长管拖车、管束式集装箱储运液化气体的可行性研究

崔玉景 刘玉红 侯雄伟

（石家庄安瑞科气体机械有限公司 石家庄 051430）

长管拖车、管束式集装箱储运液化气体的可行性研究

崔玉景 刘玉红 侯雄伟

（石家庄安瑞科气体机械有限公司 石家庄 051430）

TSG R0005—2011《移动式压力容器安全技术监察规程》标准限定了长管拖车、管束式集装箱只能用于压缩气体介质的储运。本文从市场可行性、技术可行性及经济合理性及安全性方面论述长管拖车、管束式集装箱进行液化气体储运的可行性。

长管拖车 管束式集装箱 液化气体 储运 可行性

随着国民经济的持续快速发展，人们生活水平和生产能力的不断提高，大大促进了液化气体在应用领域需求的迅猛增长，必将导致液化气体设备市场容量的不断扩大。

TSG R0005—2011《移动式压力容器安全技术监察规程》（以下简称《规程》）［1］是长管拖车、管束式集装箱等移动式承压设备相关行业人员必须遵守的规程。《规程》中规定：长管拖车、管束式集装箱仅适用于压缩气体介质的储运，而将液化气体排除在外。

长管拖车、管束式集装箱装载气瓶均应符合TSG R0006—2014《气瓶安全技术监察规程》（以下简称《瓶规》）［2］的要求。《规程》和《瓶规》中将压缩气体与液化气体的临界温度（Tc）分界线定义为-50℃，Tc≤-50℃的介质为压缩气体，此气体分界的定义符合国际规范的要求；而在1999版《气瓶安全监察规程》中压缩气体与液化气体的临界温度（Tc）分界线定义为-10℃。这就使得临界温度在-10℃和-50℃之间的介质由原来分类定义的压缩气体变为新标准定义的液化气体，比如：三氟化氮（Tc=-39.3℃）、三氟化硼（Tc=-12.25℃）等。这样使得2014年前作为压缩气体分类使用的气瓶，现在不得安装于长管拖车和管束式集装箱上使用。

1 市场可行性分析

由于标准的以上限制，国内气体设备生产厂家只能将液化气体设备出口到国外，而我国所使用的液化气体设备则严重依赖进口，此种状况如不迅速改观，势必会加大国内液化气体的利用成本，甚至会阻碍国内液化气体产业的发展。

董红磊［3］、王丽娜［4］等对我国长管拖车安全技术进行了汇总；薛小龙［5］等对长管拖车的检验和使用安全进行了总结；刘玉红［6-7］、李伟［8］、李利娇［9］等对长管拖车的设计及制造环节提出了建议；李东升［10］、蒋仲先［11］、俞利群［12］等对电子级高纯气体的管线及阀门进行了深入研究。我国在长管拖车/管束式集装箱在液化气体的运输方面（甚至是超高纯介质）的设计、制造、检验等方面均做了大量的工作，且已通过市场的检验。因而，大力促进关键液化气体设备的国产化，实现进口替代，已势在必行。

对国内和国际液化气体市场进行的大量调查和研究，发现国内高压液化气体市场前景广阔，应用广泛。生产液化气体管束式集装箱、长管拖车等储运设备，前景乐观，可以获得较为满意的经济效益。

2 技术可行性分析

2.1 国内标准对于气瓶充装液化气体的规定

《瓶规》适用范围规定了允许无缝气瓶进行高（低）压液化气体的盛装。

国内已有多年使用中小容积（150L以下）气瓶装载液化气体的经验。

2.2 国际标准对于集装箱储运液化气体的规定

IMDG《国际海运危险货物规则》［13］第4.1.4节P200包装导则“按6.2的规定制造的钢瓶、管状容器、压力桶、钢瓶组件及按6.7.5规定制造的多单元气体容器，允许用于下表列明的指定物质的运输。”表1中列明了液化气体，如UN1070一氧化二氮、UN1080六氟化硫、UN2451 三氟化氮等均可以用管状容器和多单元气体容器进行充装。

表1 液化气体和可溶气体（续）［13］

多单元气体容器是指用一个总管进行内部连接并组装在一个框架内的各种钢瓶、管状容器和钢瓶组的组合体。多单元气体容器包括气体运输所需的附属设备和构件。国内的管束式集装箱相当于IMDG中装载管状容器的多单元气体容器。

IMDG《国际海运危险货物规则》第6.2.2.1.2条：ISO11120适用于UN管形容器的设计、构造、初始检验和试验。其中ISO11120标准［14］是适用于水容积为150～3000L，用于压缩气体或液化气体的重复充装，且工作温度为-50～65℃的无缝钢质气瓶。

综上，国际规范是允许液化气体采用装载管状容器的多单元气体容器（管束式集装箱）进行运输，且单瓶容积限制为150～3000L。

国内气体设备厂家也已向国外出口了多种液化气体介质管束式集装箱，未收到任何不良报告。

2.3 国内长管拖车、管束式集装箱发展状况

国内长管拖车、管束式集装箱已有十几年的设计制造经验用于压缩气体储运；液化气体对于钢瓶压力要求更低；无缝气瓶较中小容积焊接气瓶无论从运输效率还是从安全性等方面都更具优势。

3 经济合理性分析

在保证使用安全的前提下，经济高效地进行液化气体的存储及运输可大大促进液化气体应用领域的发展。以下以中压罐车和长管拖车为例，说明液化气体储运设备的经济合理性。

3.1 低压液化气体的运输（以液氨介质为例）

●3.1.1 中压罐车

《规程》表3-4中规定：无水氨设计压力不得小于1.91MPa，单位容积充装量不得大于530kg/m³，腐蚀裕量不得小于2mm。

选取罐体材料为Q370R（正火）（［σ］t=196MPa）［15］，设计罐体内径为2310mm，圆筒壁厚为13mm，取筒体长度为10380mm，介质最大允许充装重量为26390kg，半挂车装载总质量为40000kg，满足道路危险货物半挂车辆限重要求。

●3.1.2 长管拖车

上装40英尺集装管束：公称工作压力16.6MPa（注：无缝钢瓶壁厚太薄，热处理及旋压均难以实现，故可选用公称工作压力更高等级的来充装低压介质），选取气瓶规格φ559×10.6×10975mm，数量12支，介质最大允许充装质量15117kg，此时长管拖车装载总质量为38678kg，满足道路危险货物半挂车辆限重要求。

●3.1.3 结论

两类车型每千克钢材能运输液氨介质重量的比值为：

中压罐车：26390/（40000-26390）=1.94

长管拖车：15117/（38678-15117）=0.64

可见，中压罐车运输效率是长管拖车运输效率的3倍。

制造成本方面，中压罐车也有一定的优势。

综上，对于低压液化气体来说，中压罐车是更理想的选择。

3.2 高压液化气体的运输（以一氧化二氮介质为例）

●3.2.1 中压罐车

《规程》第3.10.3条中规定，设计压力不得低于设计温度下介质的饱和蒸汽压，设计温度取50℃，此温度下的介质饱和蒸汽压为7.56MPa［16］，取设计压力为7.6MPa。根据《规程》第3.10.7条中（1）规定充装液化气体和液体介质的罐体的最大允许充装量，按照介质在设计温度下罐体内留有5%气相空间确定；

选 取 罐 体 材 料 为Q370R（ 正 火）（［σ］t= 196MPa），设计罐体内径为2000mm，圆筒壁厚为42mm，取筒体长度为9.16m，装载质量为13316kg，此时中压罐车的装载总质量为40000kg，满足道路危险货物半挂车辆限重要求。

●3.2.2 长管拖车

上装40英尺集装管束：公称工作压力16.6MPa（注：无缝钢瓶壁厚太薄，热处理及旋压均难以实现，故可选用公称工作压力更高等级的来充装低压介质），选取气瓶规格φ559×10.6×10975mm，数量10支，介质最大允许充装质量17827kg，此时长管拖车装载总质量为37878kg，满足道路危险货物半挂车辆限重要求。

●3.2.3 结论

1）运输效率

两类车型每千克钢材能运输一氧化二氮介质重量的比值为：

中压罐车：13316/（40000-13316）=0.50

长管拖车：17827/（37878-17827）=0.89

可见，长管拖车运输效率是中压罐车运输效率的1.78倍。

2）生产制造

中压罐车的罐体壁厚较厚，而且需要用正火板，板材质量很难控制，同时涉及到厚板的焊接容易出现缺陷，并且增加无损检测的成本、焊后热处理工艺难度大等技术难题。

长管拖车具有成熟的生产制造及使用经验，质量更有保证。

3）洁净及密封工艺的可实施性

一氧化二氮为电子级的液化气体，采用中压罐车进行运输时，洁净处理难以实现，还需开设人孔等接口，漏率不容易达到要求。

综上，长管拖车与中压罐车相比，不仅质量更有保证，而且运输效率要高。从经济合理性和生产工艺、使用安全性等方面考虑，使用长管拖车进行高压液化气体的运输是很理想的选择。

4 安全性分析

目前，设备安全已成为设备能否被市场接受、有无发展前景的关键因素。因此除了在正常使用保证安全的前提下，在火灾等极端条件下，内部介质温度剧烈升高时，也必须保证设备安全。为此，王红霞［17］、任美凤［18］等对火灾工况下压力容器安全泄放量的计算进行了深入研究，主要依据的标准如下：

1）GB 16918—1997《气瓶用爆破片技术条件》［19］对液化气体气瓶的安全泄放量做了规定；

2）CGAS-1.1-2005 “Pressure Relief DeviceStandards”［20］给出了采用各种不同安全泄放装置及其组合装置时，气瓶安全泄放量的计算方法；

3）API 521—2007“Pressure-Relieving and Depressuring Systems”［21］对暴露于明火的气瓶所需的泄放面积做了规定，计算公式是从容器在火灾情况下通过器壁的吸收热量导致压力升高推导而来，由于很好地考虑了气瓶受火情况，具有扎实的理论基础，更适用于火灾情况。

以上标准均适用于液化气体，所以即使在火灾工况下，长管拖车进行液化气体的储运也是有理论依据的。当处于火灾，温度剧增导致气瓶内部压力达到泄放压力时，安全泄放装置会开启，并能保证所需的排放能力，保证设备的安全。

5 结论

国内长管拖车、管束式集装箱具有丰富的储运压缩气体的经验。国际标准是允许管束式集装箱进行液化气体的运输的。

从运输效率、生产制造及洁净及密封工艺的可实施性方面考虑，长管拖车、管束式集装箱是储运高压液化气体更理想的选择。长管拖车、管束式集装箱进行高压液化气体的储运在保证使用安全的前提下，能大大降低储运成本，对液化气体行业的快速、健康发展起到积极的推动作用。

通过大量的市场调研，从市场、技术、经济、安全等方面进行细致分析后，结论是此新技术市场前景好，社会经济效益好，风险性小。建议国家在标准制定、技术评审等方面放开对长管拖车、管束式集装箱充装液化气体的限制。

［1］ TSG R0005—2011 移动式压力容器安全技术监察规程［S］.

［2］ TSG R0006-2014 气瓶安全技术监察规程［S］.

［3］ 董红磊，李邦宪，薄柯，等.我国长管拖车安全技术发展综述［J］.中国特种设备安全，2014，30（08）：1-5.

［4］ 王丽娜.我国长管拖车的现状及安全使用［J］.中国特种设备安全， 2011，27（06）：51-53.

［5］ 薛小龙，姚建平，肖飚.长管拖车的检验及使用安全［J］.中国特种设备安全，2009，25（12）：65-66.

［6］ 刘玉红，付俊卿，王二博.长管拖车瓶体转动现象分析及结构改进［J］.中国特种设备安全，2009，25（11）：11-12.

［7］ 刘玉红，常静，卫丽霞.长管拖车瓶端螺纹磨损原因分析及结构改进［J］.专用汽车，2008（09）：58-59.

［8］ 李伟，邓贵德，吉方，等.长管拖车应用现状与气瓶外螺纹磨损统计分析［J］.化学工程与装备，2014（05）： 8-12.

［9］ 李利娇.从设计与制造环节重视长管拖车的安全控制［J］.中国特种设备安全，2009，25（07）：22-24.

［10］ 李东升.电子级高纯气体输送系统［J］.电子工业专用设备，2005，34（02）：56-58.

［11］ 蒋仲先.特种气体用阀门及配套件［J］.阀门，1998（04）：34-35.

［12］ 俞利群.高纯气体输送用管线与阀门［J］.低温与特气，1993（03）：23-27.

［13］ IMDG 国际海运危险货物规则［S］.

［14］ ISO11120 气瓶-水容积150L～3000L的可重复充装钢质无缝气瓶的设计、制造和试验［S］.

［15］ GB 150—2011 压力容器［S］.

［16］ Matheson气体数据手册［Z］.

［17］ 王红霞，陈奇峰.大容积钢质无缝气瓶压力容器处于火灾环境时安全泄放量的计算方法的探讨［J］.化工设备与管道，2007，44（3）：16-18.

［18］ 美凤，卞潮渊，杨健.火灾工况压力容器安全泄放量计算公式的探讨［J］.化工设计，2006，16（1）：47-49.

［19］ GB 16918—1997 气瓶用爆破片技术条件［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，硕士，助理工程师，从事压力容器的研究工作。

（2016-03-03）