液體危險貨物罐式車輛充滿率的探討

揚州中集通華專用車有限公司 房坤

對我國液體危險貨物罐式車輛充滿率的要求和ADR標準進行了簡要的對比，并對液體危險貨物罐式車輛的充滿率進行了計算和說明，推斷出液體危險貨物罐式車輛應根據介質特性控制充滿率，且充裝量不得超過該車的額定載質量。

液體危險貨物罐式車輛充裝率的相關規(guī)定

液體危險貨物罐式車輛（簡稱液罐車）運輸的介質具有易燃、腐蝕和毒性等危險特性，并廣泛應用于我國的各行各業(yè)。液罐車在運輸過程中一旦發(fā)生事故將會對人民的生命財產安全造成重大的危害，如2012年發(fā)生的陜西延安特大交通事故、2014年發(fā)生的晉濟高速公路山西晉城段巖后隧道“3·1”特別重大道路交通危化品燃爆事故等，都分別導致了數十人的重大傷亡，因此國家各部門出臺了很多相關的管理規(guī)定，并制定了相關標準加以規(guī)范。

罐體材料的選擇、罐體結構的確定、安全附件和裝卸附件的配置、充裝介質的多少等是關系到罐車安全運行的幾個主要方面。為了防止超載，中機車輛技術服務中心從源頭抓起，在公告審查過程中嚴格控制罐車容積，從嚴管控充裝的介質容量。2006年版《車輛生產企業(yè)及產品公告管理培訓材料》要求[1]：“運輸GB 12268－2005《危險貨物品名表》以內危險貨物的罐式車：罐體額定容積=額定載質量/密度”，“對于運輸液體罐體，有效容積≤額定容積×110%”，“運輸按GB 6944－2005《危險貨物分類及品名編號》屬于同一類且對罐體要求相同的不同品名、不同密度的介質時，按密度最大的核算有效容積”。根據該公式，氣象空間最大為10%，即要求最小充裝率為90%，最大充裝率即充滿率沒有要求。

2010年版《車輛生產企業(yè)及產品公告管理培訓會資料匯編》要求[2]：“1.0≤罐體總容量/(載質量/介質密度)≤1.05”；“同一罐體運輸對罐體要求相同的不同品名、不同密度的介質時，應按密度最大的介質核算罐體總容積，該罐體總容積應保證最小密度的介質也符合上述公式”。根據此要求，氣象空間至多為5%，即要求最小充裝率為95%，對充滿率也沒有要求。其本來目的是既可嚴格控制超載，也可適當擴大車輛適用的范圍，增加同一車輛可運輸介質的數量，這在一定程度上減少運輸企業(yè)營運車輛的數量，降本增效，符合當下建設節(jié)約型社會的主旨。

液罐車充滿率對罐體的影響

氣象空間究竟多少合適呢？現以日常生活中最常見的93號汽油為例進行探討，看看不同的充裝率會產生什么結果。93號汽油的密度與溫度關系為[3]：

式中：ρt為溫度達到t時93號汽油的密度；ρ20為溫度20℃時93號汽油的密度，ρ=725 kg/m3；t為93號汽油在罐體內的實際溫度。

常溫狀態(tài)下應考慮到環(huán)境溫度不低于50℃的情況，而一般汽油儲存溫度為15℃。當汽油裝入油罐車后，不考慮出現火災等事故狀態(tài)，在正常運輸過程中由于受環(huán)境溫度影響，罐體內汽油溫度則有可能會達到50℃。那么，如果按原儲存溫度15℃的汽油在裝車后變成50℃的情況來計算，從安全和實際使用性能兩方面看會出現什么情況呢？

當t=50℃和t=15℃時，93號汽油密度由式(1)分別計算可得：ρ=699.5 kg/m3，ρ=729.25 kg/m3。

那么，一個42 m3的油罐車按最低充裝率95%計算不同環(huán)境溫度下的氣象空間（汽油從充裝時的15℃上升到50℃時），汽油體積增加到：V=42×95%×729.25/699.5=41.59 m3，充裝時氣象空間50是V=42×(1－0.95)=2.1 m3， 上升到50℃時 氣象空間是42－15 41.59=0.41 m3。

裝載汽油的罐車，其罐體可分別按LGBF（罐頂帶有安全泄放裝置）、L4BH進行設計，如按L4BH設計，則是一個密閉罐，可不帶安全泄放裝置，下面按不帶安全泄放裝置的狀況對罐內壓力進行計算，罐內氣象空間中的氣體可近似看作理想氣體。理想氣體狀態(tài)公式為[3]：

式中，P為理想氣體的絕對壓強，P=0.1 MPa；V為理想氣體的體積，V=2.1 m3；n為氣體物質的量 ； R為理想氣體常數，是一定值；T為表示理想氣體的熱力學溫度，K。

在罐內氣體物質的量n不變的情況下，由式(2)可得到15℃和50℃的平衡關系式為：

由于日常對壓強指標均用表壓表示，表壓等于絕對壓強減去1個大氣壓（0.1 MPa）。所以計算結果轉換成表壓則為0.47 MPa，已超過罐體的強度試驗壓力0.4 MPa，罐體極有可能出現破裂，如果裝載量再稍多一點，情況將更為嚴重；如果裝料溫度為10℃ ，按以上公式進行計算，罐內表壓則為1.38 MPa，遠超過罐體的強度試驗壓力0.4 MPa，罐體肯定會破裂。所以如罐體沒有安全泄放裝置，在實際使用過程中必須降低充裝率，然而這又會導致油罐車載荷不足，油車實際運營效率低，造成資源浪費的問題；即使安裝了安全泄放裝置，雖可保證罐體不會破裂，但介質溢出，也會浪費能源、污染環(huán)境。

液罐車充滿率的相關標準要求

聯(lián)合國早在20世紀50年代就介入了國際危險品運輸法規(guī)的制定工作，并頒布了《歐洲危險品道路運輸協(xié)定》（簡稱ADR）[4]。在ADR中，常壓液體罐車的裝載介質根據介質特性主要分為第三類易燃液體、第六類6.1項毒性物質和第八類腐蝕性物質，根據其危險程度，包裝類別又分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類。如：有的介質僅少量滲漏，不會造成對環(huán)境的危害；有的介質即使是微量泄漏也會嚴重危害環(huán)境。因此對于前者，最大允許充裝率即額定充滿率可大一些，而后者則應嚴格控制額定充滿率，額定充滿率公式為：

式中，Φv為 罐體的額定充滿率；η為充裝系數，具體見表1；tf為充裝期間液體的平均溫度，℃；α為15℃～50℃范圍內液體的平均體積膨脹系數，α=(ρ15－ ρ50) /(35×ρ50)。

根據ADR要求，汽油等易燃介質如果采用密閉罐裝運，15℃～50℃范圍內液體的平均體積膨脹系數計算可得：α=1.215×10-3。93號汽油溫度為15℃時，其額定充滿率按式(4)計算可得：Φv=93%。

表1 不同介質情況下的充裝系數

那么，一個42 m3的罐車，當汽油從充裝初始時的15℃上升到50 ℃時，按額定充滿率93%計算，汽油體積增加到：V=42×0.93×729.25/699.5=40.72 m3，裝載時氣象空間為42×(1－0.93)=2.94 m3，上升到50 ℃ 時氣象空間為42－40.72=1.28 m3。罐內壓力變化可根據式(3)計算得到：P50=0.258 MPa。

將此絕對壓強轉換成表壓，得出罐內壓力為0.158 MPa，遠小于罐體的強度試驗壓力0.4 MPa，按ADR要求，充裝時汽油溫度越低，該溫度下允許的額定充滿率也越低才可確保安全，而且額定充滿率是充裝上限，應嚴格控制。

液罐車實際使用狀況

裝載汽油的液罐車，其罐體如按LGBF設計，則罐頂帶有由呼吸閥和緊急泄放裝置組成的安全泄放裝置，那么再看看這樣配置的油罐半掛車在公路上行駛時會產生什么問題。

我國幅員遼闊，各地道路條件不一致，而油罐半掛車應能滿足各種等級公路的行駛路況。我國公路等級標準如表2所示。

油罐半掛車與牽引車掛接后一般前后有一定的高度差，現仍以42 m3的油罐半掛車為例，不考慮油罐半掛車前后高度差和運輸過程中液體的膨脹，只考慮上下坡的路況，按公告允許的最低充裝率95%的情況來看，油罐半掛車停放在平路上的狀況時（如圖1），罐內液體到罐頂尚有一定的氣象空間；油罐半掛車停放在5%的坡道上的狀況時（如圖2），從模擬圖中可以清晰地看到罐頂后部的人孔已完全浸沒在汽油當中，而油罐半掛車的呼吸閥通常都集成在人孔上（如圖3），罐內壓力只要達到6～8 kPa，呼吸閥就會開啟向外呼氣，此時由于罐內壓力升高或因運輸過程中的液體沖擊，皆會導致呼吸閥開啟，汽油則會從呼吸閥中溢出。這既造成安全隱患，也不環(huán)保。

考慮到油罐半掛車主要配送的是油品，行駛道路復雜，極少在高速公路上行駛。通常多以一、二級公路為主，也有三、四級公路的現實，因此坡度如果達到7%以上，那么在此情形下，溢油情況會更加嚴重。為防止發(fā)生溢油情況，部分廠家違規(guī)做大容積來贏合市場需求；然而這對于嚴格按規(guī)定設計、制造的廠家來說，其產品由于溢油或不能裝載到額定噸位便會導致沒有市場；也使得購買違規(guī)產品的運輸單位能夠足額的正常運輸，購買合規(guī)產品的運輸單位只能少裝；如果不能用足其額定承載，就會造成資源浪費，而且因運輸效率低，也必然會被市場所淘汰。

液罐車應按不同介質的特性控制充裝率

目前我國的油罐車已與國際接軌，標配底部加載系統(tǒng)，因此油罐裝油不再采用頂部加載而采用底部加載。當進行底部加載時，為防止因誤操作導致汽柴油裝載過量溢出罐體釀成事故，油罐車還配置有防溢系統(tǒng)。防溢系統(tǒng)的傳感器安裝在罐體頂部，在誤操作導致加載過量時，當油液上升到傳感器的感應部位，傳感器便會發(fā)出電信號而自動停止加載。為解決反應滯后問題，美國石油協(xié)會的《罐式車輛的底部加載和油氣回收推薦規(guī)程》API 1004規(guī)定[5]：傳感器感應部位上方應至少留有227 L的可裝油空間。由于在底部裝載過程中，油面會不停的波動，為防止正常加載時油液接觸到傳感器的感應部位誤發(fā)信號，傳感器感應部位距額定加載時的液面則應有一定的距離。即使不考慮傳感器感應部位與液面應有的間距，當油罐各倉容積較小時，如小于2.3 m3時，最大充裝率也應小于90%。

ADR僅規(guī)定了上限，所以設計人員根據道路情況，可適當加大罐車容積，保證氣象空間；運輸人員可根據每次運輸路線，調控充裝率，保證運輸途中不會發(fā)生溢油現象，這樣從理論上來說較為合理。

有些介質如三氯化磷等，容易吸收空氣中的水分形成鹽酸，會使罐體嚴重腐蝕破壞。因此，在運輸過程中需要采取氮封；如果充滿率過高，那么氮氣充裝量就會太少，從而使氮封達不到理想效果。

再比如黃磷，在常溫下與空氣接觸就會發(fā)生自燃，所以在運輸過程中通常需要用水密封；為了保證密封效果，水的深度一般應不小于120 mm，這樣黃磷的額定充滿率通常僅有80%左右。如果按照大于95%的要求充裝，由于用于密封的水的深度不夠，車輛在行駛過程中由于液體晃動等原因黃磷易暴露出水面導致自燃，則會存在安全隱患。

當介質的充裝率在大于80%或小于20%時，液體晃動較小，防波板起到的作用也很小；而當充裝率在20%～80%時，液體晃動大，防波板才真正起到作用。在GB 18564.1－2006及ADR、DOT等液罐車標準中，明確要求應安裝防波板，就是考慮到液罐車在實際運營過程中，其充裝率會有不足80%的因素。罐箱由于主要是在海上長距離運輸，一般充裝率都較高，所以就沒有安裝防波板的強制要求。

文章開頭列舉的惡性事故中罐車所充裝的介質是甲醇，為Ⅱ類包裝，危險性雖然相對較低，但是事故后果卻很嚴重；還有很多介質要求Ⅰ類包裝，如劇毒、強腐蝕介質等。這些罐車一旦發(fā)生事故，其后果更是不堪設想。

結語

綜上所述，如要嚴格控制超載現象，應加強在充裝和運輸過程中的監(jiān)督和監(jiān)管的檢查力度，只要哪個環(huán)節(jié)出現問題，就應在哪個環(huán)節(jié)中加以解決；如果僅是在設計、制造環(huán)節(jié)通過限制容積解決運輸環(huán)節(jié)中存在的超載等問題，則針對性差，隨之會產生更多問題和矛盾而埋下安全隱患，并且容易造成車輛設計制造單位與車輛使用單位的糾紛，因此該問題值得政府各有關部門加以重視。

[1] 車輛生產企業(yè)及產品公告管理培訓材料[G].2006.

[2] 車輛生產企業(yè)及產品公告管理培訓資料匯編[G].2010.

[3] GB/T 1885-83石油計量換算表[G].1983.

[4] European Agreement Concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road[S].2012.

[5] Bottom Loading and Vapor Recovery for MC-306 & DOT-406 Tank Motor Vehicles[S].2003.