摘要：首先探討了真空減壓閥的功用和性能特點(diǎn)；然后介紹了常壓罐體設(shè)計(jì)代碼為L4BN的罐體的標(biāo)準(zhǔn)要求，并闡述了罐體外壓計(jì)算及真空減壓閥的選裝問題；最后通過實(shí)例研究了真空減壓閥的選裝要求和安裝情況。

關(guān)鍵詞：常壓罐體；L4BN；計(jì)算外壓；真空減壓閥

中圖分類號(hào)：U462 收稿日期：2024-09-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.014

1 前言

目前，道路運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物罐式車輛上的金屬常壓罐體設(shè)計(jì)主要依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18564.1—2019［1］《道路運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物罐式車輛 第1部分：金屬常壓罐體技術(shù)要求》。作為道路運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物罐式車輛企業(yè)的設(shè)計(jì)者，在設(shè)計(jì)罐體時(shí)，有義務(wù)研究好標(biāo)準(zhǔn)要求，使設(shè)計(jì)出來的每一個(gè)罐體均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)要求。GB 18564.1—2019［1］中對罐體的安全附件做了明確規(guī)定和要求，本文對常壓罐體設(shè)計(jì)代碼為L4BN的罐體真空減壓閥的選裝問題做一探究。

2 真空減壓閥功用和性能特點(diǎn)

?真空減壓閥在危險(xiǎn)品罐車上的主要功能是平衡罐體內(nèi)部壓力，保證運(yùn)輸?shù)陌踩浴?真空減壓閥一般安裝在罐車頂部，利用罐內(nèi)外氣體壓力差工作。當(dāng)罐內(nèi)形成真空時(shí)，真空減壓閥的閥瓣就會(huì)被吸開，允許空氣進(jìn)入罐內(nèi)，從而減小壓力差，防止壓力差過大而導(dǎo)致罐體變形。這種閥門由閥體、密封墊圈、O型圈、閥瓣、外罩、六角薄螺母、內(nèi)角緊定螺釘、彈簧、彈簧座、阻火濾網(wǎng)等組成，其設(shè)計(jì)旨在通過調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量來保持罐前后的壓力平衡，即使在壓力不斷變化的情況下，也能保持出口壓力和壓力差值不變，確保罐體在超壓或真空時(shí)免遭破壞，同時(shí)減少罐內(nèi)物料的揮發(fā)和損耗，對安全和環(huán)保起到促進(jìn)作用。圖1為真空減壓閥的主要組成簡圖。

真空減壓閥通過改變節(jié)流面積來調(diào)節(jié)流速和流體動(dòng)能，從而達(dá)到減壓的目的。當(dāng)?shù)蛪簹馐抑械膲毫Τ^給定壓力時(shí)，安全閥會(huì)自動(dòng)排氣，直到氣壓下降到給定值時(shí)又自動(dòng)關(guān)閉并保持密封?。真空減壓閥有以下幾個(gè)性能特點(diǎn)：

a.氣密封性好。真空減壓閥具有較高的氣密封性，能夠確保連接的高度密封性，防止氣體泄漏?。

b.阻力小。真空減壓閥對氣流的阻力盡量小，即閥門的流導(dǎo)盡可能大，以減少對氣體流動(dòng)的影響?。

c.?耐磨性好。密封部件耐磨性好，能夠反復(fù)使用且壽命長，適用于長時(shí)間運(yùn)行?。

d.放氣量小?。閥體材料及密封件放氣量小，確保在真空環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能?。

e.操作靈活?。真空減壓閥操作靈活，容易清洗安裝，性能可靠、維修方便?。

常壓罐體加裝的真空減壓閥公稱壓力一般為0.6 MPa，負(fù)壓開啟壓力范圍一般為-24～-21 kPa，設(shè)計(jì)溫度為-20～120 ℃，主體采用不銹鋼精鑄成形，特殊車型可根據(jù)需求定制負(fù)壓開啟壓力。常壓危險(xiǎn)品腐蝕品圓形罐體液壓試驗(yàn)壓力一般為0.4 MPa，故真空減壓閥的公稱壓力0.6 MPa，也可以滿足使用要求。

3 常壓罐體設(shè)計(jì)代碼L4BN

經(jīng)常裝運(yùn)的常壓危險(xiǎn)品化工介質(zhì)比如氫氯酸、氫氧化鈉溶液、硫酸等，按GB 18564.1—2019［1］標(biāo)準(zhǔn)附錄A中可查的，以上介質(zhì)設(shè)計(jì)代碼均為L4BN，標(biāo)準(zhǔn)中也明確規(guī)定對設(shè)計(jì)代碼的四個(gè)部分對應(yīng)有詳細(xì)說明，如圖2所示。根據(jù)此設(shè)計(jì)代碼L4BN可知，該罐體的液壓試驗(yàn)壓力需0.4 MPa，且罐體需要圓形截面；根據(jù)GB 18564.1—2019標(biāo)準(zhǔn)條款5.4.2中要求罐體需加裝緊急切斷閥；根據(jù)GB 18564.1—2019標(biāo)準(zhǔn)表A.1中罐體設(shè)計(jì)代碼的規(guī)定，罐體頂部的人孔無需加裝緊急泄放裝置，但罐體頂部需要加裝安全閥。圖2為GB 18564.1—2019標(biāo)準(zhǔn)中對設(shè)計(jì)代碼的規(guī)定。

4 罐體外壓計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)代碼L4BN要求罐體頂部需加裝安全閥，而根據(jù)GB 18564.1—2019條款6.2.1.7中針對不同情況下安全閥的選用規(guī)則及設(shè)計(jì)壓力的選取可得知，設(shè)計(jì)代碼為L4BN的常壓圓形罐體設(shè)計(jì)壓力一般均大于0.1 MPa。再根據(jù)GB 18564.1—2019條款5.2.1.1要求罐體設(shè)計(jì)壓力大于0.1 MPa的罐體需符合GB/T 150［2］的規(guī)定。所以，上述罐體的計(jì)算外壓需要根據(jù)GB/T 150.3里面的條款4，分別對封頭和筒體進(jìn)行外壓計(jì)算。一般罐體的筒體壁厚均小于封頭的壁厚，所以先對罐體進(jìn)行外壓計(jì)算，若罐體壁厚無法滿足外壓計(jì)算結(jié)果要求，就無需對封頭再進(jìn)行外壓計(jì)算。圖3為GB 18564.1—2019標(biāo)準(zhǔn)中安全閥的選取要求。

根據(jù)上述要求，即介質(zhì)飽和蒸氣壓在0.01～0.075 MPa之間，那么安全閥的整定壓力最小就要選取0.15 MPa。根據(jù)GB 18564.1—2019條款5.2.4中去罐體的設(shè)計(jì)壓力，則設(shè)計(jì)壓力最小為0.16 MPa。在GB 18564.1—2019條款5.2.1.1 b）中要求設(shè)計(jì)壓力大于或等于0.1 MPa或真空度大于或等于0.02 MPa的罐體應(yīng)符合GB/T 150、JB 4732［3］或JB/T 4734［4］的規(guī)定。設(shè)計(jì)代碼為L4BN的介質(zhì)一般使用罐體材質(zhì)為碳素鋼或不銹鋼，所以此類罐體設(shè)計(jì)需滿足GB/T 150和JB 4732的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)條款內(nèi)容。

無論是客戶還是生產(chǎn)企業(yè)在實(shí)際運(yùn)行中，都要考慮整車的整備質(zhì)量和罐體的制作成本，所以罐體壁厚一般不會(huì)選用太大，實(shí)車罐體壁厚一般會(huì)在滿足標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)厚度基礎(chǔ)上稍加一點(diǎn)余量。而且設(shè)計(jì)代碼為L4BN的常壓危險(xiǎn)品罐體大部分均為內(nèi)襯塑罐體，不考慮腐蝕裕量，所以壁厚選取一般3.5～4.2 mm。另根據(jù)18564.1—2019條款5.2.13.5中加強(qiáng)部件的要求，相鄰兩個(gè)加強(qiáng)部件及加強(qiáng)部件與相鄰封頭之間的容積應(yīng)小于或等于7.5 m3，而一般是防浪板作為罐體內(nèi)部的加強(qiáng)部件，這樣防浪板之間間距也會(huì)比方圓罐型的間距大，一般為1 700～2 200 mm。根據(jù)GB/T 150.3中條款4中的相關(guān)公式計(jì)算封頭和罐體的外壓，根據(jù)多個(gè)常壓危險(xiǎn)品罐體的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，罐子的罐體計(jì)算外壓大部分在0.025～0.032 MPa之間。如表1為碳鋼Q235B材質(zhì)的一個(gè)圓形腐蝕品罐，壁厚為4 mm的帶襯塑材料的罐體計(jì)算外壓示例；如表2為碳鋼Q235B材質(zhì)的一個(gè)圓形腐蝕品罐，壁厚為4.75 mm的帶襯塑材料的罐體計(jì)算外壓示例。

根據(jù)表1和表2的計(jì)算結(jié)果可知，若該罐體加裝真空減壓閥的話，罐體壁厚只需要4 mm即可，若不加裝真空減壓閥的話，罐體壁厚需4.75 mm。罐體壁厚由4 mm增加到4.75 mm后，整個(gè)罐體整備質(zhì)量增加了272 kg。

5 罐體選裝真空減壓閥

雖然根據(jù)常壓危險(xiǎn)品罐體L4BN的設(shè)計(jì)代碼規(guī)定看，罐體只要求加裝安全閥，沒有明確要求加裝真空減壓閥，但在標(biāo)準(zhǔn)18564.1—2019條款5.2.6.1中有明確規(guī)定：當(dāng)未裝真空減壓閥、呼吸閥時(shí)，罐體的計(jì)算外壓應(yīng)大于或等于0.04 MPa；當(dāng)裝有真空減壓閥但未裝呼吸閥時(shí)，罐體的計(jì)算外壓應(yīng)大于或等于0.021 MPa。罐車生產(chǎn)廠家為了降低成本，罐體壁厚在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)18564.1—2019的基礎(chǔ)上，一般選用壁厚不會(huì)太厚。且根據(jù)以往多個(gè)常壓危險(xiǎn)品罐體的外壓計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，罐體的計(jì)算外壓均超過0.021 MPa，但均未超過0.04 MPa。故針對設(shè)計(jì)代碼為L4BN的壁厚較薄的常壓危險(xiǎn)品圓形罐體，罐頂建議加裝真空減壓閥，降低企業(yè)生產(chǎn)成本并以此來確保車輛在運(yùn)輸過程中的安全性。

通過表1和表2的不同罐體外壓計(jì)算結(jié)果來看，用4 mm/Q235B板材將會(huì)比用4.75 mm/Q235B板材在罐體材料上節(jié)約275 kg的鋼板，直接經(jīng)濟(jì)成本約1 170元。若換成S30408材質(zhì)的罐體，罐體因壁厚增加的成本會(huì)更高，而一個(gè)真空減壓閥的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于罐體材料增加的成本。設(shè)計(jì)者可根據(jù)銷售客戶壁厚要求并嚴(yán)格計(jì)算后綜合考慮罐體是否選裝真空減壓閥。

另若罐體外壓計(jì)算結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值要求的情況下，而罐體也沒有加裝真空減壓閥，罐內(nèi)產(chǎn)生真空的工況下，可能會(huì)出現(xiàn)罐子被大氣壓力不同程度壓扁情況。曾有案例，某罐車在維修前進(jìn)行蒸罐操作，蒸罐結(jié)束后罐體在冷卻過程中，罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，罐頂沒有真空減壓閥或呼吸閥門，最后導(dǎo)致罐體被吸扁。也有在185643ZquwzSwX7k+MxSS1Nq35Q==.1—2019標(biāo)準(zhǔn)生效以前的罐體，罐體附件沒有嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)加裝安全附件，罐體在卸料時(shí)，罐頂?shù)暮粑y門沒有打開，致使罐體內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，罐體被大氣壓壓扁的情況，如圖4所示。

6 真空減壓閥的選裝要求及安裝實(shí)例

真空減壓閥一般加裝在常壓危險(xiǎn)品罐體的頂部，用法蘭與罐體連接，法蘭可以與罐體直接焊接，也可以與罐體通過一段圓管連接。無論是何種形式的連接，罐體頂部開孔處焊接接頭均為內(nèi)外雙面滿焊，并且必須按NB/T47013［5］的規(guī)定對焊接接頭進(jìn)行磁粉或滲透檢測。每個(gè)真空減壓閥也必須有一個(gè)大于或等于284 mm2的流通截面積。易燃介質(zhì)用的真空減壓閥應(yīng)具備阻火功能。真空減壓閥應(yīng)安裝于罐體的頂部，用于控制罐內(nèi)負(fù)壓，使其保持相應(yīng)的壓力范圍內(nèi)。目前市面上的真空減壓閥材質(zhì)一般為不銹鋼材質(zhì)，常壓液體危險(xiǎn)貨物介質(zhì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)及與真空減壓閥材料的相容性如表3所示。

由表3可以看出，不同介質(zhì)在設(shè)計(jì)溫度50 ℃時(shí)與真空減壓閥的材質(zhì)相容性不同，有的介質(zhì)可能對真空減壓閥腐蝕較嚴(yán)重。由于目前市場上做真空減壓閥企業(yè)選用的材質(zhì)均為SUS304材質(zhì)，這就需要罐車使用單位定期檢查真空減壓閥的組件是否被腐蝕或要更換新的真空減壓閥。比如罐子裝運(yùn)介質(zhì)為氨水，氨水對真空減壓閥的材質(zhì)腐蝕性能優(yōu)良，這個(gè)車的真空減壓閥腐蝕性就可以不用經(jīng)常檢測；而針對裝運(yùn)介質(zhì)為氫氧化鈉溶液的罐子，氫氧化鈉溶液對不銹鋼真空安全閥的腐蝕較重，這就需要使用單位檢測提高檢查真空減壓閥的頻次，以避免真空減壓閥被腐蝕損壞后，罐內(nèi)介質(zhì)通過真空減壓閥大量排出，造成環(huán)境污染或人身傷害。圖5、圖6為真空減壓閥安裝在罐體頂部的實(shí)物照片。

7 結(jié)語

設(shè)計(jì)代碼為L4BN的常壓危險(xiǎn)品罐體是否加裝真空減壓閥，需要設(shè)計(jì)者根據(jù)選用的罐體壁厚并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)18564.1—2019的相關(guān)條款進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果決定是否需要選裝真空減壓閥。作為常壓危險(xiǎn)品罐車設(shè)計(jì)者，不能僅僅看設(shè)計(jì)代碼的表面要求，要研究透國家標(biāo)準(zhǔn)，并對不同的標(biāo)準(zhǔn)條款要求進(jìn)行深入分析，嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條款進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而設(shè)計(jì)出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的罐體，確保企業(yè)生產(chǎn)出來的危險(xiǎn)品罐車在實(shí)際使用過程中的運(yùn)輸安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.GB 18564.1—2019道路運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物罐式車輛第1部分：金屬常壓罐體技術(shù)要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2019.

[2]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 150.1～GB/T 150.4—2011壓力容器[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[3]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).JB 4732—1995鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[4]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).JB/T 4734—2002鋁制焊接容器[S].昆明：云南科技出版社，2002.

[5]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).NB/T 47013.1～47013.13—2015（JB/T 4730）承壓設(shè)備無損檢測[S].北京：新華出版社，2015.

作者簡介：

張香芝，女，1982年生，助理工程師，研究方向?yàn)閷Ｓ密囋O(shè)計(jì)。