三乙基鋁可移動罐柜的特殊設計要求

中國船級社質量認證公司 姜 峰

三乙基鋁可移動罐柜的特殊設計要求

中國船級社質量認證公司 姜 峰

三乙基鋁是一種極為危險的化學品貨物，國際上對于運輸該貨物有很多嚴格的要求，通常選用符合國際海運危險品法規（IMDG）要求的可移動罐柜作為運輸裝備。在國際多式聯運快速發展的今天，要想確保可移動罐柜和貨物的安全，必須關注和了解適用國際多式聯運三乙基鋁可移動罐柜的特殊設計要求，包括適用不同運輸領域的設計要求，確保罐體結構安全的壓力試驗的特殊要求，驗證罐體與框架整體結構的慣性力的特殊要求以及使用環節標記的特殊要求。本文根據裝運三乙基鋁可移動罐的特殊設計要求進行分析，希望可以幫助相關生產和物流企業提高安全意識和確保裝運安全。

表1

可移動罐柜設計依據的特殊性

由于可移動罐柜存在裝運危險品的特殊性、安全等級高以及適用領域的多樣性，其設計階段應全面考慮適用公約、法規和標準的要求，可移動罐柜的主要設計依據見表2：

設計依據的選擇應特別關注罐柜后期使用的要求和便捷性。用于國際多式聯運的可移動罐柜，其設計應滿足IMDG要求，IMDG也是國際海事組織制定的強制性規則，容器的設計依據一般選擇AMSE VIII Div.1，其國際認可度相對較高，罐柜在滿足IMDG所有安全條款和AMSE的要求后由授權檢驗機構頒發批準證書，中國授權檢驗機構是中國船級社，取得證書后可參與海運、公路或鐵路等國際多式聯合運輸。用于國內道路運輸的可移動罐柜，由于近期相關法規陸續修訂，變化較大，本文僅推薦明確的要求。首先應滿足《危險貨物道路運輸安全管理辦法》的要求，未來所有技術要求將依據《JT 617汽車危險貨物運輸規則》，對容器的要求包括《移動式壓力容器安全監察規程》或GB 150-2011 《壓力容器》，但現階段對于裝運三乙基鋁的可移動罐柜，我國各省質量技術監督部門要求也存在不一致，大部分地區按照固定壓力容器進行要求，顯然忽略了其移動的屬性，存在不合理，建議用戶設計使用前赴本地主管部門進行確認。對可移動罐產品的標準是《GB 19454-2009危險貨物便攜式罐體檢驗安全規范》，建議設計給予充分考慮。用于國內道路運輸的可移動罐柜應滿足《水路危險貨物運輸規則》要求，由授權檢驗機構頒發批準證書，中國授權檢驗機構是中國船級社，設計檢驗應依據IMDG和中國船級社集裝箱檢驗規范，檢驗后才可使用運輸。當然，所謂國際運輸應覆蓋國內運輸，但若可移動罐僅在國內短駁運輸，則可按照臨時進口移動式壓力容器簡化要求，在設計上滿足IMDG或其他國家區域性安全監管標準即可。設計人員應熟悉不同的設計標準體系，更加關注標準間差異，應合理選擇，保守選取，避免問題。

表2

對可移動罐柜壓力試驗的特殊要求

當完成可移動罐柜定型設計后，需要采用試驗手段驗證罐柜的結構強度合理性，壓力試驗是最直觀評判罐體強度合格的手段，因此確定壓力試驗的試驗壓力和試驗方式最為關鍵。由于設計體系的不同，在確定試驗壓力和試驗方式中存在差異。往往有以下兩個體系：

通過對比，可見在設計壓力選取中，方法1僅考慮裝運介質的最高壓力，而方法2還增加了充灌或卸貨過程、加壓封裝以及試驗壓力三分之二對比的要求，因此方法2選取的設計壓力往往大于方法1取值；由設計壓力推導試驗壓力過程中，方法2的推算系數依然大于方法1，因此方法2得到的壓力試驗壓力通常均大于方法1的試驗壓力，使罐體的結構強度安全可靠。

壓力試驗下的應力校核中，雖然方法1增加了焊接系數，考慮全面，但方法2對許用應力值取值苛刻，也低于方法1許用應力值，因此方法2對壓力試驗應力校核更嚴格，進一步保證了罐體的結構安全。

對試驗手段的選擇，IMDG為了保證壓力試驗安全，避免罐體存在缺陷導致瞬間破裂危險，只允許使用液壓進行壓力試驗。但由于三乙基鋁與水反應劇烈，且一般裝運三乙基鋁的可移動罐柜罐體較小，沒有可用于檢查罐內情況的人孔，易造成完成液壓試驗后罐內殘液，因此方法1允許使用氣壓進行壓力試驗。

基于以上對比，筆者總結適用于國際多式聯運裝運三乙基鋁可移動罐柜應按以下方法明確壓力試驗：

1、設計壓力確定：IMDG Code第6.7.2.1條規定了罐柜設計壓力p1的最小取值，按照方法1進行設計計算時，使用的計算壓力pc應不低于IMDG第6.7.2.1條規定的設計壓力P1。同時，IMDG第6.7.2.1條規定，罐柜的最大允許工作壓力[pw]應不小于該條款中規定的設計壓力p1；

2、液壓壓力試驗以及其應力校核：由于方法2的液壓試驗可以覆蓋方法1，因此應依據IMDG確定液壓試驗。依據IMDG第6.7.2.3.2條的規定，罐殼的設計和結構須能承受1.5倍設計壓力p1的液壓試驗壓力，該試驗壓力值應不低于IMDG第4.2.5.2.6條中裝運三乙基鋁可移動罐柜導則T21所對應的最低試驗壓力數值10bar。按照上述液壓試驗壓力值進行應力分析時，罐殼的內表層應力σ不應超過0.75Re或0.5Rm，取其低者；

3、氣壓試驗以及其應力校核：如無法進行液壓只能選用氣壓試驗，則氣壓試驗壓力數值應不低于IMDG第4.2.5.2.6條中裝運三乙基鋁可移動罐柜導則T21所對應的最低試驗壓力數值。進行強度校核時的試驗壓力值除滿足方法1的規定外，還應不小于上述1條中按照IMDG第6.7.2.1條規定的設計壓力P1的1.5倍。在試驗壓力下，殼體最大總體薄膜應力σT≤0.8Reφ，并應滿足焊接接頭系數、無損檢測要求的特殊規定；

4、若采用液壓試驗，應保證液壓試驗完成后采取有效手段消除罐體內的殘液和及時進行罐體內部的干燥處理；

5、若選用氣壓試驗。制造過程中罐體的A類和B類焊接接頭應進行100%射線或超聲無損檢測，且合格級別應滿足引用標準的規定。在氣壓試驗前確認安全措施和在試驗過程中確認氣壓試驗方法合理，保證試驗過程安全。

慣性力工況要求的特殊性

用于運輸的可移動罐柜罐體強度可按容器設計標準進行設計計算，如ASME或GB150等，但在設計計算時，還應考慮運輸過程中的慣性力，如在船舶運輸條件下，由于船舶航行橫搖、縱傾等運動會對可移動罐柜產生橫向、縱向推拉力；在公路或鐵路運輸條件下，在加速、轉彎等過程中會產生加速作用力。這些慣性力對罐體特別是與罐體連接的框架和連接結構同樣產生較大影響，通常解析計算無法對可移動罐柜整體進行分析，因此應使用有限元方法進行計算。

由于裝運三乙基鋁的可移動罐柜容積較小，載重量不大，往往經載重量換算后的4個方向慣性工況投影截面壓力較小，較多設計者直接將其加載計算并未考慮IMDG前后的關聯，應注意IMDG6.7.2.1條款對設計壓力的定義，其中第三條要求慣性力工況的靜態壓力不小于0.35bar，雖然僅是在設計壓力中規定了最小慣性壓力的數值，但在有限元分析計算中應給于考慮，排除較小慣性力，增加罐柜的結構強度。

慣性力工況的選擇應依據IMDG 6.7.2.2.12條款的要求，該條款考核的對象不僅包括可移動罐柜罐體，其系固件也同樣要求。裝運三乙基鋁的可移動罐柜一般不采用完整的框架結構形式，而是采用臥式支座支撐，可依據JB4712.1-2007《鞍式支座》進行結構尺寸設計，依據《過程設備設計》進行鞍座位置的確定。但應注意，設計依據均未提及當罐柜具備移動屬性時如何通過試驗手段驗證鞍座結構強度的特殊要求。對于完整框架型的可移動罐柜，如ISO系列1罐箱均有對框架的靜力試驗驗證框架結構強度。基于此種考慮，應通過試驗的方式驗證鞍座自身以及與罐體連接后的結構強度。可設計試驗輔助框架，將罐柜與框架進行組裝，并將鞍座固定于框架內，若有吊耳也應進行固定連接，具體見圖1。

通過罐體充裝或加載配重，達到罐柜滿載狀態，通過對組合體進行四個慣性力的方向的提升，確認鞍座的結構強度是否滿足要求，目前中國船級社在檢驗的過程中，對此進行了要求，此種方式確實可以有效驗證罐柜鞍座及鞍座連接的結構強度。

罐柜標記的特殊要求

為了保障危險品運輸安全，為了使國家的有關管理部門能準確、快速、直觀地辨別危險貨物運輸狀態，我國明確要求托運人使用可移動罐柜運輸危險品應當嚴格按照《危險貨物品名表》（GB 12268）、《危險貨物運輸包裝通用技術條件》（GB 12463）、《危險貨物包裝標志》（GB 190）、《化學品分類和危險性公示 通則》（GB 13690）等國家標準要求設置標志。為了保持與國際危險品標示統一，這些國標均與聯合國規章范本一致，而聯合國規章范本也是IMDG的主要編寫來源，架構上基本一致。

根據國際海事組織(IMO)的決定，從1991年1月1日起，凡須經海運出口危險貨物的國家都必須執行IMDG。聯合國也規定在已檢驗合格的每一件可移動罐柜上必須鑄印耐久清晰的聯合國規定的危險貨物包裝標記。但目前我國仍有一些企業或管理部門對危險貨物包裝標記的構成、含義和作用不甚清楚。因此，筆者提出幾點注意事項：

1、標志的選擇：罐柜上須具有IMDG危險貨物一覽表第3欄所示的危險類別標志并附加由第4欄類別或分類號所表示的危險性的副危險性標志。三乙基鋁屬于4.2類易燃固體，副危險類別是4.3，因此標志包括以下危險標志和副危險標志（見圖2）。

2、運輸介質名稱的顯示：內裝物的正確運輸名稱須持久的標記于可移動罐柜的至少兩側，即三乙基鋁介質的名稱應明確標記。

3、介質聯合國編號的顯示：編號的顯示有兩種方式，可以與危險標志合并一起使用也可分開，若分開應單獨標注于黑框的橘黃色長方形板上，如圖3，三乙基鋁UN代碼是UN3394。

總體來看，可移動罐柜的設計是綜合性很強的專業，要求設計者通曉國際公約、國家法令、設計標準、規范以及設計方法，同時，還需對容器選材、使用范圍和環境有詳細了解，甚至還應具備豐富的設計、制造、使用和維護等方面的經驗。采用可移動罐柜運輸三乙基鋁危險品不但提高安全性，在運輸上也具有較大優勢，節約較多成本，在我國經濟大發展的條件下，擁有更廣闊的前景，值得較大范圍的推廣。