侯沖

受環(huán)境保護政策和社會經(jīng)濟發(fā)展的影響，液化天然氣（liquefied natural gas，LNG）在我國能源結(jié)構(gòu)中的占比逐年提高，我國已經(jīng)成為世界第二大LNG進口國。在此背景下，交通運輸部、國家發(fā)展和改革委員會等部門提出加快提升水路、鐵路、公路LNG運輸效率，推進多式聯(lián)運，探索研發(fā)LNG集裝箱運輸技術(shù)和裝備，增強LNG運輸?shù)撵`活性。目前，鐵路LNG罐式集裝箱（以下簡稱“罐箱”）正在開展線路運行試驗，未來將迎來廣闊的發(fā)展空間和市場。本文針對鐵路運輸?shù)奶厥庑?，分析鐵路LNG罐箱的設(shè)計標(biāo)準及選材、設(shè)計、安全、試驗和使用等要求，以期為鐵路LNG罐箱產(chǎn)品設(shè)計提供參考。

1 鐵路LNG罐箱設(shè)計標(biāo)準

鐵路LNG罐箱設(shè)計應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)國際公約、國家標(biāo)準、行業(yè)標(biāo)準、鐵路標(biāo)準、專項技術(shù)條件等，涉及的主要標(biāo)準和公約包括GB 150-2011《壓力容器》、GB/T 1413-2008《系列1集裝箱 分類、尺寸和額定質(zhì)量》、GB/T 16563-2017《系列1集裝箱 技術(shù)要求和試驗方法 液體、氣體及加壓干散貨罐式集裝箱》、GB/T 1836-2017《集裝箱 代碼、識別和標(biāo)記》、NB/T 47059-2017《冷凍液化氣體罐式集裝箱》、TB/T 3550.2-2019《機車車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范 車體 第2部分：貨車車體》、TG/HY 105-2017《鐵路危險貨物運輸管理規(guī)則》、TSG R0005-2011《移動式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、TJ/KH 013-2013《鐵路液化天然氣（LNG）罐式集裝箱運輸設(shè)施設(shè)備暫行技術(shù)條件》、中國船級社《集裝箱檢驗規(guī)范（2016）》、中國船級社《材料與焊接規(guī)范（2018）》、《國際集裝箱安全公約》和《集裝箱關(guān)務(wù)公約》等。

2 鐵路LNG罐箱選材要求

鐵路LNG 罐箱的外殼材料和框架材料應(yīng)當(dāng)與運輸路段月平均最低氣溫和最高氣溫相適應(yīng)，并具有良好的可焊性和沖擊韌性，能承受運輸過程中的沖擊、振動及環(huán)境和溫度變化等產(chǎn)生的影響。鐵路LNG罐箱選材主要有兩點要求：一是材料嚴格符合相關(guān)標(biāo)準的規(guī)定;二是材料屬性與工作溫度相適應(yīng)。鐵路LNG罐箱具體選材要求見表1。若材料存在不符合設(shè)計標(biāo)準的情況，須通過主管單位的技術(shù)評審才能使用，否則不允許使用。例如，S30458材料除了須滿足GB/T 24511-2017《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鋼板和鋼帶》的規(guī)定外，還須通過全國鍋爐壓力容器標(biāo)準化技術(shù)委員會相應(yīng)的技術(shù)評審，才允許應(yīng)用于LNG罐箱制造。

3 鐵路LNG罐箱設(shè)計要求

鐵路LNG罐箱設(shè)計除了須滿足相關(guān)國家標(biāo)準和行業(yè)標(biāo)準對剛度、強度、穩(wěn)定性等的要求外，還要進行容積、安全泄放、傳熱、靜態(tài)蒸發(fā)率、充滿率、支撐結(jié)構(gòu)強度、防爆口、吸附劑用量、維持時間、等效壓力、標(biāo)準鋼、重心高度、管路應(yīng)力及整體有限元等相關(guān)計算。在鐵路LNG罐箱設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點：（1）設(shè)計壓力不低于0.6 MPa;（2）計算罐箱額定充滿率，并且僅允許罐箱在額定充滿率下運行;（3）放散口布置在罐箱后端，朝斜后方排放（見圖1）;（4）維持時間不短于90 d;（5）在進行等效壓力計算和仿真計算時，縱向慣性力的加速度至少設(shè)定為重力加速度的4倍;（6）采用多點徑向支撐方式，常見的為八點支撐;（7）設(shè)置2個5 kg干粉滅火器，并設(shè)置應(yīng)急救援器材箱;（8）重心高度不超過;（9）在閥門顏色方面，要求液相閥為黃色，氣相閥和安全閥為紅色，其他閥門為銀灰色;（10）不設(shè)置防波板;（11）內(nèi)容器不采用應(yīng)變強化技術(shù);（12）框架設(shè)置上側(cè)梁;（13）須通過主管部門的設(shè)計評審。

4 鐵路LNG罐箱安全要求

在設(shè)計鐵路LNG罐箱時，要求設(shè)置靜電接地裝置，以便連接場站的接地設(shè)備，提高安全性。鑒于鐵路運行的特殊性，鐵路LNG罐箱運輸采用電子押運方式保障運輸安全，即在箱內(nèi)安裝具有超壓預(yù)警等功能的監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控罐箱的溫度、壓力、液位、環(huán)境溫度、位置等信息;當(dāng)系統(tǒng)預(yù)警時，立即啟動應(yīng)急預(yù)案處理報警罐箱。此外，隨箱配備防濺頭盔、防靜電服、防凍手套、防爆扳手、堵漏設(shè)備等應(yīng)急救援物資，以備不時之需。

5 鐵路LNG罐箱試驗要求

鐵路LNG罐箱除了需要通過常規(guī)LNG罐箱的所有試驗（壓力試驗、氣密試驗、集裝箱靜強度試驗、UN沖擊試驗、低溫試驗等）外，還要通過鐵路沖擊試驗、容積測量以及LNG介質(zhì)維持時間試驗。鐵路沖擊試驗要求模擬真實的鐵路沖擊工況，通過在罐箱內(nèi)填充介質(zhì)，模擬與實際填充LNG相同的質(zhì)量和重心高度。容積測量由具備鐵路資質(zhì)的單位執(zhí)行，常用的測量方法為激光測量。鐵路LNG罐箱低溫試驗除了須開展液氮相關(guān)試驗外，還要求以LNG為介質(zhì)實測罐箱維持時間，且試驗過程中的所有數(shù)據(jù)須實時上傳到中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司的監(jiān)控系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)的真實性。

6 鐵路LNG罐箱使用要求

（1）罐箱出廠前須取得壓力容器監(jiān)檢證書、可移動罐柜證書、低溫試驗報告、UN沖擊試驗報告、鐵路沖擊試驗報告、容積檢定報告等。

（2）罐箱投入使用前須辦理壓力容器使用登記證和商業(yè)保險。

（3）罐箱正式上線運行前應(yīng)完成安全評價（評估）并取得相關(guān)報告。

7 結(jié)束語

與常規(guī)LNG罐箱設(shè)計相比，鐵路LNG罐箱設(shè)計難度更大，尤其是在鐵路沖擊試驗方面，鐵路LNG罐箱的一次性通過率不超過50%。這要求設(shè)計人員采用多種計算方法聯(lián)合設(shè)計，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，以降低罐箱沖擊應(yīng)力，提高罐箱結(jié)構(gòu)強度。此外，鐵路LNG罐箱結(jié)構(gòu)失效主要表現(xiàn)為振動疲勞、結(jié)構(gòu)疲勞和焊接疲勞，在設(shè)計時應(yīng)予以計算考慮?？傊?，只有設(shè)計計算全面、準確，才能夠生產(chǎn)出合格的鐵路LNG罐箱產(chǎn)品，從而保障鐵路LNG罐箱運輸安全。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2020-12-28）