液化天然气的运输方式及其特点分析

2020-01-14张廷首

化工设计通讯 2020年3期

关键词：航海液化可靠性

张廷首

（中石油昆仑燃气有限公司东北分公司，辽宁大连 116000）

管道运输、道路运输、航海运输属于最为主流的三种液化天然气的运输方式，三种方式各自存在优势和不足。考虑到液化天然气航海运输更为经济且相关研究较少，本文重点围绕液化天然气运输方式展开研究。

1 液化天然气的运输方式及特点

1.1 管道运输方式及特点

管道输送液化天然气需要在“密相区”进行，因此管道需采用低温隔热材质，但受到较高的材料价格影响，液态天然气的管道运输需要过大的前期投资，天然气冷却至与加压站的建设也会导致投资增大。随着技术的不断成熟，液化天然气管道运输及管理的综合成本近年来不断下降。镍钢属于液化天然气管道常用材料，配合管道内涂层磨损技术和惰性气体安全焊技术，液化天然气管道运输方式的安全性能够得到较好保障[1]。

1.2 道路运输方式及特点

作为一种低温易爆液体，液化天然气加工过程需要有排液、充液、压力液面检验等模块的参与，还需要设置紧急控制阀、放气阀、安全阀、灭火器等器材，这就对道路运输方式提出了较高挑战。随着道路运输的不断发展，储罐和管道的惰性与钝性、储罐和罐车的制冷、气压的掌控、储罐的设置、分块去除等方面均实现了长足进步，道路输送供给链也随之不断完善，基础负荷型液化站、调峰型液化站均在其中发挥着关键性作用，配合低温液化天然气罐车，即可较好满足液化天然气安全运输需要[2]。

1.3 航海运输方式及特点

航海运输同样属于液化天然气的常用运输方式，该运输方式具备运输有序、牢靠的特点。定向造船属于液化天然气航海运输的常用方式，配合固定的航线与港岸、准时的航期，该运输方式的市场竞争有序、运费盈利较稳固，很少会出现不按计划停靠的情况。深入分析可以发现，液化天然气航海运输可提供货物“门到门”式的“一罐到底”服务，配合专用的罐式集装箱，多式联运一体化也能够随之实现。但值得注意的是，液化天然气航海运输可能出现装卸货物泄漏、爆炸、火灾、设备故障、碰撞等安全问题，天然气泄漏所造成的危害最为严重。一旦出现天然气泄漏情况，50%以上的天然气含量将导致人类永久性脑部损伤，而如果水与天然气发生接触，剧烈汽化的液态天然气将出现超压现象，泄漏源局部会因此导致船体结构破坏，喷溅接触的液化天然气也将导致人体冻伤、船体脆性断裂，遇明火则会引发剧烈的爆炸，这类安全问题催生的挑战必须得到重视。

2 液化天然气的运输要点总结

2.1 装卸积载要点

为经济、安全的运输液化天然气，运输要点必须得到重视。以液化天然气航海运输为例，为保证运输安全，正确的装卸积载不容忽视，由此可保证天然气泄漏事故发生后运输货物及船舶人员的安全风险降到最低，泄漏事故本身的发生几率也会大幅下降。液化天然气的载运属于危险货物积载类的D类，基于规范仅能在舱面积载，液化天然气罐箱泄漏、爆炸等紧急情况下带来的海域、人力、物力危害可降到最低。在舱面积载过程中，液化天然气罐箱应尽量远离一切热源，并避免阳光直射箱体，工作室、居住舱室需与液化天然气罐箱保持安全距离，避免气体在意外泄漏时进入生活机舱和其他工作区域。如液化天然气和能够与其发生化学反应的危险品一起装载，必须采取可靠、正确的隔离措施。

2.2 高压排放要点

如液化天然气罐箱运输时间超过最大运载时间，为保证液化天然气航海运输安全，必须排放一部分罐箱气体，解决罐箱高压超压问题，排放管道和安全阀在其中发挥关键性作用。应设置上出液的排放口，以在集装箱上部汇总每个罐箱排放，避免下层结构因泄漏而侵蚀破坏，保证运输安全。

2.3 叠载层数控制

液化天然气罐箱的外部框架存在一定极限强度，因此液化天然气罐箱的叠载需明确正常工作下整体结构能承担的层数，避免罐内压力状态因罐箱碰撞改变而引发严重事故。在堆码集装箱过程中，每个集装箱顶角构件（四个）一般能够承受压力约3N，结合国际公约对液化天然气罐箱舱面积载的限制要求，以及船舶舱面设计负荷，即可计算最大的舱面允许积载负荷，避免船体结构破坏问题出现。因此，需保证舱面甲板的设计负荷对应质量大于液化天然气罐箱叠载层数的总质量，安全运输的实现可由此得到保障。

2.4 最大载运时间

为进一步提升液化天然气航海运输的安全性，液化天然气罐箱的最大载运时间同样不容忽视。考虑到液化天然气罐箱内外环境存在极大温差，虽然罐箱本身拥有绝热结构，但连续传导的外界热量将导致贮罐内的压力不断增大，一旦突破罐箱耐压能力的极限，液化天然气航海运输发生安全事故的几率将大幅提升。液化天然气罐箱的耐压能力直接决定最长海上运输时间，可将其称作最大载运时间，即满足充灌条件开始到液化天然气罐箱到达最低压力限定装置设定压力所需时间。考虑到天气条件对水路运输影响较大，必须加强对液化天然气罐箱最大载运时间的重视，基于自然条件的最大载运时间修正也不容忽视。

2.5 可靠性评价

液化天然气航海运输应开展针对性的可靠性评价，以为计划优化及可靠性管理提供支持，评价需围绕由装载可靠性、航行可靠性、卸载可靠性组成的运输可靠性指标体系展开。评价用一级指标装载可靠性由装载操作、装载设施、装载速率、装载港库存、装载港天气组成，航行可靠性指标由岸基支持、航员操作、船舶设备、航路天气、航行速度组成，卸载可靠性指标由卸载操作、卸载设施、卸货速率、卸货港库存、卸货港天气组成。在具体的可靠性评价中，可选择属于典型不确定性多指标评价方法的证据推理法，同时还需要采用智能决策系统，采用模糊规则直接评价指标体系中的所有底层指标，同时采用证据推理算法评价底层指标并开展变换处理，这一过程需保证所有价值信息不会失去，间接性的底层指标准则评价可由此完成，评价指标体系建设、对己知指标的评价公式建设、初始评价值的合成（基于证据组合法则和指标组合公理）均属于评价的关键所在。

基于具体实例，需基于船舶主要技术指标、港口装卸设施主要技术指标开展液化天然气航海运输可靠性评价，由于航速直接关系着船舶能否准点到港，因此将航速用于可靠性评价，装卸速率等指标同样用于可靠性评价。具体评价采用1～9标度方法（层次分析法）建设比较判断矩阵，由此即可得到准则层指标权重、装载可靠性子指标权重、航行可靠性子指标权重、卸载可靠性子指标权重，结合具体的运输可靠性指标信息，即可最终完成评价。基于评价结果，可明确液化天然气航海运输的薄弱点，并总结台风季节影响的变化规律，液化天然气航海运输的针对性优化可由此实现，恶劣天气的应对准备工作也能够获得一定依据支持，由此可直观了解液化天然气航海运输可靠性评价的重要性。