LNG罐箱多式联运监控系统研究
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作者:马御风 周世良 赵殿鹏 吴俊 李晓飚
摘要：针对LNG罐箱多式联运的运输模式，分析多式联运过程中的风险，提出一种LNG罐箱多式联运监控系统。该系统利用各种传感器实时采集罐箱参数，通过无线通讯技术传输数据，为用户提供数据查询、状态分析、智能报警等功能。实现对LNG罐箱从生产方到终端用户的全流程监控，提高LNG罐箱在整个运输过程中的安全性。
关键词：LNG;罐式集装箱;多式联运;监控系统
中图分类号：[U695.3]文献标识码：A文章编号：1006―7973（2022）08-0037-04
1引言
天然气是一种重要的清洁能源，我国的天然气消费量逐年增长。2021年我国天然气消费量为3726亿立方米，进口量为1675亿立方米，同比增长19.9%。其中，液化天然气（以下简称LNG）进口量占天然气总进口量的65%，通过管道方式的进口量占比为35%。
LNG运输方式主要有船舶、铁路、公路、管道等，LNG罐式集装箱多式联运为LNG运输提供了一种新模式。LNG罐式集装箱（以下简称LNG罐箱）是一种LNG储运设备，将真空绝热低温液体储罐安置于集装箱框架内。采用国际通用的集装箱标准外形尺寸，便于堆码排列，可利用轮船、火车、汽车等多种运输工具进行运输。国外对LNG罐箱的应用相对较早，日本在上世纪末就尝试用低温罐箱进行LNG运输，美国、挪威、葡萄牙等欧美国家也有LNG罐箱运输相关的应用[1]。国内对LNG罐箱的研究可追溯到2002年，当时新疆广汇建设了一条铁路专线和LNG罐箱配套设施。2013年，国家铁路总公司在青藏铁路格拉段开展LNG罐箱运输试验。2018年，中国海油组织了国内首次LNG罐箱\输作业。2019年，搭载着24个LNG罐箱的运输船顺利抵达南京龙潭港，标志着我国首次LNG罐箱江海联运的成功[2]。2020年，自马来西亚启航的中国籍“泛舟6”轮载运着205个LNG罐箱，安全靠泊烟台龙口港，这是国内首次成功开展整船载运LNG罐箱进口业务[3]。
2LNG罐箱多式联运模式
2.1LNG罐箱多式联运的流程
传统LNG运输方式利用专用船舶、火车、槽车等进行运输，属于散装运输。利用标准罐箱进行运输是一种较新的LNG物流模式，属于包装运输。进口LNG时，供应商将充装了LNG的罐箱运输至出发港口，然后吊装至集装箱船上，与其它货物混装运输或者整船单独运输。到达目的港口后再通过水路、公路、铁路等方式运抵终端用户处或临时堆存[4]。LNG罐箱多式联运的主要流程如图1所示。
2.2LNG罐箱多式联运的特点
传统运输模式需要自建或租用大型LNG运输船、专用码头、LNG接收站和其它相关设施。LNG罐箱多式联运模式只需采购标准罐箱，利用集装箱车船或对通用车船予以改造后进行运输。传统模式多为整单大批量运输，LNG罐箱模式适应多单小批量的情况。传统模式下每次变换运输工具时，都需要对LNG进行卸载和充注，耗时较长作业繁琐。新模式下变换运输工具时只需对罐箱吊装和固定即可，耗时短，作业简单。此外，LNG罐箱在运抵用户处后可脱离运输车体独立使用或作为临时存储设施，使用更灵活。
与传统LNG运输模式相比，LNG罐箱多式联运具有投资规模小、建设周期短、周转方便、运输使用灵活等特点。适合小批量的LNG进口运输，也能适应天然气需求季节性变化的特性，弥补传统LNG运输模式的不足。
2.3LNG罐箱多式联运的风险
LNG的主要成分为甲烷，其发生泄漏时会由于汽化产生局部低温，对设备和人员造成伤害。其汽化后与空气混合遇点火源则可能发生燃烧或爆炸。LNG罐箱储运过程中的风险主要有以下几点：
（1）罐箱本身的安全风险。罐箱由于自身结构、材料、制造工艺等原因，可能产生罐箱变形、压力增高、泄漏等问题。
（2）罐箱装卸过程中的安全风险。港口集装箱装卸作业在露天进行，受风、雾、雷电、波浪、照明等影响比较明显。人员的操作、配合和设备的安全性能也是影响作业安全的重要因素。这些因素的综合作用可能导致装卸过程中出现罐箱碰撞、坠落等情况。
（3）运输过程中的安全风险。LNG罐箱在公路和铁路运输过程中受道路、天气、车辆、驾驶员等多种因素影响，可能出现罐箱刮擦、碰撞、侧翻、甩落等状况。在水路运输过程中由于风浪、积载和隔离不当等原因，也可能造成罐箱破损、坠落、火灾等。
（4）堆放存储时的安全风险。LNG罐箱具备“宜运宜储”的特点，但是在临时堆载和作为临时存储设备时，不规范堆载可能造成罐体受压发生变形破损，从而导致LNG泄漏。
（5）LNG充卸过程的安全风险。LNG罐箱终端使用现场情况复杂多变，使用人员操作和管理水平参差不齐，容易发生LNG罐箱阀门法兰泄漏、安全阀意外开启、软管脱落等事故。
3LNG罐箱多式联运监控系统
3.1系统总体方案
LNG罐箱多式联运监控系统利用传感器、无线通讯、数据库、互联网等技术，实现对罐箱从LNG生产方到最终用户的运输过程全流程实时监控。
系统主要由罐箱监测设备和监控平台两部分组成。监测设备安装在LNG罐箱上，每一套设备都与罐箱唯一对应。利用各种传感器采集罐箱相关参数，并将所有数据通过蜂窝网络或卫星通讯的方式发送到监控平台。监控平台对所有LNG罐箱的数据提供存储、分析、查询、报警等功能。LNG罐箱多式联运监控系统总体方案如图2所示。
3.2罐箱监测设备
罐箱监测设备主要由温度检测、压力/液位检测、倾角检测、加速度检测、气体检测等模块构成。
3.2.1温度检测
罐箱内部温度利用防爆型工业级温度变送器进行检测，变送器通过法兰安装于储罐中。传感器测量范围下限低于LNG的沸点，具有较快响应速度和较高的防护防爆等级。
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