崔玉景 劉玉紅 侯雄偉

（石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司 石家莊 051430）

長管拖車、管束式集裝箱儲(chǔ)運(yùn)液化氣體的可行性研究

崔玉景 劉玉紅 侯雄偉

（石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司 石家莊 051430）

TSG R0005—2011《移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)限定了長管拖車、管束式集裝箱只能用于壓縮氣體介質(zhì)的儲(chǔ)運(yùn)。本文從市場可行性、技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)合理性及安全性方面論述長管拖車、管束式集裝箱進(jìn)行液化氣體儲(chǔ)運(yùn)的可行性。

長管拖車 管束式集裝箱 液化氣體 儲(chǔ)運(yùn) 可行性

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，人們生活水平和生產(chǎn)能力的不斷提高，大大促進(jìn)了液化氣體在應(yīng)用領(lǐng)域需求的迅猛增長，必將導(dǎo)致液化氣體設(shè)備市場容量的不斷擴(kuò)大。

TSG R0005—2011《移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）［1］是長管拖車、管束式集裝箱等移動(dòng)式承壓設(shè)備相關(guān)行業(yè)人員必須遵守的規(guī)程?！兑?guī)程》中規(guī)定：長管拖車、管束式集裝箱僅適用于壓縮氣體介質(zhì)的儲(chǔ)運(yùn)，而將液化氣體排除在外。

長管拖車、管束式集裝箱裝載氣瓶均應(yīng)符合TSG R0006—2014《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《瓶規(guī)》）［2］的要求。《規(guī)程》和《瓶規(guī)》中將壓縮氣體與液化氣體的臨界溫度（Tc）分界線定義為-50℃，Tc≤-50℃的介質(zhì)為壓縮氣體，此氣體分界的定義符合國際規(guī)范的要求；而在1999版《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》中壓縮氣體與液化氣體的臨界溫度（Tc）分界線定義為-10℃。這就使得臨界溫度在-10℃和-50℃之間的介質(zhì)由原來分類定義的壓縮氣體變?yōu)樾聵?biāo)準(zhǔn)定義的液化氣體，比如：三氟化氮（Tc=-39.3℃）、三氟化硼（Tc=-12.25℃）等。這樣使得2014年前作為壓縮氣體分類使用的氣瓶，現(xiàn)在不得安裝于長管拖車和管束式集裝箱上使用。

1 市場可行性分析

由于標(biāo)準(zhǔn)的以上限制，國內(nèi)氣體設(shè)備生產(chǎn)廠家只能將液化氣體設(shè)備出口到國外，而我國所使用的液化氣體設(shè)備則嚴(yán)重依賴進(jìn)口，此種狀況如不迅速改觀，勢必會(huì)加大國內(nèi)液化氣體的利用成本，甚至?xí)璧K國內(nèi)液化氣體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

董紅磊［3］、王麗娜［4］等對我國長管拖車安全技術(shù)進(jìn)行了匯總；薛小龍［5］等對長管拖車的檢驗(yàn)和使用安全進(jìn)行了總結(jié)；劉玉紅［6-7］、李偉［8］、李利嬌［9］等對長管拖車的設(shè)計(jì)及制造環(huán)節(jié)提出了建議；李東升［10］、蔣仲先［11］、俞利群［12］等對電子級高純氣體的管線及閥門進(jìn)行了深入研究。我國在長管拖車/管束式集裝箱在液化氣體的運(yùn)輸方面（甚至是超高純介質(zhì)）的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等方面均做了大量的工作，且已通過市場的檢驗(yàn)。因而，大力促進(jìn)關(guān)鍵液化氣體設(shè)備的國產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，已勢在必行。

對國內(nèi)和國際液化氣體市場進(jìn)行的大量調(diào)查和研究，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)高壓液化氣體市場前景廣闊，應(yīng)用廣泛。生產(chǎn)液化氣體管束式集裝箱、長管拖車等儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備，前景樂觀，可以獲得較為滿意的經(jīng)濟(jì)效益。

2 技術(shù)可行性分析

2.1 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對于氣瓶充裝液化氣體的規(guī)定

《瓶規(guī)》適用范圍規(guī)定了允許無縫氣瓶進(jìn)行高（低）壓液化氣體的盛裝。

國內(nèi)已有多年使用中小容積（150L以下）氣瓶裝載液化氣體的經(jīng)驗(yàn)。

2.2 國際標(biāo)準(zhǔn)對于集裝箱儲(chǔ)運(yùn)液化氣體的規(guī)定

IMDG《國際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》［13］第4.1.4節(jié)P200包裝導(dǎo)則“按6.2的規(guī)定制造的鋼瓶、管狀容器、壓力桶、鋼瓶組件及按6.7.5規(guī)定制造的多單元?dú)怏w容器，允許用于下表列明的指定物質(zhì)的運(yùn)輸?！北?中列明了液化氣體，如UN1070一氧化二氮、UN1080六氟化硫、UN2451 三氟化氮等均可以用管狀容器和多單元?dú)怏w容器進(jìn)行充裝。

表1 液化氣體和可溶氣體（續(xù)）［13］

多單元?dú)怏w容器是指用一個(gè)總管進(jìn)行內(nèi)部連接并組裝在一個(gè)框架內(nèi)的各種鋼瓶、管狀容器和鋼瓶組的組合體。多單元?dú)怏w容器包括氣體運(yùn)輸所需的附屬設(shè)備和構(gòu)件。國內(nèi)的管束式集裝箱相當(dāng)于IMDG中裝載管狀容器的多單元?dú)怏w容器。

IMDG《國際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》第6.2.2.1.2條：ISO11120適用于UN管形容器的設(shè)計(jì)、構(gòu)造、初始檢驗(yàn)和試驗(yàn)。其中ISO11120標(biāo)準(zhǔn)［14］是適用于水容積為150～3000L，用于壓縮氣體或液化氣體的重復(fù)充裝，且工作溫度為-50～65℃的無縫鋼質(zhì)氣瓶。

綜上，國際規(guī)范是允許液化氣體采用裝載管狀容器的多單元?dú)怏w容器（管束式集裝箱）進(jìn)行運(yùn)輸，且單瓶容積限制為150～3000L。

國內(nèi)氣體設(shè)備廠家也已向國外出口了多種液化氣體介質(zhì)管束式集裝箱，未收到任何不良報(bào)告。

2.3 國內(nèi)長管拖車、管束式集裝箱發(fā)展?fàn)顩r

國內(nèi)長管拖車、管束式集裝箱已有十幾年的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)用于壓縮氣體儲(chǔ)運(yùn)；液化氣體對于鋼瓶壓力要求更低；無縫氣瓶較中小容積焊接氣瓶無論從運(yùn)輸效率還是從安全性等方面都更具優(yōu)勢。

3 經(jīng)濟(jì)合理性分析

在保證使用安全的前提下，經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行液化氣體的存儲(chǔ)及運(yùn)輸可大大促進(jìn)液化氣體應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。以下以中壓罐車和長管拖車為例，說明液化氣體儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)合理性。

3.1 低壓液化氣體的運(yùn)輸（以液氨介質(zhì)為例）

●3.1.1 中壓罐車

《規(guī)程》表3-4中規(guī)定：無水氨設(shè)計(jì)壓力不得小于1.91MPa，單位容積充裝量不得大于530kg/m3，腐蝕裕量不得小于2mm。

選取罐體材料為Q370R（正火）（［σ］t=196MPa）［15］，設(shè)計(jì)罐體內(nèi)徑為2310mm，圓筒壁厚為13mm，取筒體長度為10380mm，介質(zhì)最大允許充裝重量為26390kg，半掛車裝載總質(zhì)量為40000kg，滿足道路危險(xiǎn)貨物半掛車輛限重要求。

●3.1.2 長管拖車

上裝40英尺集裝管束：公稱工作壓力16.6MPa（注：無縫鋼瓶壁厚太薄，熱處理及旋壓均難以實(shí)現(xiàn)，故可選用公稱工作壓力更高等級的來充裝低壓介質(zhì)），選取氣瓶規(guī)格φ559×10.6×10975mm，數(shù)量12支，介質(zhì)最大允許充裝質(zhì)量15117kg，此時(shí)長管拖車裝載總質(zhì)量為38678kg，滿足道路危險(xiǎn)貨物半掛車輛限重要求。

●3.1.3 結(jié)論

兩類車型每千克鋼材能運(yùn)輸液氨介質(zhì)重量的比值為：

中壓罐車：26390/（40000-26390）=1.94

長管拖車：15117/（38678-15117）=0.64

可見，中壓罐車運(yùn)輸效率是長管拖車運(yùn)輸效率的3倍。

制造成本方面，中壓罐車也有一定的優(yōu)勢。

綜上，對于低壓液化氣體來說，中壓罐車是更理想的選擇。

3.2 高壓液化氣體的運(yùn)輸（以一氧化二氮介質(zhì)為例）

●3.2.1 中壓罐車

《規(guī)程》第3.10.3條中規(guī)定，設(shè)計(jì)壓力不得低于設(shè)計(jì)溫度下介質(zhì)的飽和蒸汽壓，設(shè)計(jì)溫度取50℃，此溫度下的介質(zhì)飽和蒸汽壓為7.56MPa［16］，取設(shè)計(jì)壓力為7.6MPa。根據(jù)《規(guī)程》第3.10.7條中（1）規(guī)定充裝液化氣體和液體介質(zhì)的罐體的最大允許充裝量，按照介質(zhì)在設(shè)計(jì)溫度下罐體內(nèi)留有5%氣相空間確定；

選 取 罐 體 材 料 為Q370R（ 正 火）（［σ］t= 196MPa），設(shè)計(jì)罐體內(nèi)徑為2000mm，圓筒壁厚為42mm，取筒體長度為9.16m，裝載質(zhì)量為13316kg，此時(shí)中壓罐車的裝載總質(zhì)量為40000kg，滿足道路危險(xiǎn)貨物半掛車輛限重要求。

●3.2.2 長管拖車

上裝40英尺集裝管束：公稱工作壓力16.6MPa（注：無縫鋼瓶壁厚太薄，熱處理及旋壓均難以實(shí)現(xiàn)，故可選用公稱工作壓力更高等級的來充裝低壓介質(zhì)），選取氣瓶規(guī)格φ559×10.6×10975mm，數(shù)量10支，介質(zhì)最大允許充裝質(zhì)量17827kg，此時(shí)長管拖車裝載總質(zhì)量為37878kg，滿足道路危險(xiǎn)貨物半掛車輛限重要求。

●3.2.3 結(jié)論

1）運(yùn)輸效率

兩類車型每千克鋼材能運(yùn)輸一氧化二氮介質(zhì)重量的比值為：

中壓罐車：13316/（40000-13316）=0.50

長管拖車：17827/（37878-17827）=0.89

可見，長管拖車運(yùn)輸效率是中壓罐車運(yùn)輸效率的1.78倍。

2）生產(chǎn)制造

中壓罐車的罐體壁厚較厚，而且需要用正火板，板材質(zhì)量很難控制，同時(shí)涉及到厚板的焊接容易出現(xiàn)缺陷，并且增加無損檢測的成本、焊后熱處理工藝難度大等技術(shù)難題。

長管拖車具有成熟的生產(chǎn)制造及使用經(jīng)驗(yàn)，質(zhì)量更有保證。

3）潔凈及密封工藝的可實(shí)施性

一氧化二氮為電子級的液化氣體，采用中壓罐車進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，潔凈處理難以實(shí)現(xiàn)，還需開設(shè)人孔等接口，漏率不容易達(dá)到要求。

綜上，長管拖車與中壓罐車相比，不僅質(zhì)量更有保證，而且運(yùn)輸效率要高。從經(jīng)濟(jì)合理性和生產(chǎn)工藝、使用安全性等方面考慮，使用長管拖車進(jìn)行高壓液化氣體的運(yùn)輸是很理想的選擇。

4 安全性分析

目前，設(shè)備安全已成為設(shè)備能否被市場接受、有無發(fā)展前景的關(guān)鍵因素。因此除了在正常使用保證安全的前提下，在火災(zāi)等極端條件下，內(nèi)部介質(zhì)溫度劇烈升高時(shí)，也必須保證設(shè)備安全。為此，王紅霞［17］、任美鳳［18］等對火災(zāi)工況下壓力容器安全泄放量的計(jì)算進(jìn)行了深入研究，主要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）GB 16918—1997《氣瓶用爆破片技術(shù)條件》［19］對液化氣體氣瓶的安全泄放量做了規(guī)定；

2）CGAS-1.1-2005 “Pressure Relief DeviceStandards”［20］給出了采用各種不同安全泄放裝置及其組合裝置時(shí)，氣瓶安全泄放量的計(jì)算方法；

3）API 521—2007“Pressure-Relieving and Depressuring Systems”［21］對暴露于明火的氣瓶所需的泄放面積做了規(guī)定，計(jì)算公式是從容器在火災(zāi)情況下通過器壁的吸收熱量導(dǎo)致壓力升高推導(dǎo)而來，由于很好地考慮了氣瓶受火情況，具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更適用于火災(zāi)情況。

以上標(biāo)準(zhǔn)均適用于液化氣體，所以即使在火災(zāi)工況下，長管拖車進(jìn)行液化氣體的儲(chǔ)運(yùn)也是有理論依據(jù)的。當(dāng)處于火災(zāi)，溫度劇增導(dǎo)致氣瓶內(nèi)部壓力達(dá)到泄放壓力時(shí)，安全泄放裝置會(huì)開啟，并能保證所需的排放能力，保證設(shè)備的安全。

5 結(jié)論

國內(nèi)長管拖車、管束式集裝箱具有豐富的儲(chǔ)運(yùn)壓縮氣體的經(jīng)驗(yàn)。國際標(biāo)準(zhǔn)是允許管束式集裝箱進(jìn)行液化氣體的運(yùn)輸?shù)摹?/p>

從運(yùn)輸效率、生產(chǎn)制造及潔凈及密封工藝的可實(shí)施性方面考慮，長管拖車、管束式集裝箱是儲(chǔ)運(yùn)高壓液化氣體更理想的選擇。長管拖車、管束式集裝箱進(jìn)行高壓液化氣體的儲(chǔ)運(yùn)在保證使用安全的前提下，能大大降低儲(chǔ)運(yùn)成本，對液化氣體行業(yè)的快速、健康發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。

通過大量的市場調(diào)研，從市場、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面進(jìn)行細(xì)致分析后，結(jié)論是此新技術(shù)市場前景好，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益好，風(fēng)險(xiǎn)性小。建議國家在標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)評審等方面放開對長管拖車、管束式集裝箱充裝液化氣體的限制。

［1］ TSG R0005—2011 移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

［2］ TSG R0006-2014 氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.

［3］ 董紅磊，李邦憲，薄柯，等.我國長管拖車安全技術(shù)發(fā)展綜述［J］.中國特種設(shè)備安全，2014，30（08）：1-5.

［4］ 王麗娜.我國長管拖車的現(xiàn)狀及安全使用［J］.中國特種設(shè)備安全， 2011，27（06）：51-53.

［5］ 薛小龍，姚建平，肖飚.長管拖車的檢驗(yàn)及使用安全［J］.中國特種設(shè)備安全，2009，25（12）：65-66.

［6］ 劉玉紅，付俊卿，王二博.長管拖車瓶體轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)［J］.中國特種設(shè)備安全，2009，25（11）：11-12.

［7］ 劉玉紅，常靜，衛(wèi)麗霞.長管拖車瓶端螺紋磨損原因分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)［J］.專用汽車，2008（09）：58-59.

［8］ 李偉，鄧貴德，吉方，等.長管拖車應(yīng)用現(xiàn)狀與氣瓶外螺紋磨損統(tǒng)計(jì)分析［J］.化學(xué)工程與裝備，2014（05）： 8-12.

［9］ 李利嬌.從設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)重視長管拖車的安全控制［J］.中國特種設(shè)備安全，2009，25（07）：22-24.

［10］ 李東升.電子級高純氣體輸送系統(tǒng)［J］.電子工業(yè)專用設(shè)備，2005，34（02）：56-58.

［11］ 蔣仲先.特種氣體用閥門及配套件［J］.閥門，1998（04）：34-35.

［12］ 俞利群.高純氣體輸送用管線與閥門［J］.低溫與特氣，1993（03）：23-27.

［13］ IMDG 國際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則［S］.

［14］ ISO11120 氣瓶-水容積150L～3000L的可重復(fù)充裝鋼質(zhì)無縫氣瓶的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)［S］.

［15］ GB 150—2011 壓力容器［S］.

［16］ Matheson氣體數(shù)據(jù)手冊［Z］.

［17］ 王紅霞，陳奇峰.大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶壓力容器處于火災(zāi)環(huán)境時(shí)安全泄放量的計(jì)算方法的探討［J］.化工設(shè)備與管道，2007，44（3）：16-18.

［18］ 美鳳，卞潮淵，楊健.火災(zāi)工況壓力容器安全泄放量計(jì)算公式的探討［J］.化工設(shè)計(jì)，2006，16（1）：47-49.

［19］ GB 16918—1997 氣瓶用爆破片技術(shù)條件［S］.

［20］ CGAS-1.1-2005 Pressure Relief Device Standards ［S］.

［21］ API 521—2007 Pressure-Relieving and Depressuring Systems［S］.

Liquefied Gas Storage and Transportation Feasibility with Tube Trailer or Tube Skid

Cui Yujing Liu Yuhong Hou Xiongwei
（Shijiazhuang Enric Gas Equipment Co.， LTD Shijiazhuang 051430）

Tube trailer and tube skid are only approved for transportation of the compressed gas according to TSG R0005—2011 Supervision Regulation on Safety Technology for Transportable Pressure Vessel.Feasibility of storage and transportation of the liquefied gas by tube trailer or tube skid is illustrated in the aspects of market， technic，economic and security in this paper.

Tube trailer Tube skid Liquefied gas Storage and transportation Feasibility

X933.4

B

1673-257X（2016）09-0001-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.09.001

崔玉景（1986～），女，碩士，助理工程師，從事壓力容器的研究工作。

（2016-03-03）