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(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津 300112)

汽車罐車是運(yùn)輸液化石油氣、液化天然氣及液氨等介質(zhì)的重要工具，汽車罐車內(nèi)充裝的介質(zhì)大都是易燃、易爆、有毒、有害的化學(xué)危險(xiǎn)品，一旦發(fā)生泄漏必須立即采取措施防止事故擴(kuò)大和蔓延，為此汽車罐車上均配置了緊急切斷裝置。按照預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，緊急切斷裝置可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，控制方式有機(jī)械、氣壓或液壓等，在發(fā)現(xiàn)介質(zhì)泄漏時(shí)可以快速閉止，或在發(fā)生火災(zāi)或者介質(zhì)的流量超過額定值時(shí)自動(dòng)閉止。而實(shí)際上，緊急切斷裝置的功能在使用一段時(shí)間后會(huì)逐漸變差，成為汽車罐車安全運(yùn)行中的隱患。

文中對(duì)汽車罐車定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一些常見緊急切斷裝置問題，結(jié)合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和實(shí)施情況進(jìn)行探討。

1 常見汽車罐車緊急切斷閥配置要求及安裝類型

1.1 緊急切斷閥配置要求

汽車罐車屬于移動(dòng)式壓力容器。按照TSG R0005—2011《移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]的要求 ，充裝易燃、易爆及毒性程度為中度危害以上(含中度危害)類介質(zhì)的移動(dòng)式壓力容器，均應(yīng)配置緊急切斷裝置。汽車罐車的緊急切斷裝置主要由緊急切斷閥、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、過流控制閥及易熔合金塞組成。

1.2 緊急切斷閥安裝類型

液化氣體汽車罐車和冷凍液化氣體汽車罐車是最常見的2類汽車罐車。液化氣體汽車罐車常見緊急切斷閥結(jié)構(gòu)形式見圖1，這種結(jié)構(gòu)與液化氣體汽車罐車的單層結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，以法蘭連接形式安裝在罐車的筒體上。

圖1 液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥結(jié)構(gòu)形式

冷凍液化氣體汽車罐車常見緊急切斷閥結(jié)構(gòu)形式見圖2，這種結(jié)構(gòu)與冷凍液化氣體汽車罐車的夾套型結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，采用焊接形式安裝在罐車的管路系統(tǒng)中。

圖2 冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥結(jié)構(gòu)形式

2 汽車罐車定期檢驗(yàn)常見緊急切斷裝置問題

汽車罐車定期檢驗(yàn)中常見的緊急切斷裝置問題主要包括密封面損壞、拉繩故障、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)不穩(wěn)定及手輪操作錯(cuò)誤。

2.1 液化氣體汽車罐車

某公司33臺(tái)液化氣體汽車罐車充裝介質(zhì)為液化石油氣，2019年在天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院接受定期檢驗(yàn)。檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，所有汽車罐車上的緊急切斷閥均有損壞，損壞集中在密封面上，密封面受損的過流閥瓣見圖3，密封面受損的先導(dǎo)式閥桿見圖4。另外，檢查時(shí)還發(fā)現(xiàn)緊急切斷閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的拉繩故障率較高，存在腐蝕、生銹甚至斷裂的情況。

圖3 受損的過流閥瓣處密封面

圖4 受損的先導(dǎo)式閥桿密封面

緊急切斷閥內(nèi)部附著有液化石油氣殘?jiān)?，閥桿外表面腐蝕嚴(yán)重，罐內(nèi)存在大量殘?jiān)?，外觀與閥體內(nèi)部附著殘?jiān)嗤８鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)斷定，緊急切斷閥損壞是大量介質(zhì)殘?jiān)鼪_蝕、腐蝕造成。

2.2 冷凍液化氣體汽車罐車

為保證冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥密封良好，閥瓣上鑲有非金屬密封圈，通過壓板及全金屬自鎖螺母緊固[2]。但在檢驗(yàn)充裝液化天然氣的冷凍液化氣體汽車罐車時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分罐車緊急切斷閥的密封性能不好，拆解后進(jìn)一步確定是非金屬密封面損壞。冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷裝置的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通常采用氣動(dòng)形式，在檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)氣源氣壓不穩(wěn)、管路氣密性不好等情況導(dǎo)致緊急切斷閥無法動(dòng)作，部分罐車的緊急切斷閥在進(jìn)行切斷試驗(yàn)時(shí)有卡阻現(xiàn)象。另外由于緊急切斷閥頂部設(shè)置有手輪，設(shè)計(jì)意圖是在緊急情況下使用手輪打開緊急切斷閥，但操作人員經(jīng)常將緊急切斷閥手輪打開，導(dǎo)致緊急切斷閥形同虛設(shè)。

3 汽車罐車緊急切斷裝置檢出故障分析

3.1 制造

根據(jù)GB/T 22653—2008《液化氣體設(shè)備用緊急切斷閥》[3]，過流閥的閥瓣可選用碳素鋼鍛件制造，也可選用不銹鋼鍛件制造。先導(dǎo)式閥桿應(yīng)選用不銹鋼制造，其表面應(yīng)經(jīng)熱處理，也可用碳素鋼制造。其表面應(yīng)鍍鎳磷合金，硬度不低于874 HV。出廠進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)檢查先導(dǎo)式閥桿密封面和過流閥密封面是否有滲漏[3]，這說明制造中對(duì)先導(dǎo)式閥桿和過流閥瓣已有重點(diǎn)關(guān)注。

3.2 試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 24918—2010《低溫介質(zhì)用緊急切斷閥》[4]，緊急切斷閥在空載下啟閉2 000次后應(yīng)能夠達(dá)到性能要求。這條規(guī)定可以解讀為，緊急切斷閥連續(xù)反復(fù)進(jìn)行啟閉操作試驗(yàn)的條件和性能要求僅涉及在空載條件下，性能要求包括操作性能、密封性能、殼體強(qiáng)度、緊急切斷時(shí)間、耐振動(dòng)、超溫關(guān)閉、自然閉止、防靜電等，其中操作性能具體要求為動(dòng)作靈活、無卡阻、無爬行現(xiàn)象。

3.3 使用

汽車罐車實(shí)際檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，緊急切斷閥出現(xiàn)各種問題通常發(fā)生在汽車罐車投用1 a或數(shù)年之后，這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的空載條件與液化氣體汽車罐車的實(shí)際工況相差較大，實(shí)際工況下緊急切斷閥內(nèi)部有介質(zhì)甚至夾雜物，比空載運(yùn)行條件差很多，所以緊急切斷閥的實(shí)際使用壽命會(huì)比試驗(yàn)使用壽命短。

3.4 監(jiān)管

TSG R0005—2011第9.5條規(guī)定，充裝易燃、易爆介質(zhì)以及毒性程度為中度危害以上(含中度危害)類介質(zhì)的移動(dòng)式壓力容器，其罐體的液相管、氣相管接口位置應(yīng)當(dāng)分別裝設(shè)一套緊急切斷裝置，緊急切斷裝置應(yīng)當(dāng)動(dòng)作靈活、性能可靠、便于檢修，緊急切斷閥閥體不得采用鑄鐵或者非金屬材料制造；緊急切斷閥與罐體液相管、氣相管的接口，應(yīng)當(dāng)采用螺紋、焊接或者法蘭的連接形式；一般液化氣體汽車罐車均設(shè)置有緊急切斷閥，采用法蘭連接形式與筒體相連。此規(guī)定在執(zhí)行過程中存在多方面問題。

3.4.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沖突

目前對(duì)充裝液氧、液氮、液氬的冷凍液化氣體汽車罐車未強(qiáng)制要求設(shè)置緊急切斷閥，僅要求充裝液化天然氣的冷凍液化氣體汽車罐車全部設(shè)置緊急切斷閥。設(shè)置的緊急氣動(dòng)閥采用焊接形式布置在管路中，造成冷凍液化氣體運(yùn)輸半掛車用緊急切斷閥無法拆卸，因此無法完整地檢驗(yàn)緊急切斷閥的性能，這與TSG R7001—2013《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》[5]要求對(duì)緊急切斷裝置進(jìn)行解體檢驗(yàn)的規(guī)定相沖突。

3.4.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定落實(shí)難

(1)性能試驗(yàn)方面 國內(nèi)大部分檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)僅通過外觀檢查和解體檢查對(duì)緊急切斷閥進(jìn)行檢驗(yàn)，無法進(jìn)行性能試驗(yàn)[6]。為了解決檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求與檢驗(yàn)實(shí)踐的矛盾，部分檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和研究機(jī)構(gòu)自行研制了緊急切斷閥校驗(yàn)設(shè)備。廣東省特檢院研制的校驗(yàn)設(shè)備可以對(duì)緊急切斷閥過流性能進(jìn)行校驗(yàn)[7]，福州大學(xué)研制的基于 RS485 總線分布式緊急切斷閥新型校驗(yàn)系統(tǒng)能夠完成緊急切斷閥的切斷時(shí)間和過流切斷性能的校驗(yàn)[8]，天津特檢院的緊急切斷閥校驗(yàn)系統(tǒng)可以對(duì)閥門密封性能、耐壓性能、切斷時(shí)間和過流性能進(jìn)行校驗(yàn)[9-10]。這些校驗(yàn)設(shè)備可以完成規(guī)程要求的性能校驗(yàn)，但是由各家機(jī)構(gòu)自行研制，無相應(yīng)的國家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)TSG Z7001—2004《特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)規(guī)則》[11]，開展汽車罐車定期檢驗(yàn)需要具備緊急切斷閥校驗(yàn)裝置，但在無國家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的情況下，如何保證校驗(yàn)裝置的檢驗(yàn)質(zhì)量值得探討。

(2)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面 為防止在發(fā)生碰撞、火災(zāi)等事故時(shí)緊急切斷閥受損，保證罐內(nèi)介質(zhì)不發(fā)生泄漏，TSG R0005—2011規(guī)定，緊急切斷閥及其安裝基座應(yīng)當(dāng)?shù)玫奖Ｗo(hù)，以防被外力損壞；緊急切斷裝置應(yīng)當(dāng)具有能夠提供獨(dú)立的開啟或者閉止切斷閥瓣的動(dòng)力源裝置(手動(dòng)、液壓或者氣動(dòng))，其閥門和罐體之間的密封部件必須置于罐體內(nèi)部或者距離罐體焊接法蘭(凸緣)外表面的25 mm處，碰撞受損的緊急切斷閥不能影響閥體內(nèi)部的密封性。GB/T 19905—2017《液化氣體汽車罐車》[12]和NB/T 47058—2017《冷凍液化氣體汽車罐車》[13]均規(guī)定罐體的裝卸口處的緊急切斷閥在非裝卸狀態(tài)時(shí)應(yīng)處于閉合狀態(tài)，在罐車發(fā)生意外移動(dòng)或發(fā)生火災(zāi)時(shí)應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉，且能通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)閉。緊急切斷閥操縱裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)能防止任何由于沖擊或其他疏忽而引起的意外開啟，在操縱裝置一旦損壞的情況下，緊急切斷閥應(yīng)能繼續(xù)有效?？娍嗽赱14]指出對(duì)于液化氣體運(yùn)輸半掛車，可以將緊急切斷閥設(shè)計(jì)為剪切槽結(jié)構(gòu)。但是對(duì)于冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥未見相關(guān)研究報(bào)道。

(3)指導(dǎo)性細(xì)節(jié)待補(bǔ)充 在GB/T 22653—2008和GB/T 24918—2010中，對(duì)緊急切斷閥技術(shù)性能要求、材料使用、試驗(yàn)和檢驗(yàn)方法、要求作出了明確的規(guī)定，但沒有給出檢查、維護(hù)、保養(yǎng)的指導(dǎo)性細(xì)則。

4 汽車罐車緊急切斷裝置維護(hù)改進(jìn)建議

在開展檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)定期檢驗(yàn)和使用單位例行檢查時(shí)，應(yīng)對(duì)緊急切斷閥所有拉繩運(yùn)動(dòng)部位進(jìn)行清污和潤滑，以保證其靈活無阻滯現(xiàn)象。如果遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是液壓式，應(yīng)定期更換新油，以確保油缸活塞進(jìn)出順暢。密封墊片應(yīng)根據(jù)充裝介質(zhì)、工作壓力和工作溫度進(jìn)行選用。聚四氟乙烯具有優(yōu)異的耐溫性能、高度的化學(xué)穩(wěn)定性、良好的不燃性和自潤滑性[15]，普通聚四氟乙烯適用于公稱壓力0.25～1.6 MPa，使用溫度-50～100 ℃的工況，其硬度較低、冷流性大、剛性尺寸穩(wěn)定性差，在生產(chǎn)中常采用填料的方法對(duì)其進(jìn)行改性，改善其綜合力學(xué)性能[16]。對(duì)于冷凍液化氣體運(yùn)輸半掛車汽車罐車，應(yīng)當(dāng)選用膨脹或者填充改性型聚四氟乙烯材料。

5 結(jié)語

針對(duì)汽車罐車用緊急切斷閥使用過程中出現(xiàn)的問題，提出以下建議：①國家相關(guān)部門應(yīng)盡快制定冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)保養(yǎng)指導(dǎo)意見。②檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)配置滿足要求的緊急切斷閥校驗(yàn)裝置，并嚴(yán)格按照規(guī)程要求進(jìn)行檢驗(yàn)。③使用單位應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)緊急切斷裝置的日常維護(hù)保養(yǎng)及操作人員的培訓(xùn)，及時(shí)更換拉繩、密封墊片等部件，保證緊急切斷閥功能正常使用。