液化天然氣（liquefied natural gas，LNG）罐式集裝箱（以下簡稱“罐箱”）作為天然氣液態(tài)儲運(yùn)的新載體，具有無損儲存時間長和宜儲宜運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)。LNG罐箱運(yùn)輸成功解決了以往LNG槽罐車運(yùn)輸存在的耗時較長、安全隱患較大等問題，在促進(jìn)天然氣液態(tài)儲運(yùn)新模式和新業(yè)態(tài)發(fā)展的同時，為我國冬季能源保供提供有力支撐。為了保障能源供應(yīng)安全，緩解我國LNG供需區(qū)域不平衡問題，國家發(fā)展和改革委員會、財(cái)政部、自然資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家能源局等聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)天然氣儲備能力建設(shè)的實(shí)施意見》，要求發(fā)揮LNG儲罐宜儲宜運(yùn)、調(diào)運(yùn)靈活的特點(diǎn)，推進(jìn)LNG罐箱多式聯(lián)運(yùn)試點(diǎn)示范，多措并舉提高儲氣能力。在推進(jìn)LNG罐箱多式聯(lián)運(yùn)新模式和新業(yè)態(tài)發(fā)展的過程中，由于對LNG罐箱安全閥的認(rèn)識不夠全面，主管部門和相關(guān)單位對LNG罐箱安全閥的管理過于嚴(yán)苛。[1]本文介紹LNG罐箱安全閥的工作原理，分析LNG罐箱安全閥非正常起跳的主要原因及起跳后的排放影響，并提出LNG罐箱安全閥起跳預(yù)防和應(yīng)急措施，以期消除業(yè)界對LNG罐箱安全閥起跳后果的擔(dān)憂，促進(jìn)LNG罐箱多式聯(lián)運(yùn)健康發(fā)展。

1 LNG罐箱安全閥的工作原理

安全閥是一種能控制管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力的特殊閥門。安全閥的啟閉件在外力作用下處于常閉狀態(tài);當(dāng)管道或設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)壓力超過允許值時，啟閉件打開并向外排放介質(zhì)，從而將管道或設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)壓力控制在允許值以下，以確保人員和設(shè)備安全。按照NB/T 47059―2017《冷凍液化氣體罐式集裝箱》的要求：充裝易燃介質(zhì)的罐箱應(yīng)以并聯(lián)方式設(shè)置4個互相獨(dú)立的安全閥（見圖1）;主安全閥的整定壓力應(yīng)為內(nèi)容器設(shè)計(jì)壓力的1.05～1.10倍，回座壓力應(yīng)不小于整定壓力的0.90倍;任何情況下應(yīng)保證至少有2個安全閥與內(nèi)容器保持連通，并且每個安全閥的排放能力均滿足非火災(zāi)條件下內(nèi)容器的安全泄放要求，2個安全閥的排放能力滿足火災(zāi)條件下內(nèi)容器的安全泄放要求。

以某廠家生產(chǎn)的LNG罐箱為例：當(dāng)罐箱內(nèi)的壓力高于安全閥整定壓力（0.83 MPa）時，安全閥自動打開，釋放閃蒸氣;當(dāng)罐箱內(nèi)的壓力降至?xí)r，安全閥自動回座。LNG罐箱設(shè)置4個并聯(lián)安全閥（兩用兩備），其中2個安全閥的排放能力即可滿足罐箱在火災(zāi)和真空喪失條件下的安全泄放要求;因此，安全閥失效導(dǎo)致罐箱內(nèi)的壓力無法釋放的風(fēng)險很小。此外，安全閥利用彈簧壓回，關(guān)閉時無需動力，具有較高的安全性和可靠性。

2 LNG罐箱安全閥非正常起跳的主要原因

LNG罐箱設(shè)計(jì)、材料、安全附件、儀表、裝卸附件、制造、檢驗(yàn)等均有標(biāo)準(zhǔn)可循，嚴(yán)格遵守和執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可確保LNG罐箱設(shè)備本身符合安全要求。我國裝備制造企業(yè)通過優(yōu)化LNG罐箱結(jié)構(gòu)和材料，攻克長時間真空維持、低漏熱支撐等真空絕熱關(guān)鍵技術(shù)，使LNG罐箱無損儲存時間超出全球最長航次時間，實(shí)現(xiàn)在無損儲存時間內(nèi)的LNG零排放。張青松[2]運(yùn)用健康、安全和環(huán)境風(fēng)險矩陣以及危險源辨識分析法評估LNG罐箱海運(yùn)風(fēng)險，得出以下結(jié)論：高空墜物導(dǎo)致LNG罐箱絕熱失效以及船舶碰撞導(dǎo)致LNG罐箱機(jī)械失效，進(jìn)而造成安全閥起跳的概率均為10 6～10 5次/年，相當(dāng)于全球范圍內(nèi)從未發(fā)生過此類事件。由此可見：只要在運(yùn)輸過程中嚴(yán)格遵守《國際海運(yùn)危險貨物規(guī)則》，將航期控制在LNG罐箱無損儲存時間內(nèi)，安全閥起跳事件的發(fā)生概率極低，并且安全閥出廠前必須經(jīng)過壓力試驗(yàn)，出廠后每年還要經(jīng)檢驗(yàn)合格后才能使用;因此，正常情況下，LNG罐箱在無損儲存時間內(nèi)的儲運(yùn)環(huán)節(jié)不會發(fā)生安全閥起跳事件。

基于LNG罐箱的真空絕熱結(jié)構(gòu)和安全閥工作原理可知，導(dǎo)致LNG罐箱安全閥起跳的直接原因是罐箱內(nèi)的氣體壓力上升，而罐箱內(nèi)氣體壓力上升的主要原因包括：（1）罐箱真空度下降;（2）罐箱真空度正常，外界熱量持續(xù)導(dǎo)入罐箱內(nèi)，導(dǎo)致LNG發(fā)生汽化。中國海洋石油集團(tuán)有限公司“南氣北運(yùn)”試驗(yàn)和中國船級社武漢規(guī)范所實(shí)船運(yùn)輸試驗(yàn)結(jié)果顯示：在周圍環(huán)境和真空度均正常的條件下，無論在運(yùn)輸過程中還是在靜置狀態(tài)下，LNG罐箱內(nèi)的壓力上升速度都非常緩慢。[3]在運(yùn)輸過程中，LNG罐箱內(nèi)的液體晃動導(dǎo)致氣體更易于液化，從而使罐箱內(nèi)的液體和氣體形成動態(tài)平衡的飽和狀態(tài)。靜置狀態(tài)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：滿罐（充裝率為90%）靜置110 d后，LNG罐箱內(nèi)的壓力為0.70 MPa，未達(dá)到安全閥起跳壓力;空罐（帶殘液）靜置230 d后，LNG罐箱內(nèi)的壓力為0.73 MPa，仍未達(dá)到安全閥起跳壓力。

3 LNG罐箱安全閥起跳后的排放影響

3.1 排放量

在實(shí)際充裝率不超過額定充裝率（90%）的條件下，LNG罐箱在無損儲存時間內(nèi)一般不會發(fā)生安全閥起跳事件。如果實(shí)際儲存時間超過無損儲存時間，可通過提前手動排氣的方式來泄壓，而不建議待安全閥起跳后再采取處理措施。不同壓力下維持飽和狀態(tài)的手動泄壓產(chǎn)生的閃蒸氣排放量極少（見表1），可不對其實(shí)施回收處理。需要注意的是：在實(shí)際充裝率超過額定充裝率的情況下，隨著時間推移，LNG罐箱內(nèi)的壓力可能會因液體膨脹而快速升高，從而導(dǎo)致安全閥超壓排放，引發(fā)噴液現(xiàn)象。由表1可見：當(dāng)壓力為0.7 MPa時，發(fā)生噴液現(xiàn)象。在理想狀態(tài)下，只要LNG罐箱卸液后的殘液量不超過，安全閥都不會自動起跳。此殘液量可為空罐返程提供參考。

3.2 排放溫度

LNG罐箱安全閥的起跳壓力為0.83 MPa，一旦發(fā)生安全閥起跳事件，泄漏的LNG會迅速汽化并放散于大氣中。在從安全閥到排放口的過程中，LNG閃蒸氣需要經(jīng)過長度約為5 m的排放管路（見圖2），并與大氣產(chǎn)生熱交換，導(dǎo)致其溫度迅速升高。LNG罐箱閃蒸氣排放試驗(yàn)結(jié)果顯示：在環(huán)境溫度為25℃、排氣壓力為0.8 MPa的條件下，距離排放閃蒸氣的LNG罐箱0.8 m和1.0 m處的溫度分別為 4℃和10℃。由此可見，LNG罐箱安全閥起跳對鄰近罐箱產(chǎn)生的低溫影響極小。

4 LNG罐箱安全閥起跳預(yù)防和應(yīng)急措施

4.1 預(yù)防措施

（1）確保罐箱安全閥在檢驗(yàn)周期內(nèi)且使用狀況良好。

（2）根據(jù)罐箱的保溫性能確定合理的充裝率（不超過90%），并使罐箱壓力小于0.3 MPa。

（3）裝船前檢查罐箱壓力、溫度和液位等是否正常;若發(fā)現(xiàn)異常情況，立即停止裝船作業(yè)并采取相應(yīng)的處理措施。

（4）裝船前預(yù)估罐箱運(yùn)輸時間（包括在港時間）并預(yù)留一定的安全余量，根據(jù)罐箱壓力判斷其無損儲存時間，確認(rèn)罐箱無損儲存時間滿足運(yùn)輸時間要求。

（5）在裝卸和綁扎作業(yè)過程中，注意避免碰撞罐箱本體及管閥。

（6）在航行過程中，通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺監(jiān)測并記錄罐箱壓力、溫度和液位等。[4]

（7）利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析多批次運(yùn)輸中罐箱壓力、溫度和液位等數(shù)據(jù)變化情況，據(jù)此推算罐箱剩余無損儲存時間，從而為后續(xù)運(yùn)輸提供參考。

4.2 應(yīng)急措施

4.2.1 船舶航行中的應(yīng)急措施

在船舶航行過程中，一旦LNG罐箱發(fā)生安全閥起跳事件導(dǎo)致罐箱泄壓和氣體排放，應(yīng)當(dāng)立即采取以下應(yīng)急措施：（1）報(bào)告值班駕駛員和船長，并發(fā)出警報(bào);（2）將船上生活區(qū)空調(diào)或通風(fēng)裝置調(diào)至內(nèi)循環(huán);（3）關(guān)閉船上生活區(qū)所有外部門窗和風(fēng)口，并關(guān)閉甲板所有艙室門窗和風(fēng)口;（4）全船禁止任何可能產(chǎn)生火花的作業(yè);（5）船員視情況按應(yīng)變部署表到集合地點(diǎn)集合，做好滅火及其他應(yīng)急措施的準(zhǔn)備工作;（6）船舶視情況顯示操縱受限信號，協(xié)調(diào)他船避碰，并使氣體排放部位處于下風(fēng)側(cè)。

4.2.2 港口作業(yè)中的應(yīng)急措施

在港口作業(yè)過程中，如果LNG罐箱發(fā)生安全閥起跳事件，應(yīng)當(dāng)立即控制點(diǎn)火源，盡快確定泄漏源，并逐級上報(bào)啟動應(yīng)急預(yù)案?？刂泣c(diǎn)火源時，要保持通風(fēng)良好，不得動用明火[5];確定泄漏源時，可通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)查找并定位罐箱。若安全閥無法自動回座，應(yīng)當(dāng)盡快將罐箱移至空曠場地以放散閃蒸氣，緊急情況下可以連接排放口引走閃蒸氣。

5 結(jié)束語

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置4個并聯(lián)的安全閥可以確保LNG罐箱滿足在事故條件下的安全泄放要求。LNG罐箱在無損儲存時間內(nèi)的儲運(yùn)環(huán)節(jié)發(fā)生安全閥起跳事件的概率極低。罐箱壓力升高是導(dǎo)致LNG罐箱安全閥起跳的直接原因，而無論滿罐還是空罐（帶殘液），罐箱壓力上升的速度都非常緩慢。理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果表明：LNG罐箱安全閥起跳導(dǎo)致的排放量很小，并且排放溫度已恢復(fù)至常溫。根據(jù)LNG罐箱安全閥起跳特點(diǎn)和后果采取相應(yīng)的預(yù)防和應(yīng)急措施，可有效避免安全事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 汪思，常心潔，李秋英，等. LNG罐式集裝箱規(guī)模化海陸聯(lián)運(yùn)需突破環(huán)節(jié)分析[J]. 冶金管理，2019（23）：119.

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[3] 羅若尹，王博，甘智華，等. 真空完全喪失下LNG罐式集裝箱的儲存規(guī)律研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2021，42（8）：1930- 1935.

[4] 羅婷婷，李欣欣，魯亮，等. LNG罐式集裝箱水運(yùn)風(fēng)險識別及防控措施分析[J]. 中國水運(yùn)，2020（3）：42-45.

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（編輯：張敏 收稿日期：2021-10-12）