軍用運加油車底閥的設計和應用

韓 凱,張起欣,張贊牢

(后勤工程學院 軍事供油工程系，重慶 401331)

【后勤保障與裝備管理】

軍用運加油車底閥的設計和應用

韓 凱,張起欣,張贊牢

(后勤工程學院 軍事供油工程系，重慶 401331)

近年來運加油設備泄露事故呈上升趨勢，各國為此也制定了相關的新標準，原有的運加油設備不再適應新的安全形勢，因此具備應急切斷、超溫自動關斷和高液位保護功能為一體的雙向緊急切斷高液位新型控制閥成為當今研究和應用的趨勢。本文根據(jù)相關新制定的標準，結合國內外相關發(fā)展情況，對此種新型控制閥的優(yōu)點及主要存在的研究問題和相關解決方法做簡單概述，旨在為相關技術人員提供參考，提升危化品運輸安全性，達到降低安全事故發(fā)生率的目標，推動國家軍隊危化品運輸健康發(fā)展。

運加油裝備；底閥；高液位保護；緊急切斷

運加油裝備以其運行機動、靈活，保障快速、準確、高效的特點，各國軍隊都將其作為平、戰(zhàn)時油料運輸和油料加注的骨干保障裝備，運加油裝備的技術水平直接影響平、戰(zhàn)時油料保障工作[1]。我軍根據(jù)自身需要也裝備大量不同類型、不同規(guī)格的運加油裝備，由于相關標準滯后和設備技術水平限制，軍內外運加油設備都未配備帶緊急切斷功能、溫度超標緊急切斷功能的專用進出油閥門，大部分車輛也未安裝高液位保護裝置(除飛機加油車以外)[2]。油罐車裝油冒油事故，車輛發(fā)生意外，管路受損不能夠緊急切斷致使油料泄漏事故時有發(fā)生，火災隱患和油料泄漏環(huán)境污染隱患大，嚴重影響油料裝卸作業(yè)和運輸安全。同時，部分安裝有高液位保護裝置的車輛，由于高液位保護裝置只能夠單向工作，致使油料裝卸兩條通道，工藝復雜[3]。

本文通過分析國內外先進底閥、高液位控制閥的基礎上，結合軍隊使用需要，提出一種具備緊急切斷、高液位保護、超溫自動關斷功能為一體油料可雙向流動的控制閥。本文就相關現(xiàn)狀和擬采用的相關技術闡述如下。

1 國內外現(xiàn)狀情況分析

1.1 相關標準的發(fā)展

國外早在上世紀70年代就為保障危化學品運輸安全，制定了相應的法規(guī)，并根據(jù)法規(guī)相關條款要求，開發(fā)制造了配套產(chǎn)品，同時也制定相關標準。《歐洲危險貨物國際公路運輸協(xié)定—ADR》[4]就是典型的代表，在德國、英國、意大利、荷蘭、西班牙、瑞典、瑞士等歐洲國家強制執(zhí)行，適用于各類型公路運輸危化學品槽車。《EN 13308危險品運輸槽罐車—槽罐車的輔助設備—非壓力平衡底閥、EN 13316危險品運輸槽罐車—槽罐車的輔助設備—壓力平衡底閥》等標準對相應產(chǎn)品的設計、制作、檢驗、試驗等進行了規(guī)范。

國外使用的底閥主要有壓力平衡型和非壓力平衡型兩大類型，底閥主要由閥體、驅動氣缸、閥芯、易溶保護裝置等組成。可利用氣動、液壓或機械方式控制其啟閉。典型產(chǎn)品有ALFONS HAAR公司DN80、DN100系列底閥、OPW的各類型底閥系列等。

其中EURO 100底閥主要技術參數(shù)如下：

尺寸：DN100

工作壓力：500 kPa

爆破壓力：2 500 kPa

最大流量：2 500 L/min

工作溫度：-20 ℃～+70 ℃

近年來，我國也逐漸重視危化品運輸?shù)陌踩浴?012年我國頒布了《QCT 932—2012 道路運輸液體危險貨物罐式車輛緊急切斷閥》[5]行業(yè)標準，但該規(guī)范只對DN100緊急切斷閥進行了規(guī)范，其它形式、其它規(guī)格未做要求。2014年我國國家安全監(jiān)管總局工業(yè)和信息化部、公安部、交通運輸部、國家質檢總局聯(lián)合下發(fā)安監(jiān)總管三〔2014〕74號文件，規(guī)定在用液體危險貨物罐車必須加裝緊急切斷裝置[6]。相信隨著我國相應標準的頒布，相應配套的產(chǎn)品也會越來越完善，危化品的運輸也會越來越安全。

1.2 軍用運加油車緊急切斷閥和液位控制閥的發(fā)展

前蘇軍將運油車作為戰(zhàn)役后方特別是戰(zhàn)術后方油料前送的主要裝備，各級油料運輸部隊都配備大量的運油車。前蘇軍在1955—1964年間生產(chǎn)的第二代汽車改裝的運加油車上使用緊急切斷閥，大大增加了運加油車的安全性能。目前，其ATM3-5-4320、AT3-60等型號運加油車都已經(jīng)加裝緊急切斷閥。

美軍在20世紀50年代初開始裝備的M49系列運油車就已經(jīng)裝備第一代機械式緊急切斷閥，該閥能夠適應運加油車的越野性。1989年，美軍大量采購的M1061系列運加油車裝備了性能完備的緊急切斷閥和液位控制裝置，大大增強了運加油車的安全性能[7]。

目前我軍全部運加油裝備都已經(jīng)裝備具有雙向流動功能的緊急切斷閥，但該閥不具備高液位控制功能，高液位控制裝置需要另外通道進行單獨設計，使用較為繁瑣。

緊急切斷閥也被稱之為事故隔離閥，它是一種在緊急情況下，能夠阻斷上游危險物料來源，以免發(fā)生事故的一種閘閥。緊急切斷閥應用在加工處理或者貯存運輸高危險物料的過程中，在油料的運輸和裝卸作業(yè)情況下，運加油車上裝備的緊急切斷閥一般是在現(xiàn)場進行安全操作。

緊急切斷閥的結構主要是閥體與執(zhí)行機構兩個部分，通過相互配合起到緊急切斷功能。緊急切斷閥起初第一代是機械式緊急切斷閥，現(xiàn)在發(fā)展到第三代遠控電動緊急切斷閥[8]。其中典型的機械式緊急切斷閥內部結構如圖1所示。

1.杠桿； 2.易熔元件自動切斷裝置； 3.閥體； 4.小彈簧；5.過流閥瓣； 6.先導式閥桿； 7.大彈簧； 8.閥罩

圖1 典型運加油車緊急切斷閥內部結構

目前我軍運加油裝備少量已經(jīng)裝備高液位控制裝置。國內外高液位控制主要采用電控，通過檢測危險品罐車各個油罐的液位，將檢測信號傳輸至固定發(fā)油控制系統(tǒng)，當達到設定液位后，控制系統(tǒng)控制固定發(fā)油系統(tǒng)停泵、關閥，防止油料外溢。

國內危化學品運輸罐車高液位控制主要采用兩種形式，一種類似于國外的電控；一種采用差壓式高液位閥控制。典型結構如圖2所示。

通過分析目前國內外運加油車緊急切斷閥和高液位控制裝置，我們可以得知我軍運加油裝備有如下特點：傳統(tǒng)底閥(緊急切斷閥)將主閥安裝于運加油裝備罐體內，在主閥法蘭與管路法蘭設置結構薄弱點。管路發(fā)生意外受損或外部火災等原因溫度升高時，底閥可自動關閉，將油罐中油料封閉在罐體內，防止發(fā)生泄漏。傳統(tǒng)高液位控制閥主閥安裝在獨立于底閥的另一條管路上，在罐體內部設置液位限定浮子閥，當達到限定液位后，自動關閉防止冒油事故發(fā)生，不具備應急切斷保護，管路受損油料外泄。

我軍運加油裝備根據(jù)需要也加裝了帶快速切斷功能的底閥和高液位控制裝置，基本選用民用產(chǎn)品。為滿足部分特殊加油裝備需要，也開發(fā)了一些特種高液位控制閥，如圖3所示。由于軍隊運加油裝備在作業(yè)功能要求比民用運加油車更多、更完善，作業(yè)安全性要求更高，迫切需要功能更完善的可同時實現(xiàn)緊急切斷與高液位控制功能為一體的控制閥，滿足油料進出控制和高液位控制需要。

圖2 典型電控液位控制系統(tǒng)

圖3 裝甲運加油車用高液位控制閥

2 新型控制閥的優(yōu)點

1) 雙向緊急切斷高液位控制閥功能齊全、完備，技術優(yōu)勢明顯。

雙向緊急切斷高液位控制閥集成傳統(tǒng)底閥、高液位控制閥功能，同時具備管路應急切斷、超溫自動關斷和高液位保護功能，解決了傳統(tǒng)底閥與高液位控制閥功能單一，可有效防止運加油裝備事故管路受損油料外泄和裝油冒油事故發(fā)生，完善了運加油裝備的保護功能，增強了運加油裝備油料運輸與裝卸的安全性。

2) 雙向緊急切斷高液位控制閥可減少一條油料進出通道，優(yōu)化了運加油裝備工藝流程，增強運加油裝備可靠性、可維修性和經(jīng)濟性。

傳統(tǒng)運加油裝備為實現(xiàn)管路應急切斷保護、高液位保護等功能，在工藝流程上必須設置進出油兩條油料通道，分別安裝傳統(tǒng)底閥和高液位控制閥，如圖4所示為某類型加油車工藝流程，完成油料裝卸油作業(yè)。雙向緊急切斷高液位控制閥將傳統(tǒng)底閥和高液位控制閥功能集成為一體，一個閥門可取代傳統(tǒng)底閥和高液位控制閥兩個閥門，在工藝流程上減少了一條油料進出通道，減少了相應管路、閥門、接頭、連接部件和油罐開口，優(yōu)化了運加油裝備工藝流程，同時增強了裝備可靠性、可維修性，降低了裝備制造費用和后續(xù)維護費用[9]。圖5為采用雙向緊急切斷高液位控制閥后流程，該流程與傳統(tǒng)相比減少4個閥門，并且功能更完善。

1～9.球閥； 10.油罐； 11.高液位計 12.高液位控制閥； 13.排污閥； 14.氣控底閥； 15.地井軟管接頭； 16.油泵； 17.目測取樣器； 18.集油箱； 19.過濾分離器； 20.壓差計； 21.呆得曼控制手柄； 22.壓力流量應急控制器； 23.流量計； 24.文氏管； 25.蓄能器； 26、27.加油卷盤

圖4 某類型加油車工藝流程

圖5 某類型加油車采用雙向緊急切斷高液位控制閥后工藝流程

3 新型閥門關鍵技術

3.1 自動流向識別與氣液聯(lián)動控制技術

雙向緊急切斷高液位控制閥要實現(xiàn)進出油雙向控制，必須能夠判斷雙向緊急切斷高液位控制閥處于的工作狀態(tài)，根據(jù)判定工作狀態(tài)實施氣液聯(lián)動切換至相應工作狀態(tài)。控制閥兩項主要功能由同一主閥實現(xiàn)。兩種功能相互矛盾，既要保護裝油不冒油，管路關斷；又要能夠將管路打開卸油。需要研制一套自動流向識別與氣液聯(lián)動控制裝置完成功能切換。

自動流向識別與氣液聯(lián)動控制技術是控制閥功能實現(xiàn)和可靠工作的前提，要求自動流向識別與氣液聯(lián)動控制必須動作準確、穩(wěn)定、可靠。根據(jù)以上要求，自動流向識別與氣液聯(lián)動控制技術路線是在主閥前端設置流向識別導閥，流向識別導閥驅動氣動連鎖控制開關。氣動連鎖控制開關切換氣路，功能切換導閥動作實現(xiàn)功能轉換。功能切換導閥是實現(xiàn)兩種功能結合在一起的關鍵，功能切換導閥結構如圖6所示

功能切換導閥由閥體、活塞、閥芯等組成，主要與自動流向識別與氣液聯(lián)動控制裝置聯(lián)動開啟或關閉控制閥中腔泄壓流道，實現(xiàn)緊急切斷功能和高液位功能切換。

1.功能切換進氣口； 2.活塞； 3.控制閥中腔泄流流道(接浮子導閥)； 4.閥芯； 5.接控制閥中腔

圖6 功能切換導閥結構

功能切換導閥主要用于開啟或關閉控制閥中腔泄流流道，進行緊急切斷閥和高液位功能轉換。實現(xiàn)緊急切斷閥功能時，自動流向識別與氣液聯(lián)動控制裝置關閉功能轉換導閥進氣口，功能切換導閥液體泄壓流道關閉。實現(xiàn)高液位控制功能時，自動流向識別與氣液聯(lián)動控制裝置打開功能轉換導閥進氣口，功能切換導閥活塞推動閥芯打開泄壓流道，控制閥中腔泄壓流道打開。

3.2 開關阻尼緩沖與水擊防控技術

雙向緊急切斷高液位控制閥帶壓開關時，閥門突開壓力突降，造成壓力波動大，引起主閥頻繁開關發(fā)生水擊，因此需要對功能切換開關進行控制，防止水擊發(fā)生損壞設備。

通過雙小孔阻尼控制與輸送油料阻尼相結合控制閥門開關速度，防止水擊發(fā)生。通過變化差壓面積、合理控制彈簧彈力等措施，防止主閥頻繁開關。

3.3 誤操作安全保護聯(lián)動技術

閥門誤操作有可能發(fā)生冒油等事故發(fā)生，控制閥要求對卸油與裝油進行聯(lián)動安全保護，防止卸油時高液位保護功能缺失發(fā)生事故。

通過主閥啟閉閥桿與防倒流止回機構聯(lián)動，實現(xiàn)誤操作聯(lián)動保護。

3.4 一體式控制主閥研制

控制閥兩種主要功能共用同一主閥，主閥功能即要滿足應急切斷，又要能夠簡便打開裝卸油，還要實現(xiàn)高液位保護自動關閉。需要研制多功能實現(xiàn)、啟閉可靠的控制主閥。

一體式控制主閥采用差壓式結構形式，由內外兩個腔體組成，主閥芯安裝在內腔體內，通過建立與取消內腔壓力實現(xiàn)高液位控制功能。通過聯(lián)動氣缸油料雙向流動控制功能。

4 結論

雙向緊急切斷高液位控制閥可取代傳統(tǒng)底閥和高液位控制閥兩個閥門的作用，同時具備應急切斷、環(huán)境溫度超標自動關斷、油罐高液位保護功能。該控制閥已經(jīng)研制成功，目前正推廣到軍隊使用中。該底閥的出現(xiàn)可完善我軍運加油裝備油料運輸安全性和裝卸油安全性，降低由于油料外泄、冒油等引發(fā)的火災、環(huán)境污染等事故，同時也提高了裝備的維修性、可靠性和經(jīng)濟型性。

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(責任編輯 唐定國)

Development of the Application and the Key Problems of the Foot Valves on the Military Petrol Transport

HAN Kai， ZHANG Qixin， ZHANG Zanlao

(Department of Petroleum Supply Engineering, Logistics Engineering University, Chongqing 401331, China)

Based on the fact of increasing leakage accidents of the petrol transport in recent years， new corresponding policies have been formulated by many countries. Since the original petrol transport has no longer adapted to the present security situation, a new control valve has become a growing trend with functions of bidirectional emergency switching-off, automatic turn-off under over-temperature and high-level protection. Thus, this dissertation will discuss the advantages of the new equipment and the existing problems of the present research and relevant solutions in order to provide theoretical help to technicians, in hopes of enhancing the safety of hazardous chemicals transportation, reducing accidents and promoting the development of the Chinese army on the field of chemicals transporting.

transport and refueling equipment; foot-valve; high level protection; emergency switching-off

2017-02-23；

2017-04-15

韓凱(1992—)，男，碩士研究生，主要從事油氣儲運裝備研究。

張起欣(1975—)，男，講師，主要從事油氣儲運方面研究。

10.11809/scbgxb2017.08.020

format:HAN Kai，ZHANG Qixin，ZHANG Zanlao.Development of the Application and the Key Problems of the Foot Valves on the Military Petrol Transport[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(8):86-89.

U469

A

2096-2304(2017)08-0086-04

本文引用格式：韓凱,張起欣,張贊牢.軍用運加油車底閥的設計和應用[J].兵器裝備工程學報，2017(8):86-89.