液化天然氣汽車罐車管路及附件設(shè)計注意事項

于海東 張強(qiáng) 楊國祥

荊門宏圖特種飛行器制造有限公司 湖北荊門 448124

1 前言

液化天然氣汽車罐車的管路及附件一般設(shè)置在罐車的尾部操作箱內(nèi)，管路由上、下進(jìn)出液管路、自增壓管路、氣相管路、超壓泄放管路、溢流管路、壓力測量管路及液位測量管路等組成，附件由安全附件、儀表及裝卸附件組成[1]。罐車管路及附件發(fā)生故障的頻率較高，而液化天然氣屬于易燃易爆介質(zhì)，若在正常使用過程中發(fā)生泄漏，且不能及時地進(jìn)行堵漏，將給周邊人民生命財產(chǎn)帶來一定的威脅，也給運(yùn)營商造成不必要的浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)損失。管路及附件的設(shè)計及選型對保證罐車的正常運(yùn)營非常關(guān)鍵。

液化天然氣汽車罐車管路流程原理如圖1所示。圖1中，V1為儀表閥；V2為氣體通過閥；V3為設(shè)備放空閥；V4為氣體放散閥；V5為氣相閥；V6為頂部進(jìn)閥單向閥；V7為液位計上閥；V8為液位計下閥；V9為測滿閥；V10為頂部進(jìn)液閥；V11為底部進(jìn)、出液閥；V12為液相放散閥；V13為增壓閥；V14為真空規(guī)管閥；V15為液位計平衡閥；V16為排水閥；EV1為氣相緊急切斷閥；EV2為液相緊急切斷閥；EV3為增壓緊急切斷閥；SV1～SV4為設(shè)備安全閥；SV5、SV6為管道安全閥；P1、P2為罐體壓力表；L為差壓液位計；CZ1為液體進(jìn)出接口；CZ2為氣相接口；CZ3為增壓器液相接口；AV為緊急切斷閥控制裝置；VP-1為抽真空裝置。VR-1為測真空口；S為外殼爆破裝置。

圖1 液化天然氣汽車罐車管路流程原理圖

2 管路及附件的設(shè)計

2.1 液位測量管路的設(shè)計

低溫罐車上使用的液位計通常為壓差式液位計，利用介質(zhì)的高度差進(jìn)行液位測量，因罐車介質(zhì)高度不是很大，液位測量管路的液相管如設(shè)計得不合理，液位計測量將產(chǎn)生較大誤差或指針不穩(wěn)定，液位測量管路的液相管設(shè)計有以下注意事項。

a.液位測量管路的液相管應(yīng)能吸收熱量對低溫介質(zhì)進(jìn)行充分地氣化。罐車內(nèi)罐體纏繞絕熱材料時不應(yīng)把液相管一起包在絕熱材料內(nèi)，應(yīng)露在絕熱材料外，且在液相管底部增加加熱銅絲，這樣液相管中的介質(zhì)能夠進(jìn)行充分的氣化，保證液位計測量準(zhǔn)確，如圖2所示。

圖2 液位測量管路的液相管

b.液位測量管路的液相管設(shè)計應(yīng)避免裝卸時液體的波動影響。液相取壓口應(yīng)設(shè)置在靠近后封頭的位置，與進(jìn)、出液管口及增壓管口離開一定的距離，避免裝卸液及增壓時液體波動對液位計的影響，且液相管宜設(shè)置緩沖管進(jìn)一步減少液體波動的影響，保證液位計指針的穩(wěn)定。

2.2 超壓泄放管路放空口的設(shè)計

超壓泄放管路放空口用于排放安全閥起跳時泄放的氣體或手動放空時排放的氣體，為了避免危險氣體在箱體內(nèi)的聚集，放空口通常引到箱體頂端的外側(cè)。設(shè)計時應(yīng)注意放空口不應(yīng)朝向罐車的外殼，因外殼采用低合金材料，排放的低溫氣體會對外殼造成冷脆，產(chǎn)生裂紋，引起外殼泄漏。

2.3 緊急切斷閥的安裝設(shè)計

緊急切斷閥為罐車管路從罐體出來的第一道閥門，可手動操作也可氣控操作，一般在罐車的前部設(shè)置遠(yuǎn)控閥，在罐車管路發(fā)生大量泄漏或出現(xiàn)意外尾部操作箱無法靠近時可進(jìn)行遠(yuǎn)控切斷，緊急切斷閥的作用對罐車的安全使用尤為關(guān)鍵。緊急切斷閥的安裝設(shè)計有以下注意事項。

a.緊急切斷閥的安裝方向。一般閥門的安裝方向是按工作時介質(zhì)的流向確定的，但罐車緊急切斷閥的主要作用是遇緊急情況時切斷罐內(nèi)的介質(zhì)外泄，因此不論介質(zhì)流向，安裝方向宜朝向罐體外設(shè)置，如圖3所示。緊急切斷閥關(guān)閉操作是活塞在彈簧的作用下帶動閥桿與閥瓣向下運(yùn)動，密封件壓緊閥座密封；若反裝，當(dāng)罐體內(nèi)的壓力較高時，罐內(nèi)氣體可能頂動閥桿和活塞桿壓縮彈簧，密封面無法完全密封[2]。

b.緊急切斷閥安裝應(yīng)固定可靠。汽車罐車屬移動式壓力容器，在運(yùn)行中由于不良路面等會產(chǎn)生較大振動，緊急切斷閥的質(zhì)量較大，如不進(jìn)行可靠固定，在振動時將產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，閥門的焊縫處可能產(chǎn)生裂紋，如圖3所示。據(jù)公開報道發(fā)生的多起管路泄漏引起的較大事故，都是因為緊急切斷閥焊縫裂紋導(dǎo)致的泄漏。

圖3 緊急切斷閥

2.4 管路安全閥的安裝設(shè)計

在兩端均可關(guān)閉且有可能存留液體的管路通常設(shè)置管路安全閥，主要是為了保護(hù)閥門及之間的管路，因兩閥關(guān)閉后，閥門之間管路存留的低溫液體會不斷吸熱氣化產(chǎn)生較高的壓力。管路安全閥的安裝設(shè)計有以下注意事項。

a.避免安全閥在罐車裝卸過程中起跳。罐車在裝卸時，安全閥接管中流入的低溫液體氣化后會產(chǎn)生較大壓力波動，導(dǎo)致安全閥起跳。設(shè)計時應(yīng)保證安全閥接管有足夠的長度或增加緩沖管避免壓力波動過大引起安全閥起跳，管路安全閥如圖4所示。

b.安全閥接管與主管道焊接應(yīng)牢固。安全閥接管一般較細(xì)，在安全閥的重力作用下及車輛的振動下，接管與主管道的焊縫容易開裂，可通過適當(dāng)加大細(xì)管的規(guī)格和增加接管固定來處理。

圖4 管路安全閥

2.5 三通球閥的選型設(shè)計

圖1中的V2為氣體通過閥，一般選用三通球閥，進(jìn)口與罐體出來的氣相管路相連，出口與設(shè)備安全閥相連，三通球閥的進(jìn)口處及根部處有螺紋連接和焊接連接兩種結(jié)構(gòu)型式，宜選用焊接結(jié)構(gòu)，因螺紋連接受低溫?zé)崦浝淇s及車輛振動影響容易松動泄漏，且三通球閥前無其他閥門，泄漏后無法關(guān)閉。采用焊接結(jié)構(gòu)三通球閥有故障時雖不能整體拆下維修，但并不影響密封墊的更換。三通球閥如圖5所示。

2.6 管路及附件固定的設(shè)計

管路及附件一般通過操作箱底板來支撐，底板采用不銹鋼材料，與箱體底架焊接連接。操作箱底板設(shè)計有以下注意事項。

圖5 三通球閥

a.操作箱底板要有足夠的強(qiáng)度及剛度。管路及附件通過支撐件與底板焊接進(jìn)行連接，底板對其起到了支撐作用。當(dāng)?shù)装逡蚝穸炔蛔銜r，在車輛運(yùn)行過程中產(chǎn)生頻繁的振動，時間長了支撐件與底板焊接處會產(chǎn)生裂紋或支撐件與底板脫離，管路及附件不能得到有效支撐，將因約束力不足、自由度增加，在交變應(yīng)力及疲勞應(yīng)力的共同作用下，管道焊縫處會產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致泄漏[3]。根據(jù)實踐經(jīng)驗，底板厚度宜在2.5mm以上。

b.操作箱底板與底架的焊接應(yīng)牢固。操作箱底板與底架焊接時應(yīng)采用間斷焊，不應(yīng)采用點(diǎn)焊。這樣底板固定牢固后才能保證支撐件焊接在底板上對管路及附件進(jìn)行有效的約束。

3 結(jié)語

通過以上對液化天然氣汽車罐車管路及附件設(shè)計注意事項的分析，大家在設(shè)計、制造過程中應(yīng)引起注意，避免在運(yùn)營過程中管路發(fā)生泄漏導(dǎo)致危險狀況出現(xiàn)。