液化天然气罐式集装箱安全阀起跳预防和应急措施

液化天然气（liquefied natural gas，LNG）罐式集装箱（以下简称“罐箱”）作为天然气液态储运的新载体，具有无损储存时间长和宜储宜运的优点。LNG罐箱运输成功解决了以往LNG槽罐车运输存在的耗时较长、安全隐患较大等问题，在促进天然气液态储运新模式和新业态发展的同时，为我国冬季能源保供提供有力支撑。为了保障能源供应安全，缓解我国LNG供需区域不平衡问题，国家发展和改革委员会、财政部、自然资源部、住房和城乡建设部、国家能源局等联合发布《关于加快推进天然气储备能力建设的实施意见》，要求发挥LNG储罐宜储宜运、调运灵活的特点，推进LNG罐箱多式联运试点示范，多措并举提高储气能力。在推进LNG罐箱多式联运新模式和新业态发展的过程中，由于对LNG罐箱安全阀的认识不够全面，主管部门和相关单位对LNG罐箱安全阀的管理过于严苛。[1]本文介绍LNG罐箱安全阀的工作原理，分析LNG罐箱安全阀非正常起跳的主要原因及起跳后的排放影响，并提出LNG罐箱安全阀起跳预防和应急措施，以期消除业界对LNG罐箱安全阀起跳后果的担忧，促进LNG罐箱多式联运健康发展。

1 LNG罐箱安全阀的工作原理

安全阀是一种能控制管道或设备内介质压力的特殊阀门。安全阀的启闭件在外力作用下处于常闭状态;当管道或设备内的介质压力超过允许值时，启闭件打开并向外排放介质，从而将管道或设备内的介质压力控制在允许值以下，以确保人员和设备安全。按照NB/T 47059―2017《冷冻液化气体罐式集装箱》的要求：充装易燃介质的罐箱应以并联方式设置4个互相独立的安全阀（见图1）;主安全阀的整定压力应为内容器设计压力的1.05～1.10倍，回座压力应不小于整定压力的0.90倍;任何情况下应保证至少有2个安全阀与内容器保持连通，并且每个安全阀的排放能力均满足非火灾条件下内容器的安全泄放要求，2个安全阀的排放能力满足火灾条件下内容器的安全泄放要求。

以某厂家生产的LNG罐箱为例：当罐箱内的压力高于安全阀整定压力（0.83 MPa）时，安全阀自动打开，释放闪蒸气;当罐箱内的压力降至时，安全阀自动回座。LNG罐箱设置4个并联安全阀（两用两备），其中2个安全阀的排放能力即可满足罐箱在火灾和真空丧失条件下的安全泄放要求;因此，安全阀失效导致罐箱内的压力无法释放的风险很小。此外，安全阀利用弹簧压回，关闭时无需动力，具有较高的安全性和可靠性。

2 LNG罐箱安全阀非正常起跳的主要原因

LNG罐箱设计、材料、安全附件、仪表、装卸附件、制造、检验等均有标准可循，严格遵守和执行相关标准可确保LNG罐箱设备本身符合安全要求。我国装备制造企业通过优化LNG罐箱结构和材料，攻克长时间真空维持、低漏热支撑等真空绝热关键技术，使LNG罐箱无损储存时间超出全球最长航次时间，实现在无损储存时间内的LNG零排放。张青松[2]运用健康、安全和环境风险矩阵以及危险源辨识分析法评估LNG罐箱海运风险，得出以下结论：高空坠物导致LNG罐箱绝热失效以及船舶碰撞导致LNG罐箱机械失效，进而造成安全阀起跳的概率均为10 6～10 5次/年，相当于全球范围内从未发生过此类事件。由此可见：只要在运输过程中严格遵守《国际海运危险货物规则》，将航期控制在LNG罐箱无损储存时间内，安全阀起跳事件的发生概率极低，并且安全阀出厂前必须经过压力试验，出厂后每年还要经检验合格后才能使用;因此，正常情况下，LNG罐箱在无损储存时间内的储运环节不会发生安全阀起跳事件。

基于LNG罐箱的真空绝热结构和安全阀工作原理可知，导致LNG罐箱安全阀起跳的直接原因是罐箱内的气体压力上升，而罐箱内气体压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，外界热量持续导入罐箱内，导致LNG发生汽化。中国海洋石油集团有限公司“南气北运”试验和中国船级社武汉规范所实船运输试验结果显示：在周围环境和真空度均正常的条件下，无论在运输过程中还是在静置状态下，LNG罐箱内的压力上升速度都非常缓慢。[3]在运输过程中，LNG罐箱内的液体晃动导致气体更易于液化，从而使罐箱内的液体和气体形成动态平衡的饱和状态。静置状态下的试验数据显示：满罐（充装率为90%）静置110 d后，LNG罐箱内的压力为0.70 MPa，未达到安全阀起跳压力;空罐（带残液）静置230 d后，LNG罐箱内的压力为0.73 MPa，仍未达到安全阀起跳压力。

3 LNG罐箱安全阀起跳后的排放影响

3.1 排放量

在实际充装率不超过额定充装率（90%）的条件下，LNG罐箱在无损储存时间内一般不会发生安全阀起跳事件。如果实际储存时间超过无损储存时间，可通过提前手动排气的方式来泄压，而不建议待安全阀起跳后再采取处理措施。不同压力下维持饱和状态的手动泄压产生的闪蒸气排放量极少（见表1），可不对其实施回收处理。需要注意的是：在实际充装率超过额定充装率的情况下，随着时间推移，LNG罐箱内的压力可能会因液体膨胀而快速升高，从而导致安全阀超压排放，引发喷液现象。由表1可见：当压力为0.7 MPa时，发生喷液现象。在理想状态下，只要LNG罐箱卸液后的殘液量不超过，安全阀都不会自动起跳。此残液量可为空罐返程提供参考。

3.2 排放温度

LNG罐箱安全阀的起跳压力为0.83 MPa，一旦发生安全阀起跳事件，泄漏的LNG会迅速汽化并放散于大气中。在从安全阀到排放口的过程中，LNG闪蒸气需要经过长度约为5 m的排放管路（见图2），并与大气产生热交换，导致其温度迅速升高。LNG罐箱闪蒸气排放试验结果显示：在环境温度为25℃、排气压力为0.8 MPa的条件下，距离排放闪蒸气的LNG罐箱0.8 m和1.0 m处的温度分别为 4℃和10℃。由此可见，LNG罐箱安全阀起跳对邻近罐箱产生的低温影响极小。

4 LNG罐箱安全阀起跳预防和应急措施

4.1 预防措施

（1）确保罐箱安全阀在检验周期内且使用状况良好。

（2）根据罐箱的保温性能确定合理的充装率（不超过90%），并使罐箱压力小于0.3 MPa。

（3）装船前检查罐箱压力、温度和液位等是否正常;若发现异常情况，立即停止装船作业并采取相应的处理措施。

（4）装船前预估罐箱运输时间（包括在港时间）并预留一定的安全余量，根据罐箱压力判断其无损储存时间，确认罐箱无损储存时间满足运输时间要求。

（5）在装卸和绑扎作业过程中，注意避免碰撞罐箱本体及管阀。

（6）在航行过程中，通过物联网监控平台监测并记录罐箱压力、温度和液位等。[4]

（7）利用大数据技术分析多批次运输中罐箱压力、温度和液位等数据变化情况，据此推算罐箱剩余无损储存时间，从而为后续运输提供参考。

4.2 应急措施

4.2.1 船舶航行中的应急措施

在船舶航行过程中，一旦LNG罐箱发生安全阀起跳事件导致罐箱泄压和气体排放，应当立即采取以下应急措施：（1）报告值班驾驶员和船长，并发出警报;（2）将船上生活区空调或通风装置调至内循环;（3）关闭船上生活区所有外部门窗和风口，并关闭甲板所有舱室门窗和风口;（4）全船禁止任何可能产生火花的作业;（5）船员视情况按应变部署表到集合地点集合，做好灭火及其他应急措施的准备工作;（6）船舶视情况显示操纵受限信号，协调他船避碰，并使气体排放部位处于下风侧。

4.2.2 港口作业中的应急措施

在港口作业过程中，如果LNG罐箱发生安全阀起跳事件，应当立即控制点火源，尽快确定泄漏源，并逐级上报启动应急预案。控制点火源时，要保持通风良好，不得动用明火[5];确定泄漏源时，可通过物联网系统查找并定位罐箱。若安全阀无法自动回座，应当尽快将罐箱移至空旷场地以放散闪蒸气，紧急情况下可以连接排放口引走闪蒸气。

5 结束语

按照相关标准要求设置4个并联的安全阀可以确保LNG罐箱满足在事故条件下的安全泄放要求。LNG罐箱在无损储存时间内的储运环节发生安全阀起跳事件的概率极低。罐箱压力升高是导致LNG罐箱安全阀起跳的直接原因，而无论满罐还是空罐（带残液），罐箱压力上升的速度都非常缓慢。理论计算和试验结果表明：LNG罐箱安全阀起跳导致的排放量很小，并且排放温度已恢复至常温。根据LNG罐箱安全阀起跳特点和后果采取相应的预防和应急措施，可有效避免安全事故发生。

参考文献：

[1] 汪思，常心洁，李秋英，等. LNG罐式集装箱规模化海陆联运需突破环节分析[J]. 冶金管理，2019（23）：119.

[2] 张青松. 港口水域LNG罐箱运输定量风险评价[J]. 天然气工业，2009，29（1）：114-116.

[3] 罗若尹，王博，甘智华，等. 真空完全丧失下LNG罐式集装箱的储存规律研究[J].工程热物理学报，2021，42（8）：1930- 1935.

[4] 羅婷婷，李欣欣，鲁亮，等. LNG罐式集装箱水运风险识别及防控措施分析[J]. 中国水运，2020（3）：42-45.

[5] 海航，周小翔，董玉军. 基于风险识别的液化天然气罐式集装箱多式联运应急处理[J]. 集装箱化，2021，32（3）：12-16.

（编辑：张敏 收稿日期：2021-10-12）