液體危險貨物罐式車輛充滿率的探討

揚州中集通華專用車有限公司 房坤

對我國液體危險貨物罐式車輛充滿率的要求和ADR標準進行了簡要的對比，并對液體危險貨物罐式車輛的充滿率進行了計算和說明，推斷出液體危險貨物罐式車輛應根據介質特性控制充滿率，且充裝量不得超過該車的額定載質量。

液體危險貨物罐式車輛充裝率的相關規定

液體危險貨物罐式車輛（簡稱液罐車）運輸的介質具有易燃、腐蝕和毒性等危險特性，并廣泛應用于我國的各行各業。液罐車在運輸過程中一旦發生事故將會對人民的生命財產安全造成重大的危害，如2012年發生的陜西延安特大交通事故、2014年發生的晉濟高速公路山西晉城段巖后隧道“3·1”特別重大道路交通危化品燃爆事故等，都分別導致了數十人的重大傷亡，因此國家各部門出臺了很多相關的管理規定，并制定了相關標準加以規范。

罐體材料的選擇、罐體結構的確定、安全附件和裝卸附件的配置、充裝介質的多少等是關系到罐車安全運行的幾個主要方面。為了防止超載，中機車輛技術服務中心從源頭抓起，在公告審查過程中嚴格控制罐車容積，從嚴管控充裝的介質容量。2006年版《車輛生產企業及產品公告管理培訓材料》要求[1]：“運輸GB 12268－2005《危險貨物品名表》以內危險貨物的罐式車：罐體額定容積=額定載質量/密度”，“對于運輸液體罐體，有效容積≤額定容積×110%”，“運輸按GB 6944－2005《危險貨物分類及品名編號》屬于同一類且對罐體要求相同的不同品名、不同密度的介質時，按密度最大的核算有效容積”。根據該公式，氣象空間最大為10%，即要求最小充裝率為90%，最大充裝率即充滿率沒有要求。

2010年版《車輛生產企業及產品公告管理培訓會資料匯編》要求[2]：“1.0≤罐體總容量/(載質量/介質密度)≤1.05”；“同一罐體運輸對罐體要求相同的不同品名、不同密度的介質時，應按密度最大的介質核算罐體總容積，該罐體總容積應保證最小密度的介質也符合上述公式”。根據此要求，氣象空間至多為5%，即要求最小充裝率為95%，對充滿率也沒有要求。其本來目的是既可嚴格控制超載，也可適當擴大車輛適用的范圍，增加同一車輛可運輸介質的數量，這在一定程度上減少運輸企業營運車輛的數量，降本增效，符合當下建設節約型社會的主旨。

液罐車充滿率對罐體的影響

氣象空間究竟多少合適呢？現以日常生活中最常見的93號汽油為例進行探討，看看不同的充裝率會產生什么結果。93號汽油的密度與溫度關系為[3]：

式中：ρt為溫度達到t時93號汽油的密度；ρ20為溫度20℃時93號汽油的密度，ρ=725 kg/m3；t為93號汽油在罐體內的實際溫度。

常溫狀態下應考慮到環境溫度不低于50℃的情況，而一般汽油儲存溫度為15℃。當汽油裝入油罐車后，不考慮出現火災等事故狀態，在正常運輸過程中由于受環境溫度影響，罐體內汽油溫度則有可能會達到50℃。那么，如果按原儲存溫度15℃的汽油在裝車后變成50℃的情況來計算，從安全和實際使用性能兩方面看會出現什么情況呢？

當t=50℃和t=15℃時，93號汽油密度由式(1)分別計算可得：ρ=699.5 kg/m3，ρ=729.25 kg/m3。

那么，一個42 m3的油罐車按最低充裝率95%計算不同環境溫度下的氣象空間（汽油從充裝時的15℃上升到50℃時），汽油體積增加到：V=42×95%×729.25/699.5=41.59 m3，充裝時氣象空間50是V=42×(1－0.95)=2.1 m3， 上升到50℃時 氣象空間是42－15 41.59=0.41 m3。

裝載汽油的罐車，其罐體可分別按LGBF（罐頂帶有安全泄放裝置）、L4BH進行設計，如按L4BH設計，則是一個密閉罐，可不帶安全泄放裝置，下面按不帶安全泄放裝置的狀況對罐內壓力進行計算，罐內氣象空間中的氣體可近似看作理想氣體。理想氣體狀態公式為[3]：

式中，P為理想氣體的絕對壓強，P=0.1 MPa；V為理想氣體的體積，V=2.1 m3；n為氣體物質的量 ； R為理想氣體常數，是一定值；T為表示理想氣體的熱力學溫度，K。

在罐內氣體物質的量n不變的情況下，由式(2)可得到15℃和50℃的平衡關系式為：

由于日常對壓強指標均用表壓表示，表壓等于絕對壓強減去1個大氣壓（0.1 MPa）。所以計算結果轉換成表壓則為0.47 MPa，已超過罐體的強度試驗壓力0.4 MPa，罐體極有可能出現破裂，如果裝載量再稍多一點，情況將更為嚴重；如果裝料溫度為10℃ ，按以上公式進行計算，罐內表壓則為1.38 MPa，遠超過罐體的強度試驗壓力0.4 MPa，罐體肯定會破裂。所以如罐體沒有安全泄放裝置，在實際使用過程中必須降低充裝率，然而這又會導致油罐車載荷不足，油車實際運營效率低，造成資源浪費的問題；即使安裝了安全泄放裝置，雖可保證罐體不會破裂，但介質溢出，也會浪費能源、污染環境。

液罐車充滿率的相關標準要求

聯合國早在20世紀50年代就介入了國際危險品運輸法規的制定工作，并頒布了《歐洲危險品道路運輸協定》（簡稱ADR）[4]。在ADR中，常壓液體罐車的裝載介質根據介質特性主要分為第三類易燃液體、第六類6.1項毒性物質和第八類腐蝕性物質，根據其危險程度，包裝類別又分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類。如：有的介質僅少量滲漏，不會造成對環境的危害；有的介質即使是微量泄漏也會嚴重危害環境。因此對于前者，最大允許充裝率即額定充滿率可大一些，而后者則應嚴格控制額定充滿率，額定充滿率公式為：

式中，Φv為 罐體的額定充滿率；η為充裝系數，具體見表1；tf為充裝期間液體的平均溫度，℃；α為15℃～50℃范圍內液體的平均體積膨脹系數，α=(ρ15－ ρ50) /(35×ρ50)。

根據ADR要求，汽油等易燃介質如果采用密閉罐裝運，15℃～50℃范圍內液體的平均體積膨脹系數計算可得：α=1.215×10-3。93號汽油溫度為15℃時，其額定充滿率按式(4)計算可得：Φv=93%。

表1 不同介質情況下的充裝系數

那么，一個42 m3的罐車，當汽油從充裝初始時的15℃上升到50 ℃時，按額定充滿率93%計算，汽油體積增加到：V=42×0.93×729.25/699.5=40.72 m3，裝載時氣象空間為42×(1－0.93)=2.94 m3，上升到50 ℃ 時氣象空間為42－40.72=1.28 m3。罐內壓力變化可根據式(3)計算得到：P50=0.258 MPa。

將此絕對壓強轉換成表壓，得出罐內壓力為0.158 MPa，遠小于罐體的強度試驗壓力0.4 MPa，按ADR要求，充裝時汽油溫度越低，該溫度下允許的額定充滿率也越低才可確保安全，而且額定充滿率是充裝上限，應嚴格控制。

液罐車實際使用狀況

裝載汽油的液罐車，其罐體如按LGBF設計，則罐頂帶有由呼吸閥和緊急泄放裝置組成的安全泄放裝置，那么再看看這樣配置的油罐半掛車在公路上行駛時會產生什么問題。

我國幅員遼闊，各地道路條件不一致，而油罐半掛車應能滿足各種等級公路的行駛路況。我國公路等級標準如表2所示。

油罐半掛車與牽引車掛接后一般前后有一定的高度差，現仍以42 m3的油罐半掛車為例，不考慮油罐半掛車前后高度差和運輸過程中液體的膨脹，只考慮上下坡的路況，按公告允許的最低充裝率95%的情況來看，油罐半掛車停放在平路上的狀況時（如圖1），罐內液體到罐頂尚有一定的氣象空間；油罐半掛車停放在5%的坡道上的狀況時（如圖2），從模擬圖中可以清晰地看到罐頂后部的人孔已完全浸沒在汽油當中，而油罐半掛車的呼吸閥通常都集成在人孔上（如圖3），罐內壓力只要達到6～8 kPa，呼吸閥就會開啟向外呼氣，此時由于罐內壓力升高或因運輸過程中的液體沖擊，皆會導致呼吸閥開啟，汽油則會從呼吸閥中溢出。這既造成安全隱患，也不環保。

考慮到油罐半掛車主要配送的是油品，行駛道路復雜，極少在高速公路上行駛。通常多以一、二級公路為主，也有三、四級公路的現實，因此坡度如果達到7%以上，那么在此情形下，溢油情況會更加嚴重。為防止發生溢油情況，部分廠家違規做大容積來贏合市場需求；然而這對于嚴格按規定設計、制造的廠家來說，其產品由于溢油或不能裝載到額定噸位便會導致沒有市場；也使得購買違規產品的運輸單位能夠足額的正常運輸，購買合規產品的運輸單位只能少裝；如果不能用足其額定承載，就會造成資源浪費，而且因運輸效率低，也必然會被市場所淘汰。

液罐車應按不同介質的特性控制充裝率

目前我國的油罐車已與國際接軌，標配底部加載系統，因此油罐裝油不再采用頂部加載而采用底部加載。當進行底部加載時，為防止因誤操作導致汽柴油裝載過量溢出罐體釀成事故，油罐車還配置有防溢系統。防溢系統的傳感器安裝在罐體頂部，在誤操作導致加載過量時，當油液上升到傳感器的感應部位，傳感器便會發出電信號而自動停止加載。為解決反應滯后問題，美國石油協會的《罐式車輛的底部加載和油氣回收推薦規程》API 1004規定[5]：傳感器感應部位上方應至少留有227 L的可裝油空間。由于在底部裝載過程中，油面會不停的波動，為防止正常加載時油液接觸到傳感器的感應部位誤發信號，傳感器感應部位距額定加載時的液面則應有一定的距離。即使不考慮傳感器感應部位與液面應有的間距，當油罐各倉容積較小時，如小于2.3 m3時，最大充裝率也應小于90%。

ADR僅規定了上限，所以設計人員根據道路情況，可適當加大罐車容積，保證氣象空間；運輸人員可根據每次運輸路線，調控充裝率，保證運輸途中不會發生溢油現象，這樣從理論上來說較為合理。

有些介質如三氯化磷等，容易吸收空氣中的水分形成鹽酸，會使罐體嚴重腐蝕破壞。因此，在運輸過程中需要采取氮封；如果充滿率過高，那么氮氣充裝量就會太少，從而使氮封達不到理想效果。

再比如黃磷，在常溫下與空氣接觸就會發生自燃，所以在運輸過程中通常需要用水密封；為了保證密封效果，水的深度一般應不小于120 mm，這樣黃磷的額定充滿率通常僅有80%左右。如果按照大于95%的要求充裝，由于用于密封的水的深度不夠，車輛在行駛過程中由于液體晃動等原因黃磷易暴露出水面導致自燃，則會存在安全隱患。

當介質的充裝率在大于80%或小于20%時，液體晃動較小，防波板起到的作用也很小；而當充裝率在20%～80%時，液體晃動大，防波板才真正起到作用。在GB 18564.1－2006及ADR、DOT等液罐車標準中，明確要求應安裝防波板，就是考慮到液罐車在實際運營過程中，其充裝率會有不足80%的因素。罐箱由于主要是在海上長距離運輸，一般充裝率都較高，所以就沒有安裝防波板的強制要求。

文章開頭列舉的惡性事故中罐車所充裝的介質是甲醇，為Ⅱ類包裝，危險性雖然相對較低，但是事故后果卻很嚴重；還有很多介質要求Ⅰ類包裝，如劇毒、強腐蝕介質等。這些罐車一旦發生事故，其后果更是不堪設想。

結語

綜上所述，如要嚴格控制超載現象，應加強在充裝和運輸過程中的監督和監管的檢查力度，只要哪個環節出現問題，就應在哪個環節中加以解決；如果僅是在設計、制造環節通過限制容積解決運輸環節中存在的超載等問題，則針對性差，隨之會產生更多問題和矛盾而埋下安全隱患，并且容易造成車輛設計制造單位與車輛使用單位的糾紛，因此該問題值得政府各有關部門加以重視。

[1] 車輛生產企業及產品公告管理培訓材料[G].2006.

[2] 車輛生產企業及產品公告管理培訓資料匯編[G].2010.

[3] GB/T 1885-83石油計量換算表[G].1983.

[4] European Agreement Concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road[S].2012.

[5] Bottom Loading and Vapor Recovery for MC-306 & DOT-406 Tank Motor Vehicles[S].2003.