集装箱式液化天然气槽罐应用探讨

童文龙， 刘 蛟

(广东珠海金湾液化天然气有限公司， 广东 珠海 519001)

近年来国内天然气市场快速发展，国家相继出台多项支持性政策，推进供给侧结构性改革，全面梳理天然气各环节价格,以减少供气中间环节，规范收费行为, 降低天然气价格，建立健全监管长效机制,推动天然气市场发展[1]。2017年国内冬季北方天然气紧缺，调峰保供压力巨大，液化天然气(LNG)槽车运输成为保供主力军，但LNG槽车运输量小，长距离运输经济性较低、运输风险高，因此集装箱式LNG槽罐提上了应用日程。集装箱式LNG槽罐运输机动、批量灵活、适宜运存，可实现陆运、海运、铁路联运等运输方式，为客户提供门到门服务。

1 国内集装箱式LNG槽罐发展现状

1.1 集装箱式LNG槽罐结构及规格

集装箱式LNG槽罐罐箱主要由框架、罐体、阀门箱和安全监控装置等部件组成，并涂打规定的标识。框架由角件、角柱、纵梁、端梁等零件组焊而成。罐体是罐箱的主要部件，用于储存LNG，由内容器和外壳组成。绝热结构为高真空多层绝热。罐体与框架的连接采用底部纵梁焊接结构、端部裙座式连接板焊接结构。阀箱设置在罐体侧方，箱内集中布置了各种装卸附件和安全附件[2]。为了满足罐箱公路、铁路、水路运输以及国际贸易要求，在罐箱设计、制造、使用中，均充分考虑移动式LNG槽罐罐箱使用安全，遵循《移动式压力容器安全技术监察规程》、《国际海运危险货物运输规则》、《铁路危险货物运输管理暂行规定》等相关规定、规范要求。考虑到运营经济性和通用性，目前国内制造的LNG槽罐箱主要有6 m(20英尺)、9 m(30英尺)和12 m(40英尺)3种规格[2-6]。

1.2 集装箱式LNG槽罐应用情况

我国从2000-02开始研制集装箱式LNG槽罐，当时由于公路运输成本太高没有推广应用，2004年新疆广汇集团修建1.8 km专用铁路开展LNG运输实验研究，后因未妥善解决安全问题和经营体制等原因，LNG 铁路运输一直没有新的发展。直至2012-08，铁道部运输局重启LNG铁路运输项目研究[7-8]。

LNG集装箱水上运输模式，在前期面临相当大的技术和管理协调方面的问题，海事局、港口、船运公司均态度谨慎，发展较慢。 2013年后开始有LNG集装箱从南通运到东莞，并在东莞与海口之间定期运输多个航次的试验实例，单船装载量也在增加[9]。由于LNG的低温、易燃、易爆特性，必须确保LNG槽罐的装卸、绝热等技术安全可靠,以降低LNG罐箱在运输、编组、转场、装卸等环节的泄漏、燃烧爆炸等风险[10-11]。

近年国内有关集装箱式LNG槽罐制造、设计与加工，检测与维护，LNG运输配套服务的站场，安全风险防范与应急处置等方面的法规和规范陆续出台，多个省份均致力于相关产业政策的完善，积极推动LNG 罐式集装运输业的发展。2013年后国内LNG集装式槽罐的研究和应用快速发展，我国生产的LNG 集装箱在国内外陆上运输已超过10 a，青藏铁路格拉段LNG 运输进行了3 次往返实装运行试验[12-13]。经济日报信息显示，自2017-05，中国国储能源化工集团股份公司已经采用集装箱式LNG槽罐运输模式从加拿大、澳大利亚向中国市场进口LNG。同时中国石油网2018-05-15报道称，中石油大连LNG接收站2018-04-23成功开展大连至烟台集装箱式LNG槽罐海陆联运测试。目前中国海洋石油集团有限公司、中国石油天然气集团有限公司、中国石油化工集团有限公司正联合中集安瑞科控股有限公司、中车长江车辆有限公司等企业开展集装箱式LNG槽罐的铁路、水路、公路试用和相关标准制定。截止到2018-06，国内已建接收站基本完成集装箱式LNG槽罐的充装测试，随着集装箱式LNG槽罐应用试点的成功，后续集装箱式LNG槽罐将进入发展的爆发期。

2 集装箱式LNG槽罐及常规LNG槽车应用特点

2.1 常规LNG槽车

常规LNG槽车运输比较成熟，是目前LNG供应的主要方式，其特点主要为：①一般采用点供式，即从装货站点出发到卸货站点结束，运输灵活，无需中转站。②运输周期比较短，一般在1周内。③运输距离一般在1 000 km范围内。④司机和押运员可全程实时监控槽罐的压力、温度等参数，发现异常可立即处理。⑤通常情况下常规槽车满载安全阀起跳时间为20 d左右。⑥ 进站充装时槽罐为冷态，可直接充装。⑦大部分采用后装式。

2.2 集装箱式LNG槽罐

集装箱式LNG槽罐应用特点主要如下：①运输量大，可采用集装船、火车等方式集中运输，再采用拖车分输。②运输周期比较长，一般会超过1个月。③装货站点可以选择直接进口或者国内转运，转运距离不受限制。④人为监控和应急处理难度相对大。⑤保温系统设计更严格，满载安全阀不起跳可以储存75 d以上。⑥进站充装槽罐为常温，需要冷却后充装。⑦需要设置专用中转站和转运设备。⑧可以作为储气罐使用，允许客户接收1个或多个满载LNG的集装箱，随用随取，当集装箱内的LNG耗尽后，再换另一批集装箱使用。⑨大部分采用侧装式。

3 集装箱式LNG槽罐应用实例

以广东珠海金湾液化天然气公司集装箱式LNG槽罐充装测试为实例，对集装箱式LNG槽罐设计、应用等方面进行探讨。

3.1 集装箱式LNG槽罐工艺布置

3.1.1 管线布置在罐内

LNG槽车工艺管线布置见图1，可见工艺管线布置在槽体外部，外观简便、清晰。这种布置并不合适于集装箱式槽罐的工艺管线。

图1 LNG槽车工艺管线及附属设施布置情况

集装箱式LNG槽罐外部工艺布置见图2， 其工艺管线布置见图3，可见管线布置在罐内，管道布置流程明显复杂。

图2 集装箱式LNG槽罐工艺管线及附属设施布置情况

图3 集装箱式LNG槽罐内部工艺管线布置

集装箱式LNG槽罐的工艺布置，主要是考虑到运输过程中将经历多次转运、吊装以及类似的碰撞机率较高的工况，设计时制定了应避免工艺管线裸露过长的原则，采取将工艺管线设置在内外罐的夹层区的设计，减少了管道损坏带来的风险。

3.1.2 增设自动切断阀门

集装箱式LNG槽罐在运输过程中采用集装、集输方式，人员不易实现即时应急处置。在设计槽罐紧急切断阀时可考虑采用手动和自控2种模式，手动控制模式即通过手动或气动驱动，使紧急切断阀关闭。自动控制模式即通过在紧急切断阀操作装置设置易熔合金，在无人操作且环境温度超过(70±5) ℃的熔断温度时，实现易熔合金熔化，气缸泄压，切断阀自动关闭，阻止LNG继续卸料，防止事故扩大的目的。

3.1.3 增设预冷装置

集装箱式LNG槽罐周转期较长(至少4周)，罐体回温比较频繁，需要反复冷却，冷却不均匀或过快会使内罐壁产生收缩和过大的应力，导致内罐变形或使焊缝处产生破裂。与传统槽车运行模式不同，为增加集装箱式LNG槽罐安全性，可以在设计时考虑槽罐冷却作业，在罐箱内部设置雾化喷淋装置，充装前采用少量LNG对罐箱进行冷却置换，满足要求后进行装车作业，通过优化设计设置槽罐预冷装置，提高冷却效率[14]。

3.2 集装箱式LNG槽罐结构布置

3.2.1 集装箱式槽罐气液充装口设计

集装箱式LNG槽罐运输需平板拖车配合，在充装过程中气、液相法兰接口距地面约1.6 m(图4)，气、液相法兰接口间距较大约1.4 m(图5)。而传统LNG槽车的这2个相应位置高度分别约0.8 m和0.6 m，导致已投用充装站点较难满足集装箱式LNG槽罐的充装操作。

图4 集装箱式LNG槽罐充装过程中气、液充装口离地高度

图5 集装箱式LNG槽罐充装过程中气、液充装口间距

在设计过程中采取多种措施优化充装口的布置，降低集装箱式槽罐充装口高度，确保集装箱式LNG槽罐充装效率和安全。这些措施包括：①调整气、液相法兰面间距和高度。②在设计槽车充装橇时提高安装高度或扩大装车臂的工作活动范围。③采用专用拖车(图6)。

图6 集装箱式LNG槽罐中转拖车

3.2.2 考虑使用危险警醒装置

集装箱式LNG槽罐运输方式涉及的路况和装卸都较常规LNG槽车运输方式复杂，包含公路、铁路和水路运输，在中转站吊装和装卸的次数大量增加，这些过程都存在安全风险。设计罐箱时应充分考虑使用安全提醒标识、标记，还可设置连续气体浓度监测装置，在危险作业或检测到危险源时通过声光、反光带、危险报警装置等提醒,操作人员或监控人员可以及时根据提醒信息开展处理，有效降低安全风险[15-17]。

3.3 使用便捷性设计

3.3.1 增设自增压装置

与LNG槽车比较，集装箱式LNG槽罐用途方式多样，可作为储存或运输装置。在使用过程应根据其功能考虑设置自增压装置作为短期储存罐使用。自增压装置工作原理是将部分LNG排出槽罐，经过自增压汽化器的汽化，气态天然气再经由气体管路返回至槽罐的气相空间，储罐压力增加，从而达到所要求的排液压力，具备小型LNG汽化站的功能[18]。自增压系统由槽罐、液相管路、汽化器、气相管路组成，压力增加后连接汽化器即可开展汽化外输作业，罐箱中LNG使用完毕后重新更换罐箱又可使用，便捷快速，安全高效。

3.3.2 实现实时监控

针对集装箱式LNG槽罐在使用过程中无法实时监控的实际情况，为确保运输途中安全可控，一旦发生应急情况能够及时提醒和处理，应用高科技手段实施实时监控，为客户、承运商、贸易商提供及时跟踪和掌握货物情况服务。高科技手段实时监控设置和可视界面见图7。该装置具有实时监测槽罐温度、压力、液位、所在位置、液位下降速率等功能。

1.大力发展冰雪装备制造业，谋求产业领域突破。吉林省冰雪装备制造业加工生产能力较弱，应积极引进国外先进技术，研发制造冰雪设施装备，打造核心品牌。2016年，投资达百亿的高端冰雪运动装备制造项目落户长春新区空港经济开发区，应以其为中心，将长春打造为高端冰雪体育装备制造基地。依靠吉林省碳纤维产业基地的资源和技术优势，推动企业研发冬季运动系列产品，努力实现冰雪装备制造国产化突破。政府要鼓励优秀冰雪运动员等自主创办冰雪器材品牌，发展冰雪休闲运动用品产业。

设备远传系统实物见图8，设备监控器实物见图9。对每个集装箱设置唯一的编号，以云端智能控制方式，通过电容式无线远传复合变送器(图8中方框内)、APP、GPRS将实时监测到的罐内压力、液位、介质温度、位置等数据信息(图9中圆圈内)传送到客户端。

图7 高科技手段实时监控仪表接口与可视界面

图8 设备远传系统实物

图9 设备监控器实物

3.3.3 其他

针对集装箱式LNG槽罐批量大和用户分散的特点，可以考虑设计电子磅单、随箱资料盒等。将磅单、产品组分、产品说明书、操作说明等集中存放在随箱资料盒，随取随用。

4 集装箱式LNG储罐应用对传统产业链影响分析

4.1 贸易方式

集装箱式LNG槽罐具有运输机动、批量灵活、存运皆宜、存储时间长、运输方式多样及为客户提供门到门服务等特点，国内实现陆海联运后，采用集装箱槽罐物流模式不需要建立接收站，可直接进口集装箱式槽罐，在转运站实现转运，快速便捷，将对国内传统的LNG产业链造成较大影响。

4.1.1 竞争加剧

一罐到底作为一种新型的LNG物流模式，不需要建立LNG接收站，直接采用危险品集装箱码头转运，通过内河、铁路、陆路建立的集装箱式LNG槽罐转运站和运输网就可实现LNG资源的更高效快速分销，将极大改变现阶段仅依靠LNG接收站—公路槽车—客户的液态运转模式[4]。

一罐到底直接打通上下游，在国内具有较大的发展空间和应用前景，将为国内有意进口LNG却没有LNG接收站作为支撑的各类企业提供较大的可能性，对长期处于垄断的大型LNG运输船加大型LNG接收站贸易模式形成冲击，将对传统LNG槽车公路运输物流模式形成较大影响。中国周边的韩国、日本燃气公司作为世界第一、第二大LNG贸易商在前期建设了多座LNG接收站和储罐，随着集装箱式LNG槽罐物流模式的发展，也可将其旺季过剩的LNG采用罐车运输出口到中国，这些都将加剧中国LNG市场的竞争。

集装箱式LNG槽罐通过水路运输，可不租用或新建专用LNG运输船、LNG接收站、LNG码头，直接使用集装箱货船、中转站码头，随卸随转，便利快速，将极大降低LNG贸易成本，将吸引更多企业参与LNG的进口，在国际市场价格波动及国家政策利好的情况下，势必推动大量投机贸易者，国际LNG现货将更受国内市场关注[5-6]。

4.2 市场和调峰方式

随着集装箱式LNG槽罐物流方式发展，可以在任何需要天然气的内江、内河沿岸、铁路延伸处进行贸易往来。这种新的交易方式不仅增加交易的主体，而且也扩大了现货LNG的交易量，对用户的布点将会更灵活。可利用其存储时间长、存放方便、调峰能力强等特点，在当前不易开展管道或用气量较少的地区实施单一小区化、社区化、村落化市场开拓，随时搬迁，随地安置(在符合政策条件下)即可生产，同时可以实现灵活转运。

另外，按照集装箱式LNG槽罐设计要求，单一槽罐安全阀不起跳至少可储存75 d，按照运输18 t计算，单一标准罐箱即可储存2.5万m3天然气，1户家庭按日消耗1 m3天然气计算，可供2.5万户使用1 d，保供季节可以提前储存足够用量的集装箱式LNG槽罐，淡季时可减少集装箱的储备。通过这种方式，LNG淡旺季调峰市场将得到较大的改善。

4.3 LNG接收站设备和功能

4.3.1 设备要求

由于集装箱式LNG槽罐贸易周期相对较长，辐射范围较宽，用户不固定和分散，故有必要为用户提供槽罐内LNG的组分、热值、气化率、重量等产品参数，现有接收站若开展集装箱式LNG槽罐业务，将需要提前考虑增设取样分析装置，以满足集装箱随箱资料要求。另外，集装箱式槽罐运距远、周期长，集装箱返回充装时基本为常温箱体，大批量集装如何实现集装箱箱体冷却，需要提前考虑增设集装箱式LNG槽罐的冷却设施。

4.3.2 功能定位

传统接收站主要开展汽化管道外输和液态槽车外输，若开展集装箱式LNG槽罐外输，在充装站的设计过程中就需考虑堆场、专用集装箱式充装装置等。若开展集装箱式LNG船运业务，则需要提前考虑转运集装箱码头设计。此外从长远发展角度考虑，传统LNG接收站应提前考虑锁定下游大客户市场、抢占端点客户，增加接收站LNG储存能力，以降低集装箱式LNG槽罐进口贸易的影响。

5 结语

集装箱式LNG槽罐目前还处于使用初期阶段，其槽罐设计、运输管理等方面也有待继续完善和改进。但随着国家政策的利好，集装箱式LNG槽罐的应用将发生爆发式增长，极有可能颠覆传统LNG运输模式，不仅会实现集装箱海路进口，还有望实现集装箱铁路进口，这些发展将有效弥补因管道覆盖不足、管网互联互通程度有限、建设进展缓慢对天然气发展的制约。终端市场的争夺将是各类LNG贸易商的焦点，传统的垄断模式可能会进一步缩小，各级应急调峰保障将更全面。传统LNG产业需要提前布局，以减少集装箱式LNG槽罐物流模式的改变对传统行业形成的冲击。