LNG罐式集装箱内陆堆场的设计方案研究

李欣欣 罗婷婷 常心洁(中海石油气电集团技术研发中心，北京 100028)

0 引言

近年来，“一罐到底”的液化天然气(LNG)罐式集装箱多式联运发展迅猛。LNG罐箱宜储宜运、灵活性强[1]，为推进国家天然气产供储销体系建设，保障供气安全，国家发改委、能源局、交通部联合批准中国海油开展了国内首次大规模LNG罐箱运输试点项目，利用LNG罐箱将中国海油海南LNG接收站的富余产能释放到冬季天然气需求旺盛的北方地区。2018年11月4日，满载130个LNG罐箱的“乐从号”从海南洋浦港启航，拉开了国内乃至国际上首次大规模利用罐箱运输LNG的序幕[2]。在LNG罐箱业务大规模开展的同时，空箱的存放在后续的正式商业运行成为亟待解决的问题，解决LNG罐箱存放问题，是LNG罐箱多式联运模式具备经济效益并顺利推广的基础条件之一。

另外，LNG罐箱也是作为天然气保供的一种重要手段，是符合国家产供储销体系相关政策要求的。2019年6月，国家发展改革委、国家能源局发布《关于做好2019 年能源迎峰度夏工作的通知》(发改运行〔2019〕1077号)，要求尚未达到储气任务目标的地区，要提前采取增加备用LNG罐箱等方式来履行储气责任，补齐储气能力不足的短板。LNG堆场设计是LNG罐箱调峰储备项目的核心环节，利用LNG罐箱堆场季节存储，可以形成至少3个多月的无损存储，夏季充装、冬季销售，利用季节价格差，获取客观的利润。而且随着天然气市场化逐步向深入方向发展，LNG罐箱利用其灵活性，在中国南北各地形成潮汐般物流波动，还可以继续提高利用效率，获取其他更为丰厚的利润。

因此本文研究了某LNG接收站LNG罐箱储存区工程方案，以期为今后发展LNG罐箱液态外销业务奠定技术基础。

1 设计原则及参考标准

目前国内外尚无明确的LNG罐箱堆存场地设计规范，本次方案研究以《危险化学品安全管理条例》等法律法规为依据，参考石化行业相关标准规范，基于总图、生产工艺、防火及泄漏收集措施、消防设施等基本设计原则、理念及工程技术，结合LNG罐箱的技术特性，研究提出了某LNG接收站LNG罐箱储存区工程方案，为下一步具体实施奠定技术基础。

主要参考标准有：《危险货物集装箱港口作业安全规程》《集装箱港口装卸作业安全规程》《石油天然气工程设计防火规范》《石油化工企业设计防火规范》《液化天然气(LNG)生产、储存和装运》《化工企业定量风险评价导则》《石油天然气工程总图设计规范》《海港总体设计规范》等。

2 总平面布置方案

项目设置107个LNG罐箱箱位，根据交通运输部JT 397—2007《危险货物集装箱港口作业安全规程》，堆场堆码层数近期设定为1层，远期考虑2层。根据《罐箱堆场FHA分析报告》，LNG罐箱重箱与LNG罐箱空箱设计泄漏辐射热、蒸气云扩散等模拟结果基本一致，仅持续时间空箱远远小于重箱，因此，LNG罐箱与外部设施距离控制不区分重箱、空箱，按照一致的标准考虑。

2.1 与外部设施间距

2.1.1 与村庄距离

LNG罐箱区(导液沟最外缘)与不少于100人的居住区、村庄、公共福利设施等距离不小于470m。

2.1.2 与相邻厂矿距离

LNG罐箱区(导液沟最外缘)与相邻厂矿距离不小于150m。

2.1.3 与公路距离

考虑蒸气云扩散边界不超过东侧公路。LNG罐箱气相泄漏时50% LFL扩散距离为57.68m，确定LNG罐箱至东侧公路距离不小于60m。集液池(平面尺寸5×5m)50% LFL扩散距离135.42m，确定集液池至东侧公路不小于140m。

2.2 厂内间距与平面布置

根据用地形状，结合已建路网和外部路网条件，考虑与外部设施、周边已建设施、规划预留设施等关系，总平面布置分成两个区块：LNG 罐箱场地、生产辅助区。

LNG罐箱场地独立设置，共划分3列，布置107个箱位。结合正面吊作业空间需求，每列LNG罐箱外考虑18m安全作业通道。每列中相邻箱位横向间距1m，主要为日常检查通道；相邻箱位竖向间距3m，用于导液沟、泄放收集系统及其他设施布置空间。LNG罐箱场地与围墙之间设环形的车行通道。堆场设置两个进出口，堆场四周设置实体围墙。LNG罐箱场地四周设置环形导液沟。导液沟距离罐箱不小于15m，同时导液沟覆盖装卸机械作业范围，装卸作业过程掉箱损坏亦可有效收集，导液沟最终汇入集液池。考虑应急处置及罐箱泄放收集需要，于陆域西南角临海偏僻地带布置应急处理场地、EAG及放空立管等。LNG罐箱、集液池与外部厂矿、道路、已建装车区控制室、装车区门卫室、预留LNG储罐、项目现场业务及监控中心距离均满足控制距离要求。

生产辅助区布置于陆域东南侧，与装车区已建装车区控制室、装车区门卫室毗邻。考虑现场生产管理需要，布置现场业务及监控中心用房。

项目场地道路呈环状布置，便于车辆运行和消防检修。LNG罐箱场地单独设施围墙与生产辅助区隔开，场地东侧布置两个出入口及值班室，场地四周设置2.5m高实体围墙。

3 装卸工艺

3.1 主要设计参数

LNG罐箱主要由罐体和框架两个基本部分构成，框架用以传递在起吊、搬运、固缚和运输中所产生的静载和动载。LNG罐箱属于压力容器，为双层结构形式，罐体外壳材料采用Q345R钢，内罐材料采用S30408奥氏体型不锈钢，外壳主要承受罐体内部产生的压力，内罐及隔层用于保冷。

目前市场上LNG罐箱陆地静置试验最长维持时间介于118～178d，某生产厂典型LNG罐箱的主要技术参数如下[3]：

内罐容积：42.5m3；设计压力：0.87MPa；工作压力：0.76MPa；设计温度：-196℃；工作温度：-162～50℃；额定充装率：≤90%；外形尺寸：12192mm×2438mm×2591mm；日蒸发率：≤0.18%(LNG)；最大允许充装质量：16500kg。

储存区主要设计参数如下：

堆场年运营天数：365d；LNG重箱罐箱有效容积：≤41m3(LNG净重≤18t)；LNG空箱罐箱：200kg≤残液≤500kg。

3.2 装卸工艺方案及流程

LNG罐箱作业采用2台集装箱正面吊，近期按照堆高1层考虑，远期可考虑2层堆放。LNG罐箱进出场的水平运输均采用集装箱拖挂车。进出流程如下：

重箱出场：充装区→集卡→集装箱正面吊→LNG罐式集装箱场地→集装箱正面吊→集卡→场外。

空箱进场：场外→集卡→集装箱正面吊→LNG罐式集装箱空箱场地。

3.3 堆场管理

LNG罐箱最高允许工作压力0.76MPa，为降低堆场事故工况影响程度，LNG罐箱进入堆场时应预估罐箱堆存期间的压力上升不应超过0.1MPa，若超过需采取措施降压。

LNG罐箱装卸作业时应遵循“由外而内、至上而下”的顺序作业，尽量减少跨箱作业。LNG罐箱场地内不允许大量车辆停留，应顺序依次进入、离开等开展运输及装卸作业。

3.4 装卸工艺设备

主要工艺装卸机械设备如表1所示。

表1 装卸机械设备配置表

3.5 堆场容量及周转量计算

堆场容量参考JTS 165—2013《海港总体设计规范》的有关技术规定并结合本工程的具体条件计算确定，按式(1)计算：

式中：NS为所需地面箱位数(个)；N1为场地设备堆箱层数；AS为场地容量利用率(%)。

所需地面箱位数按式(2)计算：

式中：Ey为罐箱场地容量(个)；Qh为罐箱货运量；KBK为堆场罐箱不平衡系数；Tyk为堆场年运营天(d)，取365d；tdc为货物在堆场的平均堆存期(d)。

现有陆域条件，本研究方案布置107个箱位。

计算得出近期1层堆放年可周转11000 箱(重箱50%/空箱50%)，即年周转LNG9.9万t；远期2层堆放年可周转42000 箱(重箱50%/空箱50%)，即年周转LNG37.5万t。

其他用水用电、消防、公用工程等按照《石油天然气设计防火规范》《石油化工企业设计防火规范》等设计。

4 结语

为提高堆场利用效率，LNG罐箱采用紧凑布置的形式(相邻LNG罐箱箱位横向距离1m、纵向距离3m)且多层堆码(近期堆放1层、远期堆放2层)。但是要求事故状态时相邻或上下LNG罐箱不得相互影响，即当LNG罐箱发生泄漏或火灾并对临近罐箱产生影响时，其相邻或上下LNG罐箱堆码结构不能失效、在安全泄放阀的辅助下内容器结构保持完整。另为减小罐箱装卸作业过程掉箱导致的事故风险，LNG罐箱应能在掉箱工况保证罐箱结构完整，这些都需LNG罐箱厂家核实或改进LNG罐箱性能。建议对LNG罐箱堆场火灾、泄漏扩散开展三维模拟，取得更精确的火灾辐射热、泄漏扩散模拟结果，优化LNG罐箱堆场平面布置，提高堆场利用效率。目前，国内外尚无明确的LNG罐箱堆存场地设计规范。本次方案研究以《危险化学品安全管理条例》等法律法规为依据，参考《石油天然气工程设计防火规范》等规范的基本设计原则、理念，结合LNG罐箱的技术特性，提出LNG罐箱储存区工程方案，在实际工程应用时应进一步进行风险评估。