JT/T 1332《粉粒物料運輸半掛車》標準解讀

朱學平

蕪湖中集瑞江汽車有限公司 安徽蕪湖 241000

1 前言

粉粒物料運輸半掛車[1]又稱粉罐半掛車，在國內發展的歷史已有約30年[2]。然而，目前與粉粒物料運輸半掛車相關的標準不夠完善，QC/T 560-2010《散裝水泥車技術條件及性能試驗方法》及SY/T 5439-2003《下灰車》標準對粉粒物料運輸半掛車的設計、制造及檢驗缺乏足夠的指導，并且上述標準涉及的粉粒物料種類單一。在實際生產中，粉粒物料運輸半掛車運輸的物料很廣泛，而且隨著經濟的不斷發展、環境治理的日益嚴格，以及粉粒物料運輸車技術的發展，可以實現散裝運輸的粉粒物料種類不斷增加，導致目前缺少與粉粒物料運輸半掛車相適應的的標準。

2 主要內容解讀

2.1 適用范圍

JT/T 1332-2020《粉粒物料運輸半掛車》適用于裝運介質為粉粒物料、罐體由金屬材料制造、卸料工況時額定工作壓力為0.2 MPa、其他工況時罐體內部壓力為零的半掛車；其他粉粒物料運輸車可參照執行。

“罐體由金屬材料制造”涵蓋絕大多數粉粒物料適用范圍，據了解目前國內還未出現非金屬材料罐體的粉粒物料運輸半掛車。而國外已有的非金屬材料的粉粒物料運輸半掛車技術要求、試驗方法、檢驗規則與金屬材料大不相同，不是本標準討論的范疇。

“卸料工況時額定工作壓力為0.2 MPa”與歐洲標準一致，符合國情，基本適應國內的生產和儲存條件。額定工作壓力的增大，車輛的制造成本、綜合營運成本、氣力輸送的能耗都明顯增加；壓力增大，車輛重量增大，制造成本增加更多，空壓機成本和能耗也大幅增加；同時實際裝載量減少，管道磨損加快，經濟性明顯下降。

粉粒物料運輸車與地面物料塔實際是一個氣力輸送系統，經濟、可靠、維護方便為首要選擇。壓力加大的好處是輸送速度可以加快，輸送行程可以加大，物料塔高度相應可以增高。在工程實踐中，卸料時額定工作壓力為0.2 MPa，能夠較好地平衡粉粒物料運輸車和物料塔之間的關系，達到系統經濟效益最大化。對粒物料運輸半掛車工作壓力的規范，同時也是對使用散裝粉粒物料企業單位物料塔的技術參數進行規范。

“其他工況時罐體內部壓力為零的半掛車”明確規定了非卸料工況壓力，與移動式壓力容器的定義區分開。粉粒物料運輸半掛車從法規監管層面來看，不屬壓力容器，應嚴格區分。

“其他粉粒物料運輸車可參照執行”，指單車型粉粒物料運輸車可參照執行。額定工作壓力大于0.2 MPa，或非工作工況時罐體內部有壓力的粉粒物料運輸車，必須執行相應的標準和驗收規則，本標準僅可作為參考。

2.2 物料范圍

粉粒物料指適合于正壓氣力輸送，含水量不大于14%的粉末或粒徑不大于3.3 mm的顆粒。

根據《粉粒體氣力輸送設計手冊》（全國化工化學工程設計技術中心站、全國化工粉體工程設計技術中心站出版），物料的粒度分為四類[3]：

a.粉末狀：粒徑小于0.147 mm；

b.粉粒狀：粒徑小于3.3 mm；

c.顆粒狀：粒徑小于12.7 mm；

d.塊狀：粒徑大于12.7 mm。

為了確定氣力輸送的可行性和經濟性，確定相適應的車型及卸料方式，明確提出了含水量范圍和粒徑。在工程實踐中，面粉含水量最大可達14%。因此對粉粒物料運輸半掛車所運輸的介質“粉粒物料”進行了定義，為“適合于正壓氣力輸送，含水量不大于14%的粉末或粒徑不大于3.3 mm的顆?！?。含水量大于14%或粒徑大于12.7 mm塊狀物體，氣力輸送的經濟性差，一般不選擇氣力輸送。粒徑大于3.3 mm的顆粒，由于空隙率大，其輸送特性差異性大，暫時沒有納入本標準范圍內。因此，對粉粒物料運輸半掛車所運輸的介質“粉粒物料”進行了定義，為“適合于正壓氣力輸送，含水量不大于14%的粉末或粒徑不大于3.3 mm的顆?！?。

然而，在國內外的工程實踐中，立式、舉升式粉粒物料運輸半掛車所能運輸的飼料、機制砂等顆粒料的粒徑大于3.3mm，本標準對粉粒物料運輸半掛車所運輸的“粉粒物料”定義范圍相對偏小、偏狹隘。

2.3 粉粒物料運輸半掛車的定義及分類

本標準對粉粒物料運輸半掛車進行了定義，并將粉粒物料運輸半掛車按罐體結構及卸料方式分為臥式、立式、舉升式粉粒物料運輸半掛車：

粉粒物料運輸半掛車——裝運介質為粉粒物料，一般由罐體、安全附件、管道、氣源、行走機構組成，可實現正壓氣力輸送的半掛車。

臥式粉粒物料運輸半掛車——罐體底部設有流化床，流化床平面與水平面的夾角介于粉粒物料的安息角和臨界流化角度之間，依靠流態化向卸料口流動（懸浮型）卸料的粉粒物料運輸半掛車。

立式粉粒物料運輸半掛車——罐體下部為錐體，錐體與水平面的最小夾角大于粉粒物料的安息角、內摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，依靠重力向卸料口流動（重力型）卸料的粉粒物料運輸半掛車。

舉升式粉粒物料運輸半掛車——罐體可舉升，卸料時罐體的舉升角度大于粉粒物料的安息角、內摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，依靠重力向卸料口流動（重力型）卸料的粉粒物料運輸半掛車。

GB/T 17350-2009《專用汽車和專用掛車術語、代號和編制方法》對低密度、中密度、高密度粉粒物料運輸半掛車的定義為“裝備有專用裝置，采用壓縮空氣使粉粒物料流態化后，通過管道輸送到一定的距離和高度，用于運輸堆積密度≤700 kg/m3、700＜堆積密度≤1 200 kg/m3、堆積密度＞1 200 kg/m3粉粒物料介質的罐式專用汽車”[4]。然而按堆積密度大小對粉粒物料運輸半掛車定義不能一目了然地區分車輛類型，按車輛結構分為臥式、立式、舉升式粉罐半掛車（如圖1～圖4）更為合理。歐洲對臥式、立式、舉升式粉粒物料運輸半掛車描述為“banana silo semi-trailers”、“silo semi-trailers non tipping”、“tipping silo semi-trailers”類型。由于臥式粉粒物料運輸半掛車適用運輸的粉粒物料范圍少以及殘余率偏高等原因，在發達國家臥式粉粒物料運輸半掛車已基本被淘汰。

圖2 鋁合金臥式單倉粉粒物料運輸半掛車

圖3 立式粉粒物料運輸半掛車

圖4 舉升式粉粒物料運輸半掛車

本標準在對粉粒物料運輸半掛車的定義中，提到了臨界流化角、安息角、內摩擦角、壁面摩擦角，其釋義分別如下。

a.臨界流化角：臨界流化角特指標準工況下，穿過流化床的氣流速度達到粉粒物料的臨界流化速度，粉粒物料處于臨界流化狀態，類似沸騰液體具有了流動性。流化床傾斜使臨界流化狀態的粉粒物料向下流動。當向下流動量穩定，且達到平均卸料速度時，流化床與水平面的夾角。臨界流化角度是臥式粉粒物料運輸半掛車的主要特征技術參數，是對空氣流量、流化床特征性能、流化床面積、流化床傾角的綜合要求，一般需要試驗測試確定。臨界流化速度按下式[5]進行計算：

式中，ds為粉狀介質的顆粒直徑，m；ρs為設計溫度、設計壓力下粉粒物料的真實密度，kg/m3；ρg為設計溫度、設計壓力下氣體的密度，kg/m3；η為氣體的動力黏度，Pa·s。

b.安息角：指散體堆積層的自由表面在靜止平衡狀態下，與水平面形成的最大角度。

c.內摩擦角：指粉粒物料顆粒相互間的摩擦角。

d.壁面摩擦角：指飛粉粒物料與壁面間的摩擦角。

對于一般流化性能較好的粉粒物料，安息角、內摩擦角、壁面摩擦角中，安息角最大。所以一般生產單位都忽視了內摩擦角、壁面摩擦角的測定，忽視了內摩擦角、壁面摩擦角對粉粒物料氣力輸送速度和剩余率的影響，甚至造成粉粒物料運輸車專項性能不理想，不適用。

2.4 罐體計算壓力

粉粒物料運輸半掛車的額定工作壓力為0.2 MPa，罐體的計算壓力應不小于1.3倍額定工作壓力。

額定工作壓力、計算壓力的確定參考了歐洲SPITZER、FFB的立式、舉升式粉粒物料運輸半掛車技術規范，及QC/T 560《散裝水泥車技術條件及性能試驗方法》，明確額定工作壓力（Operating pressure）為0.2 MPa，試驗壓力（Test pressure）為0.3 MPa[6]。同時根據NB/T 47003.1《鋼制焊接常壓容器》試驗壓力與設計壓力之間的關系[7-8]：

p氣壓試驗=1.15p設計

p液壓試驗=1.25p設計

建立設計壓力與額定工作壓力的關系：要求計算壓力應不小于1.3倍的額定工作壓力。同時符合ADR（危險貨物國際道路運輸歐洲公約）[6]對罐體設計代碼為“G”類粉粒物料運輸罐車的罐體計算壓力要求[9]。

2.5 卸料性能

平均卸料速度分別用體積流量和質量流量描述。粉粒物料運輸半掛車的卸料性能和剩余率宜滿足如下要求：在垂直高度15 m，水平距離5 m，上下部連接彎頭半徑為6倍管道直徑，額定工作壓力為0.2 MPa的條件下，平均卸料速度不小于1.3 t/min或1.1 m3/min；臥式粉粒物料運輸半掛車剩余率不大于0.3%，立式、舉升式粉粒物料運輸半掛車剩余率不大于0.1%。

參考QC/T560《散裝水泥車技術條件及性能試驗方法》4.2中要求“在垂直高度15m，水平距離5 m，工作壓力為0.2 MPa的條件下，平均卸料速度應不小于1.2 t/min，剩余率不大于0.3%”，同時根據工程實踐，提出粉粒物料運輸半掛車的卸料性能和剩余率宜滿足如上要求。給定試驗輸送管道尺寸參數，是為了在同一工況條件下有可比性。明確彎頭的曲率半徑，是因為彎頭的曲率半徑大小對卸料效果影響很大。

由于粉粒物料的多樣化，不同粉粒物料的氣力輸送特性差異很大，特別是堆積密度的差異，很難用同一量綱的平均卸料速度作要求，選擇質量流量和體積流量來表達，主要是區分不同堆積密度的粉粒物料。一般對于堆積密度大于等于1.2 t/m3的物料，宜用質量流量，對于堆積密度小于1.2 t/m3的物料，宜用體積流量。

不同的粉粒物料不僅堆積密度不同，其含水量、含油量、顆粒粒徑、顆粒形狀、粘度等氣力輸送特征參數都不相同，其經濟的平均卸料速度因此也不同，故對平均卸料速度不作強制性要求，有利于粉粒物料運輸半掛車的發展。

受臥式、立式、舉升式粉粒物料運輸半掛車罐體結構及卸料方式的影響，不同結構的粉粒物料運輸半掛車卸料后的剩余率不同。故給出臥式粉粒物料運輸半掛車物料剩余率不大于0.3%，立式、舉升式粉粒物料運輸半掛車物料剩余率不大于0.1%。

2.6 罐體強度試驗

罐體強度試驗壓力為1.5倍額定工作壓力；罐體在1.5倍額定工作壓力下持續5 min，不得損壞或發生永久變形。

QC/T 560《散裝水泥車技術條件及性能試驗方法》4.2中要求“工作壓力為0.2 MPa”，4.3.5中要求“罐體在1.5倍的工作壓力下持續5min，不得損壞或發生永久變形”。本標準中額定工作壓力為0.2 MPa，同時參考了歐洲SPITZER、FFB的立式、舉升式粉粒物料運輸半掛車技術規范中的試驗壓力，故對QC/T 560的要求進行擴展，將其適用范圍擴大到粉粒物料運輸半掛車。

2.7 罐體密封性能試驗

半掛車氣密性試驗壓力為額定工作壓力；罐體和管道在達到額定工作壓力、停止供氣5 min后，其氣壓的降低值應不大于15 kPa。

QC/T 560《散裝水泥車技術條件及性能試驗方法》4.2中要求“工作壓力為0.2 MPa”，4.3.4中要求“罐體總成和氣路系統，在工作壓力達到0.2 MPa、停止供氣5 min后，其氣壓的降低值應不大于15 kPa”，本標準中額定工作壓力為0.2 MPa，故對QC/T560的要求進行擴展，將其適用范圍擴大到粉粒物料運輸半掛車。

2.8 安全附件

粉粒物料運輸半掛車安全附件包括人孔總成、安全泄放裝置、壓力表等。針對目前市場上出現的人孔總成，其耐壓能力有高有低，沒有統一的標準，而實際使用過程中，經常會出現人孔總成失效，造成安全事故的情況，為了確保正常卸料過程的安全性，提出人孔蓋的耐壓能力不應小于0.4 MPa，且設置有防止誤操作的安全保護。

根據市場調研，目前市場上各廠家主要配置微啟式安全閥，微啟式安全閥在超壓情況下只能起到報警作用，而全啟式安全閥可以起到大流量泄放，罐體壓力升高在控制范圍內，因此為了確保正常卸料過程的安全性，提出粉粒物料運輸半掛車應配置全啟式安全閥，且公稱通徑不應小于DN40 mm，安全閥的整定壓力取額定工作壓力的1.05～1.1倍。

3 結語

用于運輸散裝粉粒物料介質，裝備有專用裝置，通過充入壓縮氣體使罐體內的粉粒物料流態化，再經管道輸送到一定距離和高度，卸料到指定的容器或場地的罐式運輸半掛車稱之為粉粒物料運輸半掛車。因此，粉粒物料運輸半掛車的罐體計算壓力、罐體強度、密封性能、卸料性能、安全附件等至關重要。車輛的合規性設計、制造非常必要，它不僅顯示了粉罐設計師、制造者對企業負責任的態度，更是企業對社會負責任的表現。