经济安全的液化天然气运输方式探究

郭海军，余瑞峰，李华翔

（三峡大学，湖北 宜昌 443002）

1 经济的LNG 运输方式选择

1.1 我国天燃气运输方式现状

天燃气管道、专用LNG 罐槽车和专用LNG船舶是当下我国天燃气的三种主要运输方式。天燃气管道线路长、投资大、维护成本高、泄露时检测难，需铺设至天燃气资源丰富的地区。专用LNG 罐槽车运量有限，根本满足不了需求，且其运输成本高，路途长容易遭遇不确定因素影响造成泄露，造成巨大事故。专用LNG 船舶需要高度配合的配套设施，专用码头和接气站建设周期长，投入巨大，追赶不上国内持续增长的清洁能源需求。截止2018 年11 月，我国已建成LNG接收站和转运站总数已达到89 个，华南地区尤其多，其中LNG 接收站亦统计内河转运站和铁路转运站。

1.2 罐式集装箱的构成及LNG 罐箱

罐式集装箱（tank container），系指由罐体与国际标准集装箱框架构成的满足ISO 相关要求的液体货物集装箱。

LNG 罐箱由高真空或者粉末多层绝热低温液体贮罐置放于标准框架构成，其组成图1 所示。高真空或粉末多层绝热结构保证液态天然气状态的稳定性，框架式集装箱式采用国际标准外形尺寸，便于堆码排列[2]罐体一端布置着操作箱，操作箱内设多种功能管路以实现各种功能，罐体内气压对运输安全有着决定性影响，故压力表、组合式安全泄放装置必须完备。

图1 LNG 罐箱

1.3 LNG 罐箱水路运输

与我国现有LNG 运输方式相比，处于发展阶段的LNG 罐箱水路运输可展现其高效经济特点。多功能集装箱船和滚装-吊装式集装箱船都可用来运输LNG 罐箱。这种创新的载运工具运输模式相较传统的专用LNG 船舶摆脱了码头储罐的位置限制，轻松实现货物“门到门”式的“一罐到底”服务，框架式箱体可轻易达到海运到陆运的转化，卡车和火车即拉即运，实现多式联运一体化。

2 LNG 运输的适当风险规避

2.1 LNG 泄露的危害性

LNG 主要由甲烷组成，氧气含量极少，气态下是一种窒息性气体。同量气态天燃气的为液态下体积600 倍，一旦泄露使人长时间暴露在天然气体积含量高而氧气含量低的混合气体中会导致窒息。当空气中氧气含量体积分数低于10%，天燃气含量大于50%时，对人体会产生永久性脑补损伤。而且泄露的LNG 与水接触时会发生快速相变（RTFs）现象，液态天然气瞬间剧烈汽化体积大增，泄露源局部的超压现象会破坏船体结构。此外超低温LNG 一旦泄露溢出，人经喷溅接触会造成人体冻伤，设备及某些钢结构的船体部分受低温影响会影响其物理性质，造成严重的脆性断裂，甚者危机船舶本身的安全。最剧烈的破坏当属汽化的蒸汽云遇到明火发生剧烈的爆炸，蒸汽云燃烧所产生的热辐射造成规模最大最严重的危害，其强度和时间影响伤害程度，如果利用美国国家防火协会推荐的用5kW/m 的热通量值来制定人员的防火距离，此范围内穿着适当工作服的人员紧急操作持续几分钟而不造成伤害。

2.2 LNG 运输事故类型

若大致将事故类型分为装卸货物泄露、碰撞或触碰、搁浅、火灾或爆炸、设备故障、恶劣天气和不合理装卸，陈刚使用灰色关联度分析法计算事故类型关联度结果显示LNG 船舶港内事故中碰撞或触碰和设备故障为第二位，首位是装卸货物泄露。

2.3 安全的运输措施

2.3.1 装卸积载

危险货物在船舶上转运时必须进行正确的装卸积载，以求发生泄漏事故之后可最大程度降低船舶人员及运输货物的安全风险。载运LNG 属于危险货物积载类的D 类，只能在舱面积载，这是为了在紧急情况下降低LNG 罐箱泄露、爆炸等情况对人力物力及海域的危害。LNG 罐箱在舱面积载一般需遵守以下原则：①尽量远离一切热源；②与居住舱室和工作室保全距离，防止意外泄漏时气体进入生活机舱和其他工作区域；③积载位置能使箱体避免阳光直射。还应注意，当LNG 同能与LNG 发生化学反应的危险品一起装载时，需要采取正确的隔离措施。

2.3.2 叠载层数

LNG 的外部框架和所有结构一样有一定的极限强度，叠载LNG 罐箱时有必要确定集装箱整体结构正常工作下能承担的层数，防止罐箱碰撞改变罐内压力状态发生严重事故；每个集装箱在堆码时每个集装箱的四个顶角构件可以承受约3kN 的压力。此外国际公约限制LNG 罐箱于舱面积载，则还需要根据船舶舱面设计负荷计算舱面允许积载的最大负荷，以防止船体结构破坏。也就是说，确定的LNG 叠载层数的总质量不能超过舱面甲板的设计负荷对应的质量。确定了舱面负载要求内的LNG 叠载层数可以实现安全保证限度里的经济运输。

2.3.3 最大载运时间

LNG 罐箱水路运输过程中，罐箱内和外部环境存在极大的温差，罐箱虽具备绝热结构，外界仍会连续传导热量，贮罐内的压力增大，最后导致罐箱的耐压能力达到有限的极限，LNG 罐箱在海上的运输时间取决于罐箱的耐压能力，可称为最大载运时间，即从满足充灌条件开始到由于热量汇集导致压力上升到压力限定装置的最低设定压力时所用的时间[3]考虑水路运输受天气气候条件影响大，所以此指标有一定的重要性。需要注意，自然条件会对指标有所影响，所以测得的维持时间需要相应修正。

2.3.4 高压排放

如果LNG 罐箱运输时间超过上述实验计算得到的最大运载时间，则罐箱需要排放一部分气体的状况来保证安全。安全阀和排放管道可以解决罐箱高压超压的问题，排放口应该设置成上出液，让每个罐箱最后排放汇总集中到集装箱上部排放防止泄露体下流侵蚀破坏下层结构。

3 结论

相比国内天燃气管道、专用LNG 罐槽车和专用LNG 船舶三种主要运输方式。本文介绍的水路LNG 罐箱运输的标准化可达成LNG 的大批量运输，有望大幅降低现有LNG 接收站建设费用，同时满足日益增长的天燃气需求，是未来LNG 运输的新发展趋势。LNG 船舶港内事故装卸货物泄露首当其冲，LNG 水路运输的安全性因为泄露的潜在巨大危害性而显示出巨大的要求与地位。本文提出装卸积载、最大载运时间和超压排放来适当规避LNG 运输的风险，在一定程度上提供了风险的规避预防措施。因此，可以说水路LNG 罐箱是一种经济且风险可降低的液化天然气运输方式。然而LNG 罐箱运输目前尚且归属新鲜事物，其风险的认识也还不足够清晰透彻，行业对未知的事物和技术的发展有限制，需要时间和成功的先例来促成发展；相关国际标准考虑排放安全限制了LNG 罐箱舱内积载，阻碍了其大规模的应用和壮大。我相信随着技术和管理水平的提升，这些问题都会被解决，未来的LNG 罐箱运输模式将发挥巨大的作用。