸的次數大量增加，這些過程都存在安全風險。設計罐箱時應充分考慮使用安全提醒標識、標記，還可設置連續氣體濃度監測裝置，在危險作業或檢測到危險源時通過聲光、反光帶、危險報警裝置等提醒,操作人員或監控人員可以及時根據提醒信息開展處理，有效降低安全風險[15-17]。

3.3 使用便捷性設計

3.3.1 增設自增壓裝置

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。在使用過程應根據其功能考慮設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，經過自增壓汽化器的汽化，氣態天然氣再經由氣體管路返回至槽罐的氣相空間，儲罐壓力增加，從而達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，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 實現實時監控

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

1.大力發展冰雪裝備制造業，謀求產業領域突破。吉林省冰雪裝備制造業加工生產能力較弱，應積極引進國外先進技術，研發制造冰雪設施裝備，打造核心品牌。2016年，投資達百億的高端冰雪運動裝備制造項目落戶長春新區空港經濟開發區，應以其為中心，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業基地的資源和技術優勢，推動企業研發冬季運動系列產品，努力實現冰雪裝備制造國產化突破。政府要鼓勵優秀冰雪運動員等自主創辦冰雪器材品牌，發展冰雪休閑運動用品產業。

設備遠傳系統實物見圖8，設備監控器實物見圖9。對每個集裝箱設置唯一的編號，以云端智能控制方式，通過電容式無線遠傳復合變送器(圖8中方框內)、APP、GPRS將實時監測到的罐內壓力、液位、介質溫度、位置等數據信息(圖9中圓圈內)傳送到客戶端。

圖7 高科技手段實時監控儀表接口與可視界面

圖8 設備遠傳系統實物

圖9 設備監控器實物

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，可以考慮設計電子磅單、隨箱資料盒等。將磅單、產品組分、產品說明書、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儲罐應用對傳統產業鏈影響分析

4.1 貿易方式

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等特點，國內實現陸海聯運后，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，在轉運站實現轉運，快速便捷，將對國內傳統的LNG產業鏈造成較大影響。

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運，通過內河、鐵路、陸路建立的集裝箱式LNG槽罐轉運站和運輸網就可實現LNG資源的更高效快速分銷，將極大改變現階段僅依靠LNG接收站—公路槽車—客戶的液態運轉模式[4]。

一罐到底直接打通上下游，在國內具有較大的發展空間和應用前景，將為國內有意進口LNG卻沒有LNG接收站作為支撐的各類企業提供較大的可能性，對長期處于壟斷的大型LNG運輸船加大型LNG接收站貿易模式形成沖擊，將對傳統LNG槽車公路運輸物流模式形成較大影響。中國周邊的韓國、日本燃氣公司作為世界第一、第二大LNG貿易商在前期建設了多座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、中轉站碼頭，隨卸隨轉，便利快速，將極大降低LNG貿易成本，將吸引更多企業參與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易者，國際LNG現貨將更受國內市場關注[5-6]。

4.2 市場和調峰方式

隨著集裝箱式LNG槽罐物流方式發展，可以在任何需要天然氣的內江、內河沿岸、鐵路延伸處進行貿易往來。這種新的交易方式不僅增加交易的主體，而且也擴大了現貨LNG的交易量，對用戶的布點將會更靈活。可利用其存儲時間長、存放方便、調峰能力強等特點，在當前不易開展管道或用氣量較少的地區實施單一小區化、社區化、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，同時可以實現靈活轉運。

另外，按照集裝箱式LNG槽罐設計要求，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，單一標準罐箱即可儲存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淡旺季調峰市場將得到較大的改善。

4.3 LNG接收站設備和功能

4.3.1 設備要求

由于集裝箱式LNG槽罐貿易周期相對較長，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LNG的組分、熱值、氣化率、重量等產品參數，現有接收站若開展集裝箱式LNG槽罐業務，將需要提前考慮增設取樣分析裝置，以滿足集裝箱隨箱資料要求。另外，集裝箱式槽罐運距遠、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集裝箱箱體冷卻，需要提前考慮增設集裝箱式LNG槽罐的冷卻設施。

4.3.2 功能定位

傳統接收站主要開展汽化管道外輸和液態槽車外輸，若開展集裝箱式LNG槽罐外輸，在充裝站的設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船運業務，則需要提前考慮轉運集裝箱碼頭設計。此外從長遠發展角度考慮，傳統LNG接收站應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槽罐進口貿易的影響。

5 結語

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