液化天然氣公路槽車運輸安全研究

陳亞凱

（中海石油氣電集團有限責任公司廣東分公司，廣東深圳 518000）

當前，液化天然氣是我國能源供應中的一種重要資源，為了滿足各地液化天然氣的供應，就需要提高液化天然氣的運輸頻次。而在液化天然氣的運輸方式上，應用槽車進行公路運輸是較為常見的方式之一，其安全問題歷來受到重視。由于液化天然氣具有低溫、高壓、易燃易爆等特點，其在運輸過程中的安全風險也較為突出，如何確保其運輸安全，仍是需要重點研究的一項內容。

1 液化天然氣公路槽車運輸概述

1.1 液化天然氣的特性

液化天然氣（LNG）是指將氣態天然氣在低溫和高壓條件下，經過降溫、液化、凈化等一系列流程后而產生的一種低溫液態混合物，其主要成分為甲烷，占比超過90%，同時也含有少量其他烷烴，以及微量的二氧化碳、硫化氫等氣體，其在標準大氣壓下沸點為-161.5℃，當溫度在-107℃以上時，其密度小于空氣密度。由此可知，液化天然氣主要具有以下幾方面的特性。

（1）由于液化天然氣的主要成為為烷烴類物質，因此其具有烷烴的易燃易爆特性；

（2）因液化天然氣的密度特性，其一旦泄漏到空氣中，就會迅速蒸發和擴散，在此過程中，周圍空氣的溫度和氧氣濃度均會降低，容易造成附近人員的凍傷或窒息風險；

（3）由于液化天然氣需要在-161.5℃以下的環境內儲存，因此這種低溫特性會對存儲系統設備造成嚴重影響，存儲系統設備的力學性能因低溫顯著降低，進而增加泄漏風險。

1.2 液化天然氣槽車的基本特點

目前，在液化天然氣的公路運輸中，槽車成為主要的運輸工具，其通常分為半掛式和集裝箱式兩種，二者分別以液化天然氣罐和罐式集裝箱進行液化天然氣的儲運，其主體結構類似，但在實際運輸中多以半掛式槽車進行儲運。在這種槽車的罐體中，主要結構分為以下四種。

（1）高真空多層纏繞絕熱夾層，用于隔絕外界溫度；

（2）罐體內容器，多為奧氏體不銹鋼材料制成，用于LNG的充裝；

（3）罐體外容器，其與內容器之間存在空隙，空隙內為接近真空的環境，以發揮絕熱作用；

（4）管路操作系統，其集成了各種閥門儀表，用于對槽車運輸情況的監測與控制，以提高運輸安全。

1.3 影響液化天然氣公路槽車運輸的主要因素

由于槽車結構的復雜性，以及外界環境因素的不確定性等影響，在實際運輸過程中，液化天然氣公路槽車面臨的風險點也相對較多，具體則可分為以下幾個方面。

（1）“人的因素”。一方面，由于LNG的理化特性較為特殊，因此對于運輸前的裝載和檢查過程有了更高的要求，在運輸開始前，通常需要由專業人員對槽車安全情況、LNG充裝量、槽罐密封性等各項指標進行全面檢查，做到不遺漏任何細節。為達到這一目標，就對相關工作人員的專業能力、職業道德等方面提出了更嚴格的要求。同時，由于駕駛員的安全行為也是決定槽車公路運輸安全的關鍵，因此其對駕駛員的行為也有較為嚴格的要求[1]。

（2）“物的因素”。一方面是車輛因素，由于運輸LNG這項工作的特殊性，其對于車輛技術性能和裝備結構的要求更為苛刻，主要包括車輛的制動系統、發動機、輪胎懸掛、定位系統等，這些要素缺一不可，任何一個要素不符合要求都可能引起較為嚴重的安全問題；另一方面則表現為罐體和安全附件因素，其風險點主要表現為罐體、罐體閥門等位置[2-3]。

（3）“環境的因素”。這方面的因素又可細分為以下幾部分。①路況環境：如路面平整度較低，則容易因車輛長期顛簸行駛而造成爆胎或槽罐固定裝置脫落等風險，也可能造成罐體內LNG振蕩幅度過高等問題。②自然環境：雨雪霧天氣下，車輛行駛受到嚴重影響，容易引發交通事故而造成LNG的泄漏，或因溫度過高導致罐內壓力超出罐體安全閥性能極限而引起泄漏。③交通流干擾：由于LNG運輸槽車載重量大、重心偏高，因此其自身行駛穩定性偏低，當遭遇其他交通流干擾后，難以在第一時間及時反應，造成風險概率的升高[4-5]。

2 液化天然氣公路槽車運輸中的主要安全問題

液化天然氣公路槽車運輸過程中面臨著較多的風險點，受此影響，其在運輸過程中的安全問題也相對較多，從以往的案例來看，液化天然氣公路槽車運輸過程中的主要安全問題如表1所示。

表1 液化天然氣公路槽車運輸過程中的主要安全問題

從表1可知，人員因素仍為當前液化天然氣公路槽車運輸過程中的主要風險因素，這是今后開展運輸安全工作應當首要考慮的內容，而其他幾方面的因素同樣不容忽視。

整體來看，無論何種原因引起的LNG槽車公路運輸安全問題，其均會造成罐體受損繼而引發天然氣泄漏，當LNG泄漏后，其主要危險如下。

（1）泄漏的LNG遇到火源極易發生爆燃事故；

（2）泄漏的LNG因其特殊的理化性質，接觸到水后可能會出現“冷爆炸”的問題；

（3）LNG泄漏后隨風擴散極易造成周圍人員的凍傷或窒息問題；

（4）LNG泄漏后，外界熱量傳入罐體，導致罐體內溫度上升、氣壓增大，造成“超壓爆炸”的風險進一步升高。

3 提高液化天然氣公路槽車運輸安全水平的有效策略

3.1 建立液化天然氣公路槽車運輸信息管理平臺

就目前的實際情況來看，國內仍有一部分LNG運輸企業在槽車運輸方面的信息化管理水平上存在不足之處，特別是針對新技術的應用還相對較少。因此，相關企業應當加強對物流信息技術的整合應用，構建運輸信息網絡管理平臺，達到信息共享。對于LNG運輸而言，實時管理是最為有效的一種策略，為實現運輸信息管理平臺對LNG槽車運輸的實時管理，應當予以采用下幾方面的技術。

（1）應用GIS（Geograpic Information System）技術，整合相關數據信息，繪制槽車公路運輸路線的電子地圖；

（2）應用GPS技術，將GPS裝置安裝于所有LNG運輸槽車上，結合GIS技術，對槽車運輸路徑進行實時監控；

（3）人工智能與視頻監控的聯合應用：視頻監控系統主要布置于槽車的各個關鍵節點，如罐體、閥門、駕駛室等位置，在此基礎上，將其優化升級為AI監測平臺，對每路攝像頭按需靈活配置多種AI識別分析模型，實時將危險事件及各種統計結果反饋給管理平臺方面，助力實現對安全風險的預警、處置、追溯及持續改進，當出現問題時，該模塊即可及時發出提示信號，有助于第一時間發現和解決問題；

（4）大數據技術：通過收集以往的槽車運輸相關數據予以整合，并通過傳感器對LNG槽車運輸的數據進行采集，用以分析可能出現問題的槽車及部位，做到“防患于未然”，盡早解決各類隱患問題。

3.2 對槽車運輸過程中的基本情況進行分析

在槽車運輸過程中，由于各種原因，車輛難免會出現振動顛簸情況，這就會導致罐內的LNG對罐體出現沖擊，這種沖擊現象同樣是影響槽車運輸安全的重要因素，為分析具體情況并采取相對應的解決措施，就需要對槽罐內LNG的沖擊動力學特性進行研究，目前，模擬仿真法是分析槽罐內LNG沖擊動力學特性的主要方法，其主要步驟如下。

（1）對液體沖擊的動力學理論進行分析，明確LNG的密度、黏度、壓縮性、表面張力等各方面的指標參數；

（2）結合液體沖擊的動力學基本方程和LNG的物理性質，確定LNG液體沖擊動力學的定解條件（包括初始條件與邊界條件）；

（3）根據有限元理論，使用Fluent軟件對LNG流動和沖擊等情況進行數值模擬，構建仿真模型；

（4）仿真模型構建完成后，設定邊界條件、初始條件和求解器，最后選擇SIMPLEC算法進行求解。在得出求解結果后，即可明確LNG槽車運輸過程中的沖擊情況，并根據分析結果，采取更具針對性的解決方案[6-7]。

3.3 提高液化天然氣儲運環節的安全水平

盡管當前LNG槽罐的隔熱效果已經較為優異，但受到客觀因素的限制，槽罐內難免會有少量的LNG轉變為蒸汽狀態，而槽罐內容納這些蒸汽的空間較為有限，當槽罐內的工作壓力值達到允許區間的上限后，如蒸發的氣體量繼續增加，則槽罐的壓力將進一步上升，進而造成LNG槽罐的安全性下降。為此，對LNG槽罐的設計進行優化則是一項需要重點關注的內容，在這方面的工作中，應當同時從以下幾個角度進行。

（1）應當對槽罐材料進行優選，槽罐材料的物理特性應當適應其在低溫條件下的工作，重點關注槽罐材料在低溫狀態下的抗拉強度、抗壓強度、沖擊韌性和熱膨脹系數；

（2）應對LNG槽罐的充注管路進行優化設計，考慮在頂部和底部均可進行LNG的加注，以避免LNG產生分層，或至少能夠消除已存在的分層現象；

（3）槽罐內部和底部應當設置溫度傳感器進行溫度數據的實時采集，同時，為進一步提升槽罐的安全系數，所有進出口管線應當優先設置在槽罐頂部，另外，對于LNG的槽罐，應當設置足夠的報警和停機裝置，以確保槽罐的安全。

在液化天然氣的公路運輸環節當中，考慮到槽車在公路運輸環節中面臨的復雜交通狀況，在運輸環節中要做好以下幾方面的工作：首先，在運輸環節開始前，應當使用氮氣對LNG槽罐的內部和管路等進行吹掃置換，當槽罐內部氣體的含氧量下降至2.0%以下后，再使用產品氣進行吹掃置換，直至氣體純度符合要求為止；其次，應當為LNG槽車配備靜電接地裝置，以消除運輸過程中產生的靜電，同時每輛LNG槽車應當至少配備4只滅火器，以應對突發狀況；最后，為避免LNG槽車出現“超壓”問題，應當在LNG槽罐上設置安全閥和爆破片等超壓泄放裝置，槽罐上應當具備兩套安全閥在線安裝的雙路系統，并增設一個轉換器，以提升LNG槽車在安全設置上的冗余度。

3.4 提升相關工作人員的安全意識和專業水平

人為因素是影響液化天然氣公路槽車運輸安全的主要因素，因此，提升相關工作人員的安全意識和專業水平至關重要。具體來看，為實現上述目標，負責LNG槽車運輸的相關單位應當定期向工作人員（包括駕駛員、質檢員、押運員等）開展相應的培訓，在培訓方式上，可通過應用移動互聯網相關技術，應用微信公眾號、短視頻等新媒體方式來完成培訓工作，這種模式有助于突破傳統會議模式的局限，將各方面的安全教育、專業技術等知識內容以易于接受的方式表現出來，有助于取得更為顯著的效果。

除了理論方面的培訓之外，相關單位應當定期開展實戰演練環節，如不具備相應條件則可應用VR等技術進行模擬演練，通過這種方式，讓工作人員對槽車運輸風險問題的特征、解決問題的部署與執行環節做到了如指掌，以此提升工作人員對槽車運輸安全風險問題的應對與解決能力。

3.5 加強對槽車相關設備的檢修維護工作

對槽車相關設備的檢修維護工作同樣不容忽視，在實際工作中，要建立起相應的管理制度，明確安全設備的責任人，并將這些制度嚴格落實，定期開展維護保養工作并做好記錄，確保設備的基礎資料詳實。如技術條件允許，則可搭建基于AI+Big Data的設備智能診斷系統，該系統通過振動傳感器、高速采集器、邊緣網關，將動力設備運行時的狀態參數采集傳輸到平臺，而平臺上則集成數據庫，存儲了大量的專家知識庫、人工智能算法和大數據規則引擎等模塊，通過這些功能模塊共同發揮作用后，即可做到“防患于未然”，預先判斷生產線上設備可能出現的故障問題，將事后補救轉變為事前預防，有效提高設備檢修工作的效率和質量。

4 結束語

整體來看，液化天然氣公路槽車運輸安全工作是一項綜合性較強的內容，如何確保這項工作發揮更大效用，仍是一個需要重點研究的方向。因此，在今后的實際工作當中，應當緊密結合技術發展趨勢和自身的實際情況，加強各種新技術和新管理方法的應用，切實提升隱患排查治理水平，推動液化天然氣公路槽車運輸安全水平的進一步提升。