液化天然气公路槽车运输安全研究

陈亚凯

（中海石油气电集团有限责任公司广东分公司，广东深圳 518000）

当前，液化天然气是我国能源供应中的一种重要资源，为了满足各地液化天然气的供应，就需要提高液化天然气的运输频次。而在液化天然气的运输方式上，应用槽车进行公路运输是较为常见的方式之一，其安全问题历来受到重视。由于液化天然气具有低温、高压、易燃易爆等特点，其在运输过程中的安全风险也较为突出，如何确保其运输安全，仍是需要重点研究的一项内容。

1 液化天然气公路槽车运输概述

1.1 液化天然气的特性

液化天然气（LNG）是指将气态天然气在低温和高压条件下，经过降温、液化、净化等一系列流程后而产生的一种低温液态混合物，其主要成分为甲烷，占比超过90%，同时也含有少量其他烷烃，以及微量的二氧化碳、硫化氢等气体，其在标准大气压下沸点为-161.5℃，当温度在-107℃以上时，其密度小于空气密度。由此可知，液化天然气主要具有以下几方面的特性。

（1）由于液化天然气的主要成为为烷烃类物质，因此其具有烷烃的易燃易爆特性；

（2）因液化天然气的密度特性，其一旦泄漏到空气中，就会迅速蒸发和扩散，在此过程中，周围空气的温度和氧气浓度均会降低，容易造成附近人员的冻伤或窒息风险；

（3）由于液化天然气需要在-161.5℃以下的环境内储存，因此这种低温特性会对存储系统设备造成严重影响，存储系统设备的力学性能因低温显著降低，进而增加泄漏风险。

1.2 液化天然气槽车的基本特点

目前，在液化天然气的公路运输中，槽车成为主要的运输工具，其通常分为半挂式和集装箱式两种，二者分别以液化天然气罐和罐式集装箱进行液化天然气的储运，其主体结构类似，但在实际运输中多以半挂式槽车进行储运。在这种槽车的罐体中，主要结构分为以下四种。

（1）高真空多层缠绕绝热夹层，用于隔绝外界温度；

（2）罐体内容器，多为奥氏体不锈钢材料制成，用于LNG的充装；

（3）罐体外容器，其与内容器之间存在空隙，空隙内为接近真空的环境，以发挥绝热作用；

（4）管路操作系统，其集成了各种阀门仪表，用于对槽车运输情况的监测与控制，以提高运输安全。

1.3 影响液化天然气公路槽车运输的主要因素

由于槽车结构的复杂性，以及外界环境因素的不确定性等影响，在实际运输过程中，液化天然气公路槽车面临的风险点也相对较多，具体则可分为以下几个方面。

（1）“人的因素”。一方面，由于LNG的理化特性较为特殊，因此对于运输前的装载和检查过程有了更高的要求，在运输开始前，通常需要由专业人员对槽车安全情况、LNG充装量、槽罐密封性等各项指标进行全面检查，做到不遗漏任何细节。为达到这一目标，就对相关工作人员的专业能力、职业道德等方面提出了更严格的要求。同时，由于驾驶员的安全行为也是决定槽车公路运输安全的关键，因此其对驾驶员的行为也有较为严格的要求[1]。

（2）“物的因素”。一方面是车辆因素，由于运输LNG这项工作的特殊性，其对于车辆技术性能和装备结构的要求更为苛刻，主要包括车辆的制动系统、发动机、轮胎悬挂、定位系统等，这些要素缺一不可，任何一个要素不符合要求都可能引起较为严重的安全问题；另一方面则表现为罐体和安全附件因素，其风险点主要表现为罐体、罐体阀门等位置[2-3]。

（3）“环境的因素”。这方面的因素又可细分为以下几部分。①路况环境：如路面平整度较低，则容易因车辆长期颠簸行驶而造成爆胎或槽罐固定装置脱落等风险，也可能造成罐体内LNG振荡幅度过高等问题。②自然环境：雨雪雾天气下，车辆行驶受到严重影响，容易引发交通事故而造成LNG的泄漏，或因温度过高导致罐内压力超出罐体安全阀性能极限而引起泄漏。③交通流干扰：由于LNG运输槽车载重量大、重心偏高，因此其自身行驶稳定性偏低，当遭遇其他交通流干扰后，难以在第一时间及时反应，造成风险概率的升高[4-5]。

2 液化天然气公路槽车运输中的主要安全问题

液化天然气公路槽车运输过程中面临着较多的风险点，受此影响，其在运输过程中的安全问题也相对较多，从以往的案例来看，液化天然气公路槽车运输过程中的主要安全问题如表1所示。

表1 液化天然气公路槽车运输过程中的主要安全问题

从表1可知，人员因素仍为当前液化天然气公路槽车运输过程中的主要风险因素，这是今后开展运输安全工作应当首要考虑的内容，而其他几方面的因素同样不容忽视。

整体来看，无论何种原因引起的LNG槽车公路运输安全问题，其均会造成罐体受损继而引发天然气泄漏，当LNG泄漏后，其主要危险如下。

（1）泄漏的LNG遇到火源极易发生爆燃事故；

（2）泄漏的LNG因其特殊的理化性质，接触到水后可能会出现“冷爆炸”的问题；

（3）LNG泄漏后随风扩散极易造成周围人员的冻伤或窒息问题；

（4）LNG泄漏后，外界热量传入罐体，导致罐体内温度上升、气压增大，造成“超压爆炸”的风险进一步升高。

3 提高液化天然气公路槽车运输安全水平的有效策略

3.1 建立液化天然气公路槽车运输信息管理平台

就目前的实际情况来看，国内仍有一部分LNG运输企业在槽车运输方面的信息化管理水平上存在不足之处，特别是针对新技术的应用还相对较少。因此，相关企业应当加强对物流信息技术的整合应用，构建运输信息网络管理平台，达到信息共享。对于LNG运输而言，实时管理是最为有效的一种策略，为实现运输信息管理平台对LNG槽车运输的实时管理，应当予以采用下几方面的技术。

（1）应用GIS（Geograpic Information System）技术，整合相关数据信息，绘制槽车公路运输路线的电子地图；

（2）应用GPS技术，将GPS装置安装于所有LNG运输槽车上，结合GIS技术，对槽车运输路径进行实时监控；

（3）人工智能与视频监控的联合应用：视频监控系统主要布置于槽车的各个关键节点，如罐体、阀门、驾驶室等位置，在此基础上，将其优化升级为AI监测平台，对每路摄像头按需灵活配置多种AI识别分析模型，实时将危险事件及各种统计结果反馈给管理平台方面，助力实现对安全风险的预警、处置、追溯及持续改进，当出现问题时，该模块即可及时发出提示信号，有助于第一时间发现和解决问题；

（4）大数据技术：通过收集以往的槽车运输相关数据予以整合，并通过传感器对LNG槽车运输的数据进行采集，用以分析可能出现问题的槽车及部位，做到“防患于未然”，尽早解决各类隐患问题。

3.2 对槽车运输过程中的基本情况进行分析

在槽车运输过程中，由于各种原因，车辆难免会出现振动颠簸情况，这就会导致罐内的LNG对罐体出现冲击，这种冲击现象同样是影响槽车运输安全的重要因素，为分析具体情况并采取相对应的解决措施，就需要对槽罐内LNG的冲击动力学特性进行研究，目前，模拟仿真法是分析槽罐内LNG冲击动力学特性的主要方法，其主要步骤如下。

（1）对液体冲击的动力学理论进行分析，明确LNG的密度、黏度、压缩性、表面张力等各方面的指标参数；

（2）结合液体冲击的动力学基本方程和LNG的物理性质，确定LNG液体冲击动力学的定解条件（包括初始条件与边界条件）；

（3）根据有限元理论，使用Fluent软件对LNG流动和冲击等情况进行数值模拟，构建仿真模型；

（4）仿真模型构建完成后，设定边界条件、初始条件和求解器，最后选择SIMPLEC算法进行求解。在得出求解结果后，即可明确LNG槽车运输过程中的冲击情况，并根据分析结果，采取更具针对性的解决方案[6-7]。

3.3 提高液化天然气储运环节的安全水平

尽管当前LNG槽罐的隔热效果已经较为优异，但受到客观因素的限制，槽罐内难免会有少量的LNG转变为蒸汽状态，而槽罐内容纳这些蒸汽的空间较为有限，当槽罐内的工作压力值达到允许区间的上限后，如蒸发的气体量继续增加，则槽罐的压力将进一步上升，进而造成LNG槽罐的安全性下降。为此，对LNG槽罐的设计进行优化则是一项需要重点关注的内容，在这方面的工作中，应当同时从以下几个角度进行。

（1）应当对槽罐材料进行优选，槽罐材料的物理特性应当适应其在低温条件下的工作，重点关注槽罐材料在低温状态下的抗拉强度、抗压强度、冲击韧性和热膨胀系数；

（2）应对LNG槽罐的充注管路进行优化设计，考虑在顶部和底部均可进行LNG的加注，以避免LNG产生分层，或至少能够消除已存在的分层现象；

（3）槽罐内部和底部应当设置温度传感器进行温度数据的实时采集，同时，为进一步提升槽罐的安全系数，所有进出口管线应当优先设置在槽罐顶部，另外，对于LNG的槽罐，应当设置足够的报警和停机装置，以确保槽罐的安全。

在液化天然气的公路运输环节当中，考虑到槽车在公路运输环节中面临的复杂交通状况，在运输环节中要做好以下几方面的工作：首先，在运输环节开始前，应当使用氮气对LNG槽罐的内部和管路等进行吹扫置换，当槽罐内部气体的含氧量下降至2.0%以下后，再使用产品气进行吹扫置换，直至气体纯度符合要求为止；其次，应当为LNG槽车配备静电接地装置，以消除运输过程中产生的静电，同时每辆LNG槽车应当至少配备4只灭火器，以应对突发状况；最后，为避免LNG槽车出现“超压”问题，应当在LNG槽罐上设置安全阀和爆破片等超压泄放装置，槽罐上应当具备两套安全阀在线安装的双路系统，并增设一个转换器，以提升LNG槽车在安全设置上的冗余度。

3.4 提升相关工作人员的安全意识和专业水平

人为因素是影响液化天然气公路槽车运输安全的主要因素，因此，提升相关工作人员的安全意识和专业水平至关重要。具体来看，为实现上述目标，负责LNG槽车运输的相关单位应当定期向工作人员（包括驾驶员、质检员、押运员等）开展相应的培训，在培训方式上，可通过应用移动互联网相关技术，应用微信公众号、短视频等新媒体方式来完成培训工作，这种模式有助于突破传统会议模式的局限，将各方面的安全教育、专业技术等知识内容以易于接受的方式表现出来，有助于取得更为显著的效果。

除了理论方面的培训之外，相关单位应当定期开展实战演练环节，如不具备相应条件则可应用VR等技术进行模拟演练，通过这种方式，让工作人员对槽车运输风险问题的特征、解决问题的部署与执行环节做到了如指掌，以此提升工作人员对槽车运输安全风险问题的应对与解决能力。

3.5 加强对槽车相关设备的检修维护工作

对槽车相关设备的检修维护工作同样不容忽视，在实际工作中，要建立起相应的管理制度，明确安全设备的责任人，并将这些制度严格落实，定期开展维护保养工作并做好记录，确保设备的基础资料详实。如技术条件允许，则可搭建基于AI+Big Data的设备智能诊断系统，该系统通过振动传感器、高速采集器、边缘网关，将动力设备运行时的状态参数采集传输到平台，而平台上则集成数据库，存储了大量的专家知识库、人工智能算法和大数据规则引擎等模块，通过这些功能模块共同发挥作用后，即可做到“防患于未然”，预先判断生产线上设备可能出现的故障问题，将事后补救转变为事前预防，有效提高设备检修工作的效率和质量。

4 结束语

整体来看，液化天然气公路槽车运输安全工作是一项综合性较强的内容，如何确保这项工作发挥更大效用，仍是一个需要重点研究的方向。因此，在今后的实际工作当中，应当紧密结合技术发展趋势和自身的实际情况，加强各种新技术和新管理方法的应用，切实提升隐患排查治理水平，推动液化天然气公路槽车运输安全水平的进一步提升。