危險化學品罐式車輛常壓罐體緊急泄放在線校驗裝置設計

曹志峰 白海青 賈德林

（1.東營市特種設備檢驗研究院 東營 257091）

（2.山東聯安特種設備檢測有限公司 東營 257091）

全國在用危險化學品運輸常壓罐體車輛超過18萬臺,對于保障國內生產生活正常運轉發揮了巨大作用,但一旦發生事故造成風險極大,因此,緊急泄放裝置至關重要。目前危險化學品常壓罐體緊急泄放裝置校驗,主要采用離線方式,需要將緊急泄放裝置從罐體上拆除,但部分緊急泄放裝置上有內置式呼吸閥,需將內置式呼吸閥拆除并盲死原連接孔,再利用相關設備進行檢驗,工作難度大、效率低、成本高；且人孔蓋復原時需有專業安裝技術人員指導,以免對罐體密封性造成影響[1]。而緊急泄放裝置采用在線方式檢驗時,需要配置氣源、氣包、封堵呼吸閥,操作不方便[2]。為解決上述問題,本文研究提出了一種緊急泄放裝置的在線檢驗方法,采用更精準設備,意在提高檢驗準確性和檢驗效率。

1 緊急泄放裝置結構及校驗必要性

1.1 緊急泄放裝置結構

緊急泄放裝置集成在人孔蓋上,工作原理是當罐內因作業等失誤或外部火情等問題導致的緊急情況所造成的罐內壓力積聚失衡時,緊急泄放裝置的閥盤受到垂直方向向外作用力,閥蓋開啟泄壓,當壓力下降時閥瓣回座密封。緊急泄放裝置的位置及結構見圖1。

圖1 緊急泄放裝置的位置及結構

1.2 裝設要求及校驗的必要性

●1.2.1 裝設及校驗要求

GB 18564.1—2019《道路運輸液體危險貨物罐式車輛 第1部分：金屬常壓罐體技術要求》中6.2.1.9條規定 ：“當罐體設計代碼第四部分為V或F時,罐體應設置緊急泄放裝置,緊急泄放裝置的動作壓力應大于或等于罐體設計壓力的1.05倍,且大于或等于0.02 MPa。罐體的每一分倉至少設置1個緊急泄放裝置”[3]。

GB 18564.1—2019中附錄D 在用檢查中D.2.5.1條規定了校驗包括外觀檢驗和性能校驗,要求如下：

“a）檢驗銘牌和鉛封,核實型式、型號、喉徑、公稱壓力、制造單位等；

“b）安全閥、呼吸閥和緊急泄放裝置應每年進行校驗；

“c）檢查爆破片裝置,查驗是否按期更換。”[3]

QC/T 1065—2017《道路運輸易燃液體危險貨物罐式車輛人孔蓋》中4.6.2條規定：人孔蓋緊急泄放壓力值應為21～35 kPa[4]。

●1.2.2 校驗的必要性

緊急泄放裝置是常壓危險品罐車安全泄放裝置的一種,在罐體壓力突然升高（如罐體側翻）而呼吸閥來不及泄放罐體內壓力時開啟,以防止罐體內部出現超壓,導致罐體破壞。為此,《交通運輸部 工業和信息化部 公安部 市場監管總局關于印發常壓液體危險貨物罐車治理工作方案的通知》（交運發〔2021〕35號）規定,“罐體檢驗機構應嚴格按照GB 18564.1—2019的要求,對在用罐車的罐體進行檢驗并出具定期檢驗報告（定期檢驗報告應列明GB 18564.1—2019中附錄D列明的所有項目）,檢驗結論為合格的出具定期檢驗合格證書。”[5]

2 在線校驗裝置

2.1 現有的校驗裝置

●2.1.1 離線校驗裝置

將人孔蓋上24個螺栓擰下來,盲死緊急泄放裝置上的呼吸閥,在固定式校驗裝置上用棘爪夾緊人孔蓋,緊急泄放裝置被壓緊在氣缸上,通過操控臺加壓來測試緊急泄放裝置的密封壓力、開啟壓力。該類型的裝置測量密封壓力、開啟壓力較為方便,但拆卸多達24個螺栓較為煩瑣,而且容易造成螺栓滑絲、多次拆卸后密封不良等情況,不適用于大批到期車輛集中定期檢驗。

●2.1.2 在線校驗裝置

雷勝軍[6]在2017年提出了一種常壓罐車緊急泄放裝置在線校驗裝置,該裝置由氣源、壓力控制系統、校驗氣包和堵頭4部分組成。校驗裝置的結構和原理如圖2所示。

圖2 在線校驗裝置圖

壓力控制系統由1只進氣閥、1只放氣閥、2只壓力調節旋鈕和1只精度為0.1 kPa的電子壓力表組成。2只壓力調節閥形成2個校驗回路：校驗回路1上的壓力調節旋鈕將壓力限定在21 kPa,校驗回路2上的壓力調節旋鈕將壓力限定在35 kPa。

校驗時打開緊急泄放裝置,卸掉小蓋上的呼吸閥,將檢驗氣包放入泄放孔內；裝上堵頭,接好氣管；打開卡緊回路進氣閥,卡緊裝置通入壓縮空氣,氣包卡緊在泄放孔上,卸掉掛桿,將緊急泄放裝置復位；打開校驗回路1,充氣,校驗氣包內壓力逐步上升,當壓力升到21 kPa時,停止進氣,觀察壓力能否保持,如果在1 min內壓力無下降,說明整個回路密封良好,緊急泄放裝置沒有動作；切換到校驗回路2,充氣使壓力繼續上升,如果壓力沒有達到35 kPa就不再上升,說明緊急泄放裝置已經泄漏,此時停止進氣,緊急泄放裝置繼續泄漏,當壓力下降到某一值不再下降時,此時顯示的壓力即為緊急泄放裝置的密封壓力。當壓力持續上升到35 kPa時停止進氣,如果壓力不下降,說明緊急泄放裝置沒有泄漏,緊急泄放裝置不合格,需要重新調整泄放壓力。

該校驗裝置需要配備氣源、卸掉呼吸閥,操作煩瑣,無法測量緊急泄放裝置的開啟壓力,僅能判斷緊急泄放裝置的開啟壓力是否在21～35 kPa。

2.2 新型校驗裝置

●2.2.1 新型校驗裝置的結構及關鍵技術

該新型在線校驗設備,由上夾板、下夾板、數顯高度指示表、高精度位移滑臺、手動液壓泵、液壓頂、數顯壓力表、支撐桿等組成,新型校驗裝置結構見圖3、實物見圖4。

圖3 新型校驗裝置的結構圖

圖4 新型校驗裝置的實物圖

新型校驗裝置的關鍵技術在于：校驗裝置下夾板裝有數控位移滑臺,并連接數顯高度指示表,能夠校驗裝置移動及與緊急泄壓裝置接觸的自動化控制,同時數顯結果更加精確；上夾板安裝液壓頂,在其尾端加裝了快接頭,用于連接手動液壓泵的高壓油管母接頭,并且上夾板兩端均設置有手輪,可以移動調節支撐桿之間的距離,以便套入被檢緊急泄放裝置進行固定及鎖緊,提高效率；加壓泵一端加裝了數顯壓力表,內置高精度壓力傳感器,提高測試結果準確性。

●2.2.2 新型校驗裝置試驗步驟

1）將上下夾板使用絲杠連接,兩夾板間所有部件間最小距離應大于帶測件高度,上安裝板處安裝手柄螺母。將檢測儀套在緊急泄放裝置上。旋動手柄螺母使上下夾板頂緊緊急泄放裝置（力度適中,不用太緊）；

2）打開數顯高度指示表,調整高精度位移滑臺將數顯高度指示表頂在緊急泄放裝置上,當數顯高度指示表讀數為0.5～1.5 mm之間時停止調整位移滑臺；將數顯高度指示表置零；

3）將手動液壓升壓儀開關順時針擰到頭（順時針旋動表示開始加壓,逆時針旋動表示開始泄壓）,打開數顯壓力表開關；

4）按壓液壓升壓儀手動加壓；

5）當緊急泄放裝置開啟高度0.5～1.5 mm時停止升壓（具體開啟高度視情況而定,一般情況開啟0.5 mm表示緊急泄放裝置已經開始泄壓,開啟高度0.5～1.0 mm時表示緊急泄放裝置已達到整定泄壓高度）；

6）保壓一定時間（一般保壓時間不少于5 s,為便于數據修正,保壓時間請選擇5 s、10 s、15 s、20 s、25 s、30 s任一時間）；

7）記錄數顯壓力表值、數顯高度指示表數值、保壓時間。

●2.2.3 新型校驗裝置開啟壓力計算

千斤頂和緊急泄放裝置小蓋相互接觸,依據F=PS,得式（1）：

式中：

P1——緊急泄放裝置開啟壓力,kPa；

P2——加壓裝置表壓力,kPa；

P3——加壓裝置（液壓千斤頂）自身回彈彈簧產生的壓力,kPa；

S1——緊急泄放裝置開啟部分受力面積（一般緊急泄放裝置開啟部分直徑為250～252 mm）,mm2；

S2——加壓裝置受力面積（本裝置裝配的千斤頂直徑固定為45 mm）,mm2。

其中：P2由加壓泵上的壓力表讀取；P3為液壓千斤頂自帶彈簧在不同開啟高度H1下的回彈壓力,該壓力值由液壓千斤頂在空載狀態下試驗獲得,分別為千斤頂開啟高度H1為0.50 mm、1.00 mm、1.50 mm、3.00 mm......6.00 mm下的壓力值（裝置選配的千斤頂最高行程為11 mm,一般緊急泄放裝置開啟高度不超過3 mm,預緊行程不超過2 mm,因此千斤頂開啟高度大于6 mm的彈簧彈力值無實際意義）,H1-P3對照表見表1。當開啟高度介于2個試驗記錄的高度值之間時,按照線性比例折算。

表1 H1-P3對照表

如H1=2.25 mm,P3=468+（523-458）/(2.50-2.00)×（2.25-2.00）kPa=500.5 kPa。

緊急泄放裝置預緊行程H2,可以通過緊急泄放裝置的一次開啟或關閉來測量其值。

為計算方便,可將加壓泵通徑、緊急泄放裝置通徑等基本參數及加壓泵壓力、緊急泄放裝置開啟高度等測試過程讀取的數據輸入到緊急泄放裝置輔助計算軟件中,點擊開始計算按鈕計算出緊急泄放裝置泄放壓力值,軟件界面見圖5。

圖5 輔助計算軟件界面

3 校驗裝置應用效果對比

通過對同一緊急泄放裝置在固定式校驗裝置和該新型檢驗裝置測量數據對比,測量誤差僅為1.09%,說明該裝置測量的數據具有可靠性,測量數據見表2,相對誤差計算見式（2）。

表2 固定式校驗裝置與該新型校驗裝置對比數據

相對誤差用式（2）計算：

4 結束語

與現有技術相比,該在線緊急泄放校驗裝置,通過使用液壓泵進行加壓,達到一定壓力時使得緊急泄放裝置開啟,通過高精度位移滑臺控制數顯高度指示表與緊急泄放裝置有效接觸,高精度數顯高度指示表能精確反饋緊急泄放裝置開啟高度,從而達到緊急泄放裝置檢驗檢測的效果。