侯沖

受環(huán)境保護(hù)政策和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，液化天然氣（liquefied natural gas，LNG）在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的占比逐年提高，我國(guó)已經(jīng)成為世界第二大LNG進(jìn)口國(guó)。在此背景下，交通運(yùn)輸部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等部門提出加快提升水路、鐵路、公路LNG運(yùn)輸效率，推進(jìn)多式聯(lián)運(yùn)，探索研發(fā)LNG集裝箱運(yùn)輸技術(shù)和裝備，增強(qiáng)LNG運(yùn)輸?shù)撵`活性。目前，鐵路LNG罐式集裝箱（以下簡(jiǎn)稱“罐箱”）正在開(kāi)展線路運(yùn)行試驗(yàn)，未來(lái)將迎來(lái)廣闊的發(fā)展空間和市場(chǎng)。本文針對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)奶厥庑?，分析鐵路LNG罐箱的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及選材、設(shè)計(jì)、安全、試驗(yàn)和使用等要求，以期為鐵路LNG罐箱產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。

1 鐵路LNG罐箱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路LNG罐箱設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)國(guó)際公約、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、鐵路標(biāo)準(zhǔn)、專項(xiàng)技術(shù)條件等，涉及的主要標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)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(shí)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(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范 車體 第2部分：貨車車體》、TG/HY 105-2017《鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理規(guī)則》、TSG R0005-2011《移動(dòng)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(yùn)輸設(shè)施設(shè)備暫行技術(shù)條件》、中國(guó)船級(jí)社《集裝箱檢驗(yàn)規(guī)范（2016）》、中國(guó)船級(jí)社《材料與焊接規(guī)范（2018）》、《國(guó)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(yùn)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(yùn)輸過(guò)程中的沖擊、振動(dòng)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(diǎn)要求：一是材料嚴(yán)格符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(jiàn)表1。若材料存在不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的情況，須通過(guò)主管單位的技術(shù)評(píng)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(guò)全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)相應(yīng)的技術(shù)評(píng)審，才允許應(yīng)用于LNG罐箱制造。

3 鐵路LNG罐箱設(shè)計(jì)要求

鐵路LNG罐箱設(shè)計(jì)除了須滿足相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性等的要求外，還要進(jìn)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(qiáng)度、防爆口、吸附劑用量、維持時(shí)間、等效壓力、標(biāo)準(zhǔn)鋼、重心高度、管路應(yīng)力及整體有限元等相關(guān)計(jì)算。在鐵路LNG罐箱設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：（1）設(shè)計(jì)壓力不低于0.6 MPa;（2）計(jì)算罐箱額定充滿率，并且僅允許罐箱在額定充滿率下運(yùn)行;（3）放散口布置在罐箱后端，朝斜后方排放（見(jiàn)圖1）;（4）維持時(shí)間不短于90 d;（5）在進(jìn)行等效壓力計(jì)算和仿真計(jì)算時(shí)，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(diǎn)徑向支撐方式，常見(jiàn)的為八點(diǎn)支撐;（7）設(shè)置2個(gè)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(guò);（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(qiáng)化技術(shù);（12）框架設(shè)置上側(cè)梁;（13）須通過(guò)主管部門的設(shè)計(jì)評(píng)審。

4 鐵路LNG罐箱安全要求

在設(shè)計(jì)鐵路LNG罐箱時(shí)，要求設(shè)置靜電接地裝置，以便連接場(chǎng)站的接地設(shè)備，提高安全性。鑒于鐵路運(yùn)行的特殊性，鐵路LNG罐箱運(yùn)輸采用電子押運(yùn)方式保障運(yùn)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(shí)時(shí)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(shí)，立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案處理報(bào)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(shí)之需。

5 鐵路LNG罐箱試驗(yàn)要求

鐵路LNG罐箱除了需要通過(guò)常規(guī)LNG罐箱的所有試驗(yàn)（壓力試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)、集裝箱靜強(qiáng)度試驗(yàn)、UN沖擊試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)等）外，還要通過(guò)鐵路沖擊試驗(yàn)、容積測(cè)量以及LNG介質(zhì)維持時(shí)間試驗(yàn)。鐵路沖擊試驗(yàn)要求模擬真實(shí)的鐵路沖擊工況，通過(guò)在罐箱內(nèi)填充介質(zhì)，模擬與實(shí)際填充LNG相同的質(zhì)量和重心高度。容積測(cè)量由具備鐵路資質(zhì)的單位執(zhí)行，常用的測(cè)量方法為激光測(cè)量。鐵路LNG罐箱低溫試驗(yàn)除了須開(kāi)展液氮相關(guān)試驗(yàn)外，還要求以LNG為介質(zhì)實(shí)測(cè)罐箱維持時(shí)間，且試驗(yàn)過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)須實(shí)時(shí)上傳到中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司的監(jiān)控系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)的真實(shí)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(dòng)罐柜證書、低溫試驗(yàn)報(bào)告、UN沖擊試驗(yàn)報(bào)告、鐵路沖擊試驗(yàn)報(bào)告、容積檢定報(bào)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(xiǎn)。

（3）罐箱正式上線運(yùn)行前應(yīng)完成安全評(píng)價(jià)（評(píng)估）并取得相關(guān)報(bào)告。

7 結(jié)束語(yǔ)

與常規(guī)LNG罐箱設(shè)計(jì)相比，鐵路LNG罐箱設(shè)計(jì)難度更大，尤其是在鐵路沖擊試驗(yàn)方面，鐵路LNG罐箱的一次性通過(guò)率不超過(guò)50%。這要求設(shè)計(jì)人員采用多種計(jì)算方法聯(lián)合設(shè)計(jì)，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(qiáng)度。此外，鐵路LNG罐箱結(jié)構(gòu)失效主要表現(xiàn)為振動(dòng)疲勞、結(jié)構(gòu)疲勞和焊接疲勞，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以計(jì)算考慮?？傊?，只有設(shè)計(jì)計(jì)算全面、準(zhǔn)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(yùn)輸安全。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2020-12-28）