危险化学品罐式车辆常压罐体紧急泄放在线校验装置设计

曹志峰 白海青 贾德林

（1.东营市特种设备检验研究院 东营 257091）

（2.山东联安特种设备检测有限公司 东营 257091）

全国在用危险化学品运输常压罐体车辆超过18万台,对于保障国内生产生活正常运转发挥了巨大作用,但一旦发生事故造成风险极大,因此,紧急泄放装置至关重要。目前危险化学品常压罐体紧急泄放装置校验,主要采用离线方式,需要将紧急泄放装置从罐体上拆除,但部分紧急泄放装置上有内置式呼吸阀,需将内置式呼吸阀拆除并盲死原连接孔,再利用相关设备进行检验,工作难度大、效率低、成本高；且人孔盖复原时需有专业安装技术人员指导,以免对罐体密封性造成影响[1]。而紧急泄放装置采用在线方式检验时,需要配置气源、气包、封堵呼吸阀,操作不方便[2]。为解决上述问题,本文研究提出了一种紧急泄放装置的在线检验方法,采用更精准设备,意在提高检验准确性和检验效率。

1 紧急泄放装置结构及校验必要性

1.1 紧急泄放装置结构

紧急泄放装置集成在人孔盖上,工作原理是当罐内因作业等失误或外部火情等问题导致的紧急情况所造成的罐内压力积聚失衡时,紧急泄放装置的阀盘受到垂直方向向外作用力,阀盖开启泄压,当压力下降时阀瓣回座密封。紧急泄放装置的位置及结构见图1。

图1 紧急泄放装置的位置及结构

1.2 装设要求及校验的必要性

●1.2.1 装设及校验要求

GB 18564.1—2019《道路运输液体危险货物罐式车辆 第1部分：金属常压罐体技术要求》中6.2.1.9条规定 ：“当罐体设计代码第四部分为V或F时,罐体应设置紧急泄放装置,紧急泄放装置的动作压力应大于或等于罐体设计压力的1.05倍,且大于或等于0.02 MPa。罐体的每一分仓至少设置1个紧急泄放装置”[3]。

GB 18564.1—2019中附录D 在用检查中D.2.5.1条规定了校验包括外观检验和性能校验,要求如下：

“a）检验铭牌和铅封,核实型式、型号、喉径、公称压力、制造单位等；

“b）安全阀、呼吸阀和紧急泄放装置应每年进行校验；

“c）检查爆破片装置,查验是否按期更换。”[3]

QC/T 1065—2017《道路运输易燃液体危险货物罐式车辆人孔盖》中4.6.2条规定：人孔盖紧急泄放压力值应为21～35 kPa[4]。

●1.2.2 校验的必要性

紧急泄放装置是常压危险品罐车安全泄放装置的一种,在罐体压力突然升高（如罐体侧翻）而呼吸阀来不及泄放罐体内压力时开启,以防止罐体内部出现超压,导致罐体破坏。为此,《交通运输部 工业和信息化部 公安部 市场监管总局关于印发常压液体危险货物罐车治理工作方案的通知》（交运发〔2021〕35号）规定,“罐体检验机构应严格按照GB 18564.1—2019的要求,对在用罐车的罐体进行检验并出具定期检验报告（定期检验报告应列明GB 18564.1—2019中附录D列明的所有项目）,检验结论为合格的出具定期检验合格证书。”[5]

2 在线校验装置

2.1 现有的校验装置

●2.1.1 离线校验装置

将人孔盖上24个螺栓拧下来,盲死紧急泄放装置上的呼吸阀,在固定式校验装置上用棘爪夹紧人孔盖,紧急泄放装置被压紧在气缸上,通过操控台加压来测试紧急泄放装置的密封压力、开启压力。该类型的装置测量密封压力、开启压力较为方便,但拆卸多达24个螺栓较为烦琐,而且容易造成螺栓滑丝、多次拆卸后密封不良等情况,不适用于大批到期车辆集中定期检验。

●2.1.2 在线校验装置

雷胜军[6]在2017年提出了一种常压罐车紧急泄放装置在线校验装置,该装置由气源、压力控制系统、校验气包和堵头4部分组成。校验装置的结构和原理如图2所示。

图2 在线校验装置图

压力控制系统由1只进气阀、1只放气阀、2只压力调节旋钮和1只精度为0.1 kPa的电子压力表组成。2只压力调节阀形成2个校验回路：校验回路1上的压力调节旋钮将压力限定在21 kPa,校验回路2上的压力调节旋钮将压力限定在35 kPa。

校验时打开紧急泄放装置,卸掉小盖上的呼吸阀,将检验气包放入泄放孔内；装上堵头,接好气管；打开卡紧回路进气阀,卡紧装置通入压缩空气,气包卡紧在泄放孔上,卸掉挂杆,将紧急泄放装置复位；打开校验回路1,充气,校验气包内压力逐步上升,当压力升到21 kPa时,停止进气,观察压力能否保持,如果在1 min内压力无下降,说明整个回路密封良好,紧急泄放装置没有动作；切换到校验回路2,充气使压力继续上升,如果压力没有达到35 kPa就不再上升,说明紧急泄放装置已经泄漏,此时停止进气,紧急泄放装置继续泄漏,当压力下降到某一值不再下降时,此时显示的压力即为紧急泄放装置的密封压力。当压力持续上升到35 kPa时停止进气,如果压力不下降,说明紧急泄放装置没有泄漏,紧急泄放装置不合格,需要重新调整泄放压力。

该校验装置需要配备气源、卸掉呼吸阀,操作烦琐,无法测量紧急泄放装置的开启压力,仅能判断紧急泄放装置的开启压力是否在21～35 kPa。

2.2 新型校验装置

●2.2.1 新型校验装置的结构及关键技术

该新型在线校验设备,由上夹板、下夹板、数显高度指示表、高精度位移滑台、手动液压泵、液压顶、数显压力表、支撑杆等组成,新型校验装置结构见图3、实物见图4。

图3 新型校验装置的结构图

图4 新型校验装置的实物图

新型校验装置的关键技术在于：校验装置下夹板装有数控位移滑台,并连接数显高度指示表,能够校验装置移动及与紧急泄压装置接触的自动化控制,同时数显结果更加精确；上夹板安装液压顶,在其尾端加装了快接头,用于连接手动液压泵的高压油管母接头,并且上夹板两端均设置有手轮,可以移动调节支撑杆之间的距离,以便套入被检紧急泄放装置进行固定及锁紧,提高效率；加压泵一端加装了数显压力表,内置高精度压力传感器,提高测试结果准确性。

●2.2.2 新型校验装置试验步骤

1）将上下夹板使用丝杠连接,两夹板间所有部件间最小距离应大于带测件高度,上安装板处安装手柄螺母。将检测仪套在紧急泄放装置上。旋动手柄螺母使上下夹板顶紧紧急泄放装置（力度适中,不用太紧）；

2）打开数显高度指示表,调整高精度位移滑台将数显高度指示表顶在紧急泄放装置上,当数显高度指示表读数为0.5～1.5 mm之间时停止调整位移滑台；将数显高度指示表置零；

3）将手动液压升压仪开关顺时针拧到头（顺时针旋动表示开始加压,逆时针旋动表示开始泄压）,打开数显压力表开关；

4）按压液压升压仪手动加压；

5）当紧急泄放装置开启高度0.5～1.5 mm时停止升压（具体开启高度视情况而定,一般情况开启0.5 mm表示紧急泄放装置已经开始泄压,开启高度0.5～1.0 mm时表示紧急泄放装置已达到整定泄压高度）；

6）保压一定时间（一般保压时间不少于5 s,为便于数据修正,保压时间请选择5 s、10 s、15 s、20 s、25 s、30 s任一时间）；

7）记录数显压力表值、数显高度指示表数值、保压时间。

●2.2.3 新型校验装置开启压力计算

千斤顶和紧急泄放装置小盖相互接触,依据F=PS,得式（1）：

式中：

P1——紧急泄放装置开启压力,kPa；

P2——加压装置表压力,kPa；

P3——加压装置（液压千斤顶）自身回弹弹簧产生的压力,kPa；

S1——紧急泄放装置开启部分受力面积（一般紧急泄放装置开启部分直径为250～252 mm）,mm2；

S2——加压装置受力面积（本装置装配的千斤顶直径固定为45 mm）,mm2。

其中：P2由加压泵上的压力表读取；P3为液压千斤顶自带弹簧在不同开启高度H1下的回弹压力,该压力值由液压千斤顶在空载状态下试验获得,分别为千斤顶开启高度H1为0.50 mm、1.00 mm、1.50 mm、3.00 mm......6.00 mm下的压力值（装置选配的千斤顶最高行程为11 mm,一般紧急泄放装置开启高度不超过3 mm,预紧行程不超过2 mm,因此千斤顶开启高度大于6 mm的弹簧弹力值无实际意义）,H1-P3对照表见表1。当开启高度介于2个试验记录的高度值之间时,按照线性比例折算。

表1 H1-P3对照表

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

紧急泄放装置预紧行程H2,可以通过紧急泄放装置的一次开启或关闭来测量其值。

为计算方便,可将加压泵通径、紧急泄放装置通径等基本参数及加压泵压力、紧急泄放装置开启高度等测试过程读取的数据输入到紧急泄放装置辅助计算软件中,点击开始计算按钮计算出紧急泄放装置泄放压力值,软件界面见图5。

图5 辅助计算软件界面

3 校验装置应用效果对比

通过对同一紧急泄放装置在固定式校验装置和该新型检验装置测量数据对比,测量误差仅为1.09%,说明该装置测量的数据具有可靠性,测量数据见表2,相对误差计算见式（2）。

表2 固定式校验装置与该新型校验装置对比数据

相对误差用式（2）计算：

4 结束语

与现有技术相比,该在线紧急泄放校验装置,通过使用液压泵进行加压,达到一定压力时使得紧急泄放装置开启,通过高精度位移滑台控制数显高度指示表与紧急泄放装置有效接触,高精度数显高度指示表能精确反馈紧急泄放装置开启高度,从而达到紧急泄放装置检验检测的效果。