李欣欣 羅婷婷 常心潔(中海石油氣電集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心，北京 100028)

0 引言

近年來(lái)，“一罐到底”的液化天然氣(LNG)罐式集裝箱多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展迅猛。LNG罐箱宜儲(chǔ)宜運(yùn)、靈活性強(qiáng)[1]，為推進(jìn)國(guó)家天然氣產(chǎn)供儲(chǔ)銷(xiāo)體系建設(shè)，保障供氣安全，國(guó)家發(fā)改委、能源局、交通部聯(lián)合批準(zhǔn)中國(guó)海油開(kāi)展了國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模LNG罐箱運(yùn)輸試點(diǎn)項(xiàng)目，利用LNG罐箱將中國(guó)海油海南LNG接收站的富余產(chǎn)能釋放到冬季天然氣需求旺盛的北方地區(qū)。2018年11月4日，滿(mǎn)載130個(gè)LNG罐箱的“樂(lè)從號(hào)”從海南洋浦港啟航，拉開(kāi)了國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上首次大規(guī)模利用罐箱運(yùn)輸LNG的序幕[2]。在LNG罐箱業(yè)務(wù)大規(guī)模開(kāi)展的同時(shí)，空箱的存放在后續(xù)的正式商業(yè)運(yùn)行成為亟待解決的問(wèn)題，解決LNG罐箱存放問(wèn)題，是LNG罐箱多式聯(lián)運(yùn)模式具備經(jīng)濟(jì)效益并順利推廣的基礎(chǔ)條件之一。

另外，LNG罐箱也是作為天然氣保供的一種重要手段，是符合國(guó)家產(chǎn)供儲(chǔ)銷(xiāo)體系相關(guān)政策要求的。2019年6月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于做好2019 年能源迎峰度夏工作的通知》(發(fā)改運(yùn)行〔2019〕1077號(hào))，要求尚未達(dá)到儲(chǔ)氣任務(wù)目標(biāo)的地區(qū)，要提前采取增加備用LNG罐箱等方式來(lái)履行儲(chǔ)氣責(zé)任，補(bǔ)齊儲(chǔ)氣能力不足的短板。LNG堆場(chǎng)設(shè)計(jì)是LNG罐箱調(diào)峰儲(chǔ)備項(xiàng)目的核心環(huán)節(jié)，利用LNG罐箱堆場(chǎng)季節(jié)存儲(chǔ)，可以形成至少3個(gè)多月的無(wú)損存儲(chǔ)，夏季充裝、冬季銷(xiāo)售，利用季節(jié)價(jià)格差，獲取客觀的利潤(rùn)。而且隨著天然氣市場(chǎng)化逐步向深入方向發(fā)展，LNG罐箱利用其靈活性，在中國(guó)南北各地形成潮汐般物流波動(dòng)，還可以繼續(xù)提高利用效率，獲取其他更為豐厚的利潤(rùn)。

因此本文研究了某LNG接收站LNG罐箱儲(chǔ)存區(qū)工程方案，以期為今后發(fā)展LNG罐箱液態(tài)外銷(xiāo)業(yè)務(wù)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 設(shè)計(jì)原則及參考標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)明確的LNG罐箱堆存場(chǎng)地設(shè)計(jì)規(guī)范，本次方案研究以《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》等法律法規(guī)為依據(jù)，參考石化行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，基于總圖、生產(chǎn)工藝、防火及泄漏收集措施、消防設(shè)施等基本設(shè)計(jì)原則、理念及工程技術(shù)，結(jié)合LNG罐箱的技術(shù)特性，研究提出了某LNG接收站LNG罐箱儲(chǔ)存區(qū)工程方案，為下一步具體實(shí)施奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

主要參考標(biāo)準(zhǔn)有：《危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)安全規(guī)程》《集裝箱港口裝卸作業(yè)安全規(guī)程》《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)》《化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》《石油天然氣工程總圖設(shè)計(jì)規(guī)范》《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》等。

2 總平面布置方案

項(xiàng)目設(shè)置107個(gè)LNG罐箱箱位，根據(jù)交通運(yùn)輸部JT 397—2007《危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)安全規(guī)程》，堆場(chǎng)堆碼層數(shù)近期設(shè)定為1層，遠(yuǎn)期考慮2層。根據(jù)《罐箱堆場(chǎng)FHA分析報(bào)告》，LNG罐箱重箱與LNG罐箱空箱設(shè)計(jì)泄漏輻射熱、蒸氣云擴(kuò)散等模擬結(jié)果基本一致，僅持續(xù)時(shí)間空箱遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于重箱，因此，LNG罐箱與外部設(shè)施距離控制不區(qū)分重箱、空箱，按照一致的標(biāo)準(zhǔn)考慮。

2.1 與外部設(shè)施間距

2.1.1 與村莊距離

LNG罐箱區(qū)(導(dǎo)液溝最外緣)與不少于100人的居住區(qū)、村莊、公共福利設(shè)施等距離不小于470m。

2.1.2 與相鄰廠礦距離

LNG罐箱區(qū)(導(dǎo)液溝最外緣)與相鄰廠礦距離不小于150m。

2.1.3 與公路距離

考慮蒸氣云擴(kuò)散邊界不超過(guò)東側(cè)公路。LNG罐箱氣相泄漏時(shí)50% LFL擴(kuò)散距離為57.68m，確定LNG罐箱至東側(cè)公路距離不小于60m。集液池(平面尺寸5×5m)50% LFL擴(kuò)散距離135.42m，確定集液池至東側(cè)公路不小于140m。

2.2 廠內(nèi)間距與平面布置

根據(jù)用地形狀，結(jié)合已建路網(wǎng)和外部路網(wǎng)條件，考慮與外部設(shè)施、周邊已建設(shè)施、規(guī)劃預(yù)留設(shè)施等關(guān)系，總平面布置分成兩個(gè)區(qū)塊：LNG 罐箱場(chǎng)地、生產(chǎn)輔助區(qū)。

LNG罐箱場(chǎng)地獨(dú)立設(shè)置，共劃分3列，布置107個(gè)箱位。結(jié)合正面吊作業(yè)空間需求，每列LNG罐箱外考慮18m安全作業(yè)通道。每列中相鄰箱位橫向間距1m，主要為日常檢查通道；相鄰箱位豎向間距3m，用于導(dǎo)液溝、泄放收集系統(tǒng)及其他設(shè)施布置空間。LNG罐箱場(chǎng)地與圍墻之間設(shè)環(huán)形的車(chē)行通道。堆場(chǎng)設(shè)置兩個(gè)進(jìn)出口，堆場(chǎng)四周設(shè)置實(shí)體圍墻。LNG罐箱場(chǎng)地四周設(shè)置環(huán)形導(dǎo)液溝。導(dǎo)液溝距離罐箱不小于15m，同時(shí)導(dǎo)液溝覆蓋裝卸機(jī)械作業(yè)范圍，裝卸作業(yè)過(guò)程掉箱損壞亦可有效收集，導(dǎo)液溝最終匯入集液池?？紤]應(yīng)急處置及罐箱泄放收集需要，于陸域西南角臨海偏僻地帶布置應(yīng)急處理場(chǎng)地、EAG及放空立管等。LNG罐箱、集液池與外部廠礦、道路、已建裝車(chē)區(qū)控制室、裝車(chē)區(qū)門(mén)衛(wèi)室、預(yù)留LNG儲(chǔ)罐、項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)及監(jiān)控中心距離均滿(mǎn)足控制距離要求。

生產(chǎn)輔助區(qū)布置于陸域東南側(cè)，與裝車(chē)區(qū)已建裝車(chē)區(qū)控制室、裝車(chē)區(qū)門(mén)衛(wèi)室毗鄰?？紤]現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理需要，布置現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)及監(jiān)控中心用房。

項(xiàng)目場(chǎng)地道路呈環(huán)狀布置，便于車(chē)輛運(yùn)行和消防檢修。LNG罐箱場(chǎng)地單獨(dú)設(shè)施圍墻與生產(chǎn)輔助區(qū)隔開(kāi)，場(chǎng)地東側(cè)布置兩個(gè)出入口及值班室，場(chǎng)地四周設(shè)置2.5m高實(shí)體圍墻。

3 裝卸工藝

3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

LNG罐箱主要由罐體和框架兩個(gè)基本部分構(gòu)成，框架用以傳遞在起吊、搬運(yùn)、固縛和運(yùn)輸中所產(chǎn)生的靜載和動(dòng)載。LNG罐箱屬于壓力容器，為雙層結(jié)構(gòu)形式，罐體外殼材料采用Q345R鋼，內(nèi)罐材料采用S30408奧氏體型不銹鋼，外殼主要承受罐體內(nèi)部產(chǎn)生的壓力，內(nèi)罐及隔層用于保冷。

目前市場(chǎng)上LNG罐箱陸地靜置試驗(yàn)最長(zhǎng)維持時(shí)間介于118～178d，某生產(chǎn)廠典型LNG罐箱的主要技術(shù)參數(shù)如下[3]：

內(nèi)罐容積：42.5m3；設(shè)計(jì)壓力：0.87MPa；工作壓力：0.76MPa；設(shè)計(jì)溫度：-196℃；工作溫度：-162～50℃；額定充裝率：≤90%；外形尺寸：12192mm×2438mm×2591mm；日蒸發(fā)率：≤0.18%(LNG)；最大允許充裝質(zhì)量：16500kg。

儲(chǔ)存區(qū)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

堆場(chǎng)年運(yùn)營(yíng)天數(shù)：365d；LNG重箱罐箱有效容積：≤41m3(LNG凈重≤18t)；LNG空箱罐箱：200kg≤殘液≤500kg。

3.2 裝卸工藝方案及流程

LNG罐箱作業(yè)采用2臺(tái)集裝箱正面吊，近期按照堆高1層考慮，遠(yuǎn)期可考慮2層堆放。LNG罐箱進(jìn)出場(chǎng)的水平運(yùn)輸均采用集裝箱拖掛車(chē)。進(jìn)出流程如下：

重箱出場(chǎng)：充裝區(qū)→集卡→集裝箱正面吊→LNG罐式集裝箱場(chǎng)地→集裝箱正面吊→集卡→場(chǎng)外。

空箱進(jìn)場(chǎng)：場(chǎng)外→集卡→集裝箱正面吊→LNG罐式集裝箱空箱場(chǎng)地。

3.3 堆場(chǎng)管理

LNG罐箱最高允許工作壓力0.76MPa，為降低堆場(chǎng)事故工況影響程度，LNG罐箱進(jìn)入堆場(chǎng)時(shí)應(yīng)預(yù)估罐箱堆存期間的壓力上升不應(yīng)超過(guò)0.1MPa，若超過(guò)需采取措施降壓。

LNG罐箱裝卸作業(yè)時(shí)應(yīng)遵循“由外而內(nèi)、至上而下”的順序作業(yè)，盡量減少跨箱作業(yè)。LNG罐箱場(chǎng)地內(nèi)不允許大量車(chē)輛停留，應(yīng)順序依次進(jìn)入、離開(kāi)等開(kāi)展運(yùn)輸及裝卸作業(yè)。

3.4 裝卸工藝設(shè)備

主要工藝裝卸機(jī)械設(shè)備如表1所示。

表1 裝卸機(jī)械設(shè)備配置表

3.5 堆場(chǎng)容量及周轉(zhuǎn)量計(jì)算

堆場(chǎng)容量參考JTS 165—2013《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)技術(shù)規(guī)定并結(jié)合本工程的具體條件計(jì)算確定，按式(1)計(jì)算：

式中：NS為所需地面箱位數(shù)(個(gè))；N1為場(chǎng)地設(shè)備堆箱層數(shù)；AS為場(chǎng)地容量利用率(%)。

所需地面箱位數(shù)按式(2)計(jì)算：

式中：Ey為罐箱場(chǎng)地容量(個(gè))；Qh為罐箱貨運(yùn)量；KBK為堆場(chǎng)罐箱不平衡系數(shù)；Tyk為堆場(chǎng)年運(yùn)營(yíng)天(d)，取365d；tdc為貨物在堆場(chǎng)的平均堆存期(d)。

現(xiàn)有陸域條件，本研究方案布置107個(gè)箱位。

計(jì)算得出近期1層堆放年可周轉(zhuǎn)11000 箱(重箱50%/空箱50%)，即年周轉(zhuǎn)LNG9.9萬(wàn)t；遠(yuǎn)期2層堆放年可周轉(zhuǎn)42000 箱(重箱50%/空箱50%)，即年周轉(zhuǎn)LNG37.5萬(wàn)t。

其他用水用電、消防、公用工程等按照《石油天然氣設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

為提高堆場(chǎng)利用效率，LNG罐箱采用緊湊布置的形式(相鄰LNG罐箱箱位橫向距離1m、縱向距離3m)且多層堆碼(近期堆放1層、遠(yuǎn)期堆放2層)。但是要求事故狀態(tài)時(shí)相鄰或上下LNG罐箱不得相互影響，即當(dāng)LNG罐箱發(fā)生泄漏或火災(zāi)并對(duì)臨近罐箱產(chǎn)生影響時(shí)，其相鄰或上下LNG罐箱堆碼結(jié)構(gòu)不能失效、在安全泄放閥的輔助下內(nèi)容器結(jié)構(gòu)保持完整。另為減小罐箱裝卸作業(yè)過(guò)程掉箱導(dǎo)致的事故風(fēng)險(xiǎn)，LNG罐箱應(yīng)能在掉箱工況保證罐箱結(jié)構(gòu)完整，這些都需LNG罐箱廠家核實(shí)或改進(jìn)LNG罐箱性能。建議對(duì)LNG罐箱堆場(chǎng)火災(zāi)、泄漏擴(kuò)散開(kāi)展三維模擬，取得更精確的火災(zāi)輻射熱、泄漏擴(kuò)散模擬結(jié)果，優(yōu)化LNG罐箱堆場(chǎng)平面布置，提高堆場(chǎng)利用效率。目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)明確的LNG罐箱堆存場(chǎng)地設(shè)計(jì)規(guī)范。本次方案研究以《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》等法律法規(guī)為依據(jù)，參考《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等規(guī)范的基本設(shè)計(jì)原則、理念，結(jié)合LNG罐箱的技術(shù)特性，提出LNG罐箱儲(chǔ)存區(qū)工程方案，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。