于海東 張強(qiáng) 楊國(guó)祥

荊門宏圖特種飛行器制造有限公司 湖北荊門 448124

1 前言

液化天然氣汽車罐車的管路及附件一般設(shè)置在罐車的尾部操作箱內(nèi)，管路由上、下進(jìn)出液管路、自增壓管路、氣相管路、超壓泄放管路、溢流管路、壓力測(cè)量管路及液位測(cè)量管路等組成，附件由安全附件、儀表及裝卸附件組成[1]。罐車管路及附件發(fā)生故障的頻率較高，而液化天然氣屬于易燃易爆介質(zhì)，若在正常使用過程中發(fā)生泄漏，且不能及時(shí)地進(jìn)行堵漏，將給周邊人民生命財(cái)產(chǎn)帶來一定的威脅，也給運(yùn)營(yíng)商造成不必要的浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)損失。管路及附件的設(shè)計(jì)及選型對(duì)保證罐車的正常運(yùn)營(yíng)非常關(guān)鍵。

液化天然氣汽車罐車管路流程原理如圖1所示。圖1中，V1為儀表閥；V2為氣體通過閥；V3為設(shè)備放空閥；V4為氣體放散閥；V5為氣相閥；V6為頂部進(jìn)閥單向閥；V7為液位計(jì)上閥；V8為液位計(jì)下閥；V9為測(cè)滿閥；V10為頂部進(jìn)液閥；V11為底部進(jìn)、出液閥；V12為液相放散閥；V13為增壓閥；V14為真空規(guī)管閥；V15為液位計(jì)平衡閥；V16為排水閥；EV1為氣相緊急切斷閥；EV2為液相緊急切斷閥；EV3為增壓緊急切斷閥；SV1～SV4為設(shè)備安全閥；SV5、SV6為管道安全閥；P1、P2為罐體壓力表；L為差壓液位計(jì)；CZ1為液體進(jìn)出接口；CZ2為氣相接口；CZ3為增壓器液相接口；AV為緊急切斷閥控制裝置；VP-1為抽真空裝置。VR-1為測(cè)真空口；S為外殼爆破裝置。

圖1 液化天然氣汽車罐車管路流程原理圖

2 管路及附件的設(shè)計(jì)

2.1 液位測(cè)量管路的設(shè)計(jì)

低溫罐車上使用的液位計(jì)通常為壓差式液位計(jì)，利用介質(zhì)的高度差進(jìn)行液位測(cè)量，因罐車介質(zhì)高度不是很大，液位測(cè)量管路的液相管如設(shè)計(jì)得不合理，液位計(jì)測(cè)量將產(chǎn)生較大誤差或指針不穩(wěn)定，液位測(cè)量管路的液相管設(shè)計(jì)有以下注意事項(xiàng)。

a.液位測(cè)量管路的液相管應(yīng)能吸收熱量對(duì)低溫介質(zhì)進(jìn)行充分地氣化。罐車內(nèi)罐體纏繞絕熱材料時(shí)不應(yīng)把液相管一起包在絕熱材料內(nèi)，應(yīng)露在絕熱材料外，且在液相管底部增加加熱銅絲，這樣液相管中的介質(zhì)能夠進(jìn)行充分的氣化，保證液位計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確，如圖2所示。

圖2 液位測(cè)量管路的液相管

b.液位測(cè)量管路的液相管設(shè)計(jì)應(yīng)避免裝卸時(shí)液體的波動(dòng)影響。液相取壓口應(yīng)設(shè)置在靠近后封頭的位置，與進(jìn)、出液管口及增壓管口離開一定的距離，避免裝卸液及增壓時(shí)液體波動(dòng)對(duì)液位計(jì)的影響，且液相管宜設(shè)置緩沖管進(jìn)一步減少液體波動(dòng)的影響，保證液位計(jì)指針的穩(wěn)定。

2.2 超壓泄放管路放空口的設(shè)計(jì)

超壓泄放管路放空口用于排放安全閥起跳時(shí)泄放的氣體或手動(dòng)放空時(shí)排放的氣體，為了避免危險(xiǎn)氣體在箱體內(nèi)的聚集，放空口通常引到箱體頂端的外側(cè)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意放空口不應(yīng)朝向罐車的外殼，因外殼采用低合金材料，排放的低溫氣體會(huì)對(duì)外殼造成冷脆，產(chǎn)生裂紋，引起外殼泄漏。

2.3 緊急切斷閥的安裝設(shè)計(jì)

緊急切斷閥為罐車管路從罐體出來的第一道閥門，可手動(dòng)操作也可氣控操作，一般在罐車的前部設(shè)置遠(yuǎn)控閥，在罐車管路發(fā)生大量泄漏或出現(xiàn)意外尾部操作箱無法靠近時(shí)可進(jìn)行遠(yuǎn)控切斷，緊急切斷閥的作用對(duì)罐車的安全使用尤為關(guān)鍵。緊急切斷閥的安裝設(shè)計(jì)有以下注意事項(xiàng)。

a.緊急切斷閥的安裝方向。一般閥門的安裝方向是按工作時(shí)介質(zhì)的流向確定的，但罐車緊急切斷閥的主要作用是遇緊急情況時(shí)切斷罐內(nèi)的介質(zhì)外泄，因此不論介質(zhì)流向，安裝方向宜朝向罐體外設(shè)置，如圖3所示。緊急切斷閥關(guān)閉操作是活塞在彈簧的作用下帶動(dòng)閥桿與閥瓣向下運(yùn)動(dòng)，密封件壓緊閥座密封；若反裝，當(dāng)罐體內(nèi)的壓力較高時(shí)，罐內(nèi)氣體可能頂動(dòng)閥桿和活塞桿壓縮彈簧，密封面無法完全密封[2]。

b.緊急切斷閥安裝應(yīng)固定可靠。汽車罐車屬移動(dòng)式壓力容器，在運(yùn)行中由于不良路面等會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，緊急切斷閥的質(zhì)量較大，如不進(jìn)行可靠固定，在振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，閥門的焊縫處可能產(chǎn)生裂紋，如圖3所示。據(jù)公開報(bào)道發(fā)生的多起管路泄漏引起的較大事故，都是因?yàn)榫o急切斷閥焊縫裂紋導(dǎo)致的泄漏。

圖3 緊急切斷閥

2.4 管路安全閥的安裝設(shè)計(jì)

在兩端均可關(guān)閉且有可能存留液體的管路通常設(shè)置管路安全閥，主要是為了保護(hù)閥門及之間的管路，因兩閥關(guān)閉后，閥門之間管路存留的低溫液體會(huì)不斷吸熱氣化產(chǎn)生較高的壓力。管路安全閥的安裝設(shè)計(jì)有以下注意事項(xiàng)。

a.避免安全閥在罐車裝卸過程中起跳。罐車在裝卸時(shí)，安全閥接管中流入的低溫液體氣化后會(huì)產(chǎn)生較大壓力波動(dòng)，導(dǎo)致安全閥起跳。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證安全閥接管有足夠的長(zhǎng)度或增加緩沖管避免壓力波動(dòng)過大引起安全閥起跳，管路安全閥如圖4所示。

b.安全閥接管與主管道焊接應(yīng)牢固。安全閥接管一般較細(xì)，在安全閥的重力作用下及車輛的振動(dòng)下，接管與主管道的焊縫容易開裂，可通過適當(dāng)加大細(xì)管的規(guī)格和增加接管固定來處理。

圖4 管路安全閥

2.5 三通球閥的選型設(shè)計(jì)

圖1中的V2為氣體通過閥，一般選用三通球閥，進(jìn)口與罐體出來的氣相管路相連，出口與設(shè)備安全閥相連，三通球閥的進(jìn)口處及根部處有螺紋連接和焊接連接兩種結(jié)構(gòu)型式，宜選用焊接結(jié)構(gòu)，因螺紋連接受低溫?zé)崦浝淇s及車輛振動(dòng)影響容易松動(dòng)泄漏，且三通球閥前無其他閥門，泄漏后無法關(guān)閉。采用焊接結(jié)構(gòu)三通球閥有故障時(shí)雖不能整體拆下維修，但并不影響密封墊的更換。三通球閥如圖5所示。

2.6 管路及附件固定的設(shè)計(jì)

管路及附件一般通過操作箱底板來支撐，底板采用不銹鋼材料，與箱體底架焊接連接。操作箱底板設(shè)計(jì)有以下注意事項(xiàng)。

圖5 三通球閥

a.操作箱底板要有足夠的強(qiáng)度及剛度。管路及附件通過支撐件與底板焊接進(jìn)行連接，底板對(duì)其起到了支撐作用。當(dāng)?shù)装逡蚝穸炔蛔銜r(shí)，在車輛運(yùn)行過程中產(chǎn)生頻繁的振動(dòng)，時(shí)間長(zhǎng)了支撐件與底板焊接處會(huì)產(chǎn)生裂紋或支撐件與底板脫離，管路及附件不能得到有效支撐，將因約束力不足、自由度增加，在交變應(yīng)力及疲勞應(yīng)力的共同作用下，管道焊縫處會(huì)產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致泄漏[3]。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，底板厚度宜在2.5mm以上。

b.操作箱底板與底架的焊接應(yīng)牢固。操作箱底板與底架焊接時(shí)應(yīng)采用間斷焊，不應(yīng)采用點(diǎn)焊。這樣底板固定牢固后才能保證支撐件焊接在底板上對(duì)管路及附件進(jìn)行有效的約束。

3 結(jié)語

通過以上對(duì)液化天然氣汽車罐車管路及附件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)的分析，大家在設(shè)計(jì)、制造過程中應(yīng)引起注意，避免在運(yùn)營(yíng)過程中管路發(fā)生泄漏導(dǎo)致危險(xiǎn)狀況出現(xiàn)。