崔棟梁 程 亮 謝 飛 韓文超

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

移動式壓力容器作為工業(yè)原料、民用燃料的重要儲運(yùn)工具,突出具有準(zhǔn)入門檻低、調(diào)度靈活的特點(diǎn),是新興產(chǎn)業(yè)的先頭兵、成熟行業(yè)的潤滑劑。自問世以來就是非常具有活力的設(shè)備類型,是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)裝備和人們生活的重要基礎(chǔ)設(shè)施。據(jù)移動式壓力容器智慧監(jiān)管公共服務(wù)平臺上的部分?jǐn)?shù)據(jù),完成登記的移動式壓力容器近10萬臺；筆者單位每年完成的移動式壓力容器型式試驗型號也在10種以上,發(fā)展非常快速。移動式壓力容器具有儲運(yùn)量大、介質(zhì)種類范圍廣且多易燃易爆、設(shè)備移動性強(qiáng)等特性,管理難度比較大、事故破壞性較大。隨著市場發(fā)展成熟、制造水平提高和新興產(chǎn)業(yè)的需求,產(chǎn)品朝著輕量化、極端化、復(fù)雜化方向發(fā)展,以滿足更大載荷、更苛刻儲運(yùn)條件的需求。材料性能潛力逐漸逼近極限,安全冗余相對減小,一旦發(fā)生事故將造成重大生命財產(chǎn)損失[1]。2020年發(fā)生的浙江溫嶺“6.13”液化石油氣罐車側(cè)翻事故,罐體前封頭與跨線橋混凝土護(hù)欄端頭猛烈撞擊,形成破口,在沖擊力和罐內(nèi)壓力的作用下快速撕裂、解體,罐體內(nèi)液化石油氣迅速泄出、汽化、擴(kuò)散,遇過往機(jī)動車產(chǎn)生的火花爆燃,最后發(fā)生蒸汽云爆炸。事故導(dǎo)致20人死亡、175人受傷,直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)9 400多萬元,37人被追究責(zé)任,造成了極其惡劣的社會影響[2]。因此,開展移動式壓力容器型式試驗工作,提升產(chǎn)品質(zhì)量,提高行業(yè)安全水平,對于保障公共安全具有重要意義。

依照我國《特種設(shè)備目錄》的劃分,移動式壓力容器（代碼：2200）分為鐵路罐車、汽車罐車、罐式集裝箱、長管拖車、管束式集裝箱5個大類[3]。其中鐵路罐車僅用于鐵路運(yùn)輸,汽車罐車和長管拖車僅用于公路運(yùn)輸,此三類設(shè)備與行走裝置一般不可拆分；罐式集裝箱和管束式集裝箱可以公路、水路運(yùn)輸,也可用于公路水路聯(lián)運(yùn),此兩類設(shè)備無固定行走裝置。部分典型設(shè)備見圖1。

圖1 部分典型移動式壓力容器

筆者單位自2014年開始進(jìn)行移動式壓力容器型式試驗[4],累計完成了100多種型號設(shè)備（僅限公路運(yùn)輸）的試驗,其中管束式集裝箱產(chǎn)品約占40%,罐式集裝箱占50%以上,幾乎所有制造廠的底盤都是外購,集裝箱產(chǎn)品占了絕對多數(shù)。這些產(chǎn)品共涉及29種介質(zhì),4種為壓縮氣體：水蒸氣、天然氣、氫氣和氦氣,除1種運(yùn)輸水蒸氣的設(shè)備外,均為管束式集裝箱；冷凍液化氣體介質(zhì)6種：液氫和液氦,其余均為常溫液體介質(zhì)。產(chǎn)品共涉及國內(nèi)30多家制造廠,有14家制造廠申請了2種以上型號產(chǎn)品的型式試驗,1家制造廠申請了11種新型號產(chǎn)品的型式試驗。

可見國內(nèi)每年新上市的產(chǎn)品型號有限,制造廠相對集中,工藝相對穩(wěn)定成熟,筆者單位在以往工作中已經(jīng)形成了可靠的工藝流程。但由于現(xiàn)行法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)未針對公路運(yùn)輸進(jìn)行特化,部分內(nèi)容有待調(diào)整；且自2021年起,有關(guān)部門依照國內(nèi)公路交通運(yùn)輸監(jiān)管的實際情況,出臺了《常壓液體危險貨物罐車治理工作方案》[5],旨將常壓罐車類比汽車罐車進(jìn)行生產(chǎn)制造管理,這給移動式壓力容器型式試驗工作帶來了新的變化。

本文總結(jié)分析現(xiàn)有的移動式壓力容器型式試驗工作,并對未來發(fā)展提出一些可能的方向。

1 法規(guī)與資質(zhì)要求

我國移動式壓力容器型式試驗具有明確法規(guī)要求,國內(nèi)現(xiàn)行的TSG R0005—2011《移動式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中附件A、附件B、附件C、附件D和附件E均對各類移動式壓力容器的型式試驗進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定[6]。

鐵路罐車的型式試驗應(yīng)由國務(wù)院鐵路運(yùn)輸主管部門核準(zhǔn)或批準(zhǔn)的試驗機(jī)構(gòu)進(jìn)行；僅公路運(yùn)輸?shù)墓奘郊b箱、管束式集裝箱由國家市場監(jiān)管總局核準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行；具有真空絕熱罐體的需要由國家市場監(jiān)管總局核準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行低溫性能型式試驗。目前我國國家市場監(jiān)管總局核準(zhǔn)的移動式壓力容器型式試驗全項的機(jī)構(gòu)僅有中國特檢院,核準(zhǔn)的低溫性能型式試驗機(jī)構(gòu)包括中國特檢院、蘭州空間技術(shù)物理研究所、上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測所有限公司和廣東省特檢院共4家單位。

2 試驗內(nèi)容與方法

移動式壓力容器型式試驗從內(nèi)容上分為箱體性能試驗和低溫性能試驗2個大類。對于采用集裝箱結(jié)構(gòu)的罐式集裝箱和管束式集裝箱均需要進(jìn)行箱體性能試驗[6],對于參與海陸聯(lián)運(yùn)的,還需要在箱體性能試驗的基礎(chǔ)上增加沖擊試驗（也稱碰撞試驗）、堆碼試驗、橫向剛性試驗、縱向剛性試驗等。凡是真空絕熱罐體的移動式壓力容器,均需要進(jìn)行低溫性能試驗。對于冷凍液化氣體罐式集裝箱,需要同時進(jìn)行箱體性能試驗和低溫性能試驗[6]。

箱體性能試驗驗證集裝箱結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸過程中的安全性能,主要為抵抗起步、加速、減速、轉(zhuǎn)彎、停車等過程由于慣性力帶來的箱體結(jié)構(gòu)變形。試驗內(nèi)容包括吊頂、吊底、外部縱向栓固、內(nèi)部縱向和橫向栓固、磁粉檢測、氣密性試驗等。下面以管束式集裝箱為例,分別介紹各項試驗的方法[7]。

2.1 吊頂試驗（由4個頂角件起吊試驗）

試驗通過集裝箱的4個頂角件將其吊起,測量底梁的變形量來驗證除1D和1DX型以外的各型集裝箱的起吊能力。1D和1DX型集裝箱的起吊力方向為非豎直方向,應(yīng)與豎直方向呈小于30°的夾角。試驗實施方法如圖2所示。

圖2 吊頂試驗

2.2 吊底試驗（由4個底角件起吊試驗）

試驗通過集裝箱的4個底角件將其吊起,測量底梁的變形量來驗證集裝箱的起吊能力。試驗實施方法如圖3所示。起吊力的角度對于不同類型的集裝箱是各不相同的。40英尺（12.192 m）長的箱型起吊角度（即圖3中α角）為30°,30英尺（9.144 m）長的為37°,20英尺（6.096 m）長的為45°,1D和1DX箱型起吊α角為60°。

圖3 吊底試驗

2.3 外部縱向栓固試驗

試驗通過集裝箱一端固定,對其另一端的2個底角件施加2Rg（R為額定質(zhì)量）的水平力,先朝向固定端,再反向施加,測量樣箱在長度方向的變形量來驗證其在道路上行車時承受動載或者操縱情況下承受縱向栓固的能力,即在相當(dāng)于2g加速作用時承受縱向栓固作用的能力。試驗實施方法如圖4所示。

圖4 外部縱向栓固試驗

2.4 內(nèi)部縱向栓固試驗（動態(tài)）

試驗通過裝載集裝箱的試驗臺與一個大質(zhì)量體相撞擊,來驗證集裝箱在道路運(yùn)行的動態(tài)條件下承受縱向內(nèi)部約束的能力。集裝箱通過4個底角件固定于試驗臺,且盡可能靠近撞擊端,集裝箱內(nèi)應(yīng)充裝介質(zhì)至容積的97%或使試驗重量達(dá)到最大額定重量。試驗實施方法如圖5所示,相撞速度依照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》中附件D的規(guī)定。

圖5 內(nèi)部縱向栓固試驗（動態(tài)）

2.5 內(nèi)部橫向栓固試驗

試驗通過集裝箱橫軸呈豎直方向的臥式放置,豎直和水平方向固定底部2個底角件,并水平固定上部2個底角件來進(jìn)行,驗證集裝箱的罐體或管束體本身以及其與框架連接對內(nèi)部介質(zhì)所導(dǎo)致的橫向慣性力的承受能力。試驗實施方法如圖6所示,包括a、b兩種方法,其中b方法只有完全由集裝箱底結(jié)構(gòu)來支承罐體、管束體等或是由主管部門認(rèn)為通過外部縱向栓固試驗和縱向剛性試驗對罐體與框架之間的連接已能充分證明其可靠性時,才可以使用。

圖6 內(nèi)部橫向栓固試驗

2.6 磁粉檢測

在上述2.1章節(jié)至2.5章節(jié)的試驗完成后,將各角件與梁柱之間的焊縫及熱影響區(qū)表面打磨出金屬光澤,依據(jù)NB/T 47013.4—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第4部分：磁粉檢測》的相關(guān)要求進(jìn)行磁粉檢測[8]。對于試驗后在檢測區(qū)域發(fā)現(xiàn)任何裂紋性缺陷的,型式試驗結(jié)論為不合格。

2.7 氣密性試驗

在除氣密性試驗以外的全部試驗項目均完成后,進(jìn)行氣密性試驗,一般采用NB/T 47013.8—2012《承壓設(shè)備無損檢測 第8部分：泄漏檢測》中附錄A的氣泡泄漏檢測方法,必要時也可以采用其他泄漏檢測方法進(jìn)行。

低溫性能試驗是主體結(jié)構(gòu)為真空絕熱罐體的移動式壓力容器才需要進(jìn)行的型式試驗內(nèi)容,包括真空度、漏率、漏放氣速率、靜態(tài)蒸發(fā)率、維持時間等的測量,一般按照GB/T 18443—2010《真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法》中的相關(guān)要求進(jìn)行,這里不再贅述。

3 目前的問題

3.1 型式試驗中發(fā)現(xiàn)的問題

第一類問題是設(shè)備結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足,多是材料選擇不當(dāng)或者制造厚度不足,表現(xiàn)為在型式試驗的加載過程中或試驗結(jié)束后,出現(xiàn)了影響設(shè)備正常使用的永久性變形,其尺寸不能滿足裝卸、固縛和換裝作業(yè)的要求。圖7為在加載過程中側(cè)面豎梁出現(xiàn)的塑性變形,主因為豎梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足。

圖7 管束式集裝箱側(cè)面豎梁加載后變形

第二類問題為設(shè)備焊接質(zhì)量問題,如角件與梁柱、梁柱之間的焊接位置出現(xiàn)裂紋性缺陷等,該類型缺陷可能是制造缺陷,也可能是試驗過程中的擴(kuò)展缺陷。圖8為在角件梁柱焊接部位發(fā)現(xiàn)的裂紋性缺陷,這2個缺陷的位置均沿焊縫縱向延伸,是制造時焊接工藝產(chǎn)生的結(jié)晶裂紋,在出廠檢驗時未被發(fā)現(xiàn)。在型式試驗時設(shè)備承受巨大的交變載荷,缺陷發(fā)生擴(kuò)展使其易于被檢測到。裂紋的危害性極高,在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范里一般都被列為不允許存在的缺陷,因此提高焊接工藝水平、加強(qiáng)驗收環(huán)節(jié)的無損檢測工作非常關(guān)鍵。

3.2 型式試驗的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)問題

目前我國移動式壓力容器型式試驗在法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系上存在以下問題：

首先,目前并沒有專門的移動式壓力容器型式試驗法規(guī)?，F(xiàn)行的TSG R0005—2011對型式試驗的內(nèi)容有部分規(guī)定,但一直沒有類似《氣瓶型式試驗規(guī)則》的專門性法規(guī)出臺。因此移動式壓力容器型式試驗部分的法規(guī)規(guī)定并不全面且不成體系,缺乏針對包括試驗的產(chǎn)品覆蓋范圍、抽樣規(guī)則、型式試驗受理程序等步驟的詳細(xì)規(guī)定,使得型式試驗過程中經(jīng)常遇到“無據(jù)可依”的困境。

其次,目前型式試驗內(nèi)容特異性考慮不足,部分試驗的工況不適用于僅限公路運(yùn)輸?shù)募b箱。

目前移動式壓力容器型式試驗的箱體性能試驗部分,無論產(chǎn)品承壓主體部分結(jié)構(gòu)為罐式還是管束式,均為吊頂、吊底、外部縱向栓固、內(nèi)部縱向栓固、內(nèi)部橫向栓固共五大項試驗,試驗方法均依據(jù)GB/T 16563—2017中的相關(guān)技術(shù)要求。該標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計試驗時是將集裝箱作為貨物的角度出發(fā),考慮集裝箱在日常使用中要經(jīng)常經(jīng)受吊裝、堆放操作,運(yùn)輸時經(jīng)常發(fā)生鐵路、水運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)的情況。但目前移動式壓力容器生產(chǎn)使用過程中,最活躍、規(guī)模最大的是僅限于公路運(yùn)輸?shù)募b箱,此種情況下集裝箱是生產(chǎn)運(yùn)輸工具,充裝的介質(zhì)才是貨物。

因此按照GB/T 16563—2017的要求進(jìn)行的型式試驗內(nèi)容多有不適的地方。比如吊頂和吊底試驗,在實際日常使用過程中,僅公路運(yùn)輸?shù)囊苿邮綁毫θ萜骰緵]有起吊的工況；而對于外部縱向栓固試驗和內(nèi)部縱向栓固試驗（動態(tài)）,標(biāo)準(zhǔn)中6.5條和6.6條明確指明試驗是驗證集裝箱在鐵路上行車的工況下,僅公路運(yùn)輸?shù)那闆r下是否有必要進(jìn)行。基于這些考量,有必要研究僅公路運(yùn)輸情況下的性能驗證試驗內(nèi)容及其方法。

最后,移動式壓力容器型式試驗適用范圍將“超綱”的問題。

如上所述,移動式壓力容器型式試驗所適用的產(chǎn)品均是符合《特種設(shè)備目錄》規(guī)定的。但在2021年4月8日,《交通運(yùn)輸部 工業(yè)和信息化部 公安部 市場監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)常壓液體危險貨物罐車治理工作方案的通知》[5]中給出了《常壓液體危險貨物罐車治理工作方案》,方案中明確了要嚴(yán)把新罐車的“準(zhǔn)入關(guān)”,依法按職責(zé)加強(qiáng)對罐車（包括車輛及罐體）生產(chǎn)、檢驗及使用等環(huán)節(jié)的指導(dǎo),督促相關(guān)企業(yè)、檢驗機(jī)構(gòu)及從業(yè)人員全面掌握標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和實施要求。部分制造廠開始約請常壓罐車、罐式集裝箱等的制造監(jiān)督檢驗,相應(yīng)型號產(chǎn)品開始委托試驗,這對于移動式壓力容器檢驗和試驗機(jī)構(gòu)是新的挑戰(zhàn)。首先,常壓液體罐車或罐式集裝箱本身不屬于移動式壓力容器的管理范疇,設(shè)計、生產(chǎn)并不遵守《移動式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,檢驗和試驗也就缺乏相應(yīng)法規(guī)的支持,須按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行,具有一定局限性；其次,當(dāng)下可行的型式試驗方法只能參考移動式壓力容器的試驗內(nèi)容,缺少針對僅公路運(yùn)輸?shù)某汗捃嚮蚬奘郊b箱性能驗證試驗的考慮,技術(shù)支持不足。

綜上所述,雖然我國已經(jīng)按照具有本國特色的特種設(shè)備管理思路建立了適應(yīng)國情的移動式壓力容器型式試驗體系,但依然處于尚不成熟階段。不僅需要一本專門的綜合性型式試驗法規(guī),對僅公路運(yùn)輸集裝箱的試驗內(nèi)容和方法以及新形勢下的新任務(wù)也缺乏足夠的科學(xué)研究。

4 展望

型式試驗對于移動式壓力容器的安全保障至關(guān)重要,試驗的內(nèi)容、方法、評判標(biāo)準(zhǔn)對提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)制造單位工藝和能力具有重要指導(dǎo)作用。充分發(fā)揮型式試驗的作用,對于推動我國移動式壓力容器制造行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展、產(chǎn)品走向世界領(lǐng)先具有重大意義。為了切實提高移動式壓力容器的管理水平和改善型式試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)運(yùn)輸、工業(yè)、安全等主管部門之間的協(xié)作與溝通,相關(guān)科研院所各自發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢,有效減少信息壁壘,助力產(chǎn)業(yè)水平提升,為國民生產(chǎn)生活護(hù)航。