液化石油氣鐵路罐車運輸安全風險及對策分析

劉洪亮，朱艷鋒

（中國鐵路烏魯木齊局集團有限公司鍋爐壓力容器檢驗所，新疆烏魯木齊 830011）

0 引言

鐵路高質量發(fā)展離不開安全的保駕護航，一起重大事故不僅給鐵路形象帶來惡劣影響，而且會造成人民重大的生命和財產損失。杜絕和減少鐵路運輸重大事故是鐵路企業(yè)的至高追求，而危險品的貨物運輸是可能導致重大事故發(fā)生的重要因素之一。

液化石油氣鐵路罐車承運的LPG（Liquefied Petroleum Gas，液化石油氣）屬于危險貨物，其運輸業(yè)務主要集中在中國鐵路烏魯木齊局集團公司。現從LPG 的物化性質、運輸條件、在用鐵路罐車結構等方面分析存在的安全風險，并提出應對措施。

1 安全風險分析

1.1 LPG 物化性質存在的主要風險

（1）易燃、易爆、不穩(wěn)定性。LPG 的爆炸濃度極限范圍為1.5%～9.5%，可以看出只需少量泄漏就可以達到此范圍，遇火就會發(fā)生爆炸事故，一旦發(fā)生爆炸，對周圍環(huán)境和財產的損失超乎想象。

（2）毒性。LPG 是各種低分子烴類的混合物，在常溫下是有毒氣體，當LPG 泄漏到空氣中的濃度10%以下時，人吸入會產生頭痛、惡心、嘔吐現象；當LPG 泄漏到空氣中的濃度超過10%時，人吸入會產生中樞神經麻痹，吸入幾分鐘之內會失去知覺；當LPG 泄漏到空氣中的濃度達到25%以上時，人處于當中會有生命危險。除此之外，LPG 還具有比空氣重、低沸點、受熱快速膨脹、腐蝕性等特點，這些物化性質決定了它的不穩(wěn)定性，極易揮發(fā)，在運輸過程中只要產生泄漏，變成蒸汽的LPG 會與空氣夾雜到一起構成蒸汽云團，遇到火源發(fā)生爆炸，具有極大的燃燒、爆炸危險性。

1.2 應急處置方面存在的主要風險

（1）事故初期處置存在的風險。事故發(fā)生的初期及時處置是避免事故擴大的最有效措施，比如安全閥發(fā)生非正常泄漏，隨車押運員第一時間登車處置，處置得當可以避免事故的進一步擴大。但隨著電氣化鐵路的普及，在高壓線路通電狀態(tài)下，不允許隨車押運員登頂進行緊急處置，當列車制動停靠在相對安全地點，線路停電后進行處置，已經錯過初期泄漏時的最佳處置時間，此過程中可能因泄漏量擴大使局部LPG 達到爆炸濃度，高壓線產生的電弧、火車制動產生的電火花有可能引爆LPG，進而發(fā)生災難性的后果，同時隨車押運員生命安全得不到保障。

（2）事故應急救援存在的風險。事故發(fā)生后，及時得當的應急救援可以最大限度的減少損失，但鐵路罐車運輸過程中是移動的，無法預計可能發(fā)生事故的地點，而且LPG 的物化性質決定了它一旦發(fā)生火災、爆炸事故，發(fā)展是非常迅速的，所以應急救援工作很難在事態(tài)發(fā)展達到最大化前有效開展起來。

1.3 安全附件存在的風險

鐵路罐車的罐體上鑲嵌著各種各樣的安全附件，它們各司其職保護著鐵路罐車在運輸、裝卸過程中的安全。LPG 鐵路罐車發(fā)生的事故現象為泄漏、爆炸、火災，首先產生泄漏，之后發(fā)展成爆炸、火災，而泄漏的大部分原因是安全附件潛在的風險所致。從LPG 鐵路罐車在鐵路運輸時發(fā)生的事故案例看，安全附件失效導致LPG 泄漏的情況主要有：

（1）安全閥由于列車運行振動或介質腐蝕等原因造成其處于不正常工作狀態(tài)，未及時發(fā)現并修理，導致其發(fā)生低于整定壓力起跳、起跳后不能回位等現象。

（2）液位計、溫度計護管或角焊縫腐蝕破裂，此種情況導致的泄漏，現場很難處置。

（3）高、低液位檢查閥或緊急切斷閥密封面失效。

（4）高、低液位檢查閥松動。

（5）LPG 超裝導致安全閥超量排放。

1.4 LPG 超裝存在的風險

鐵路罐車裝載時，會因為各種各樣的原因導致過多充裝，比如作業(yè)人員沒有經過培訓就上崗、專業(yè)知識掌握不足以及缺乏適當的計算等。如果按照規(guī)定計算充裝，罐內LPG 是由氣相和液相組成，罐內壓力由LPG 的氣相壓力決定；若罐內充滿液體，罐內壓力由LPG 受熱以后膨脹壓力決定。所以外部溫度升高時，罐內壓力在充裝系數不同時的增加值是不同的，當充裝量≤安全允許值時，溫度每升高1 ℃，罐內壓力約增加0.03 MPa；若過量充裝，溫度每升高1 ℃，罐內壓力增加可達到2.3 MPa。對于LPG罐車的最大允許工作壓力一般設置為2.0 MPa，若過量充裝導致沒有氣相空間，罐內壓力隨外部溫度的增大而增大的速率很快，在很短的時間內就會達到甚至超過罐體的承受壓力，此時若沒有采取措施釋放多余的能量來減少壓力，罐車有可能因超壓產生爆炸事故。

2 對策分析

從LPG 鐵路罐車存在的安全風險來看，在LPG 物化性質方面，目前尚未發(fā)現可以在不改變其本身用途的前提下，能夠增強物化穩(wěn)定性且價格可承受的穩(wěn)定劑或添加劑；在應急處置方面，受鐵路罐車運輸硬件條件和特點限制，很難在此方面有所突破；在LPG 過量充裝方面，由充裝單位和鐵路有關部門雙重控制，只要加強日常管理、作業(yè)人員培訓，且作業(yè)過程中嚴格執(zhí)行標準，過量充裝的可能性較低；在安全附件方面，現有鐵路罐車上安全附件的設置符合相關標準的要求，但其可靠性還有待提高，從已經發(fā)生的事故案例看，大部分是由于安全附件的安全性能不可靠造成的。從LPG 鐵路罐車運輸過程中的風險分析看，在鐵路罐車設計、制造過程中以最大限度滿足正常運輸條件、正常裝載工況下杜絕或減少泄漏為目標，接近或達到設備的本質安全是必要的。隨著技術的不斷發(fā)展，提升鐵路罐車安全附件的安全性能具有可行性，下面就此觀點進行著重論述。

在用LPG 鐵路罐車安全附件有：彈簧內置式安全閥2 只，其作用是控制罐內壓力以保證行車安全；緊急切斷閥3 只，其作用是當裝卸管路損壞或周圍溫度≥70 ℃時切斷介質；液位計1套，其作用是測定罐內液位，控制容積；溫度計1 套，其作用是測定罐內介質溫度；壓力表1 塊，其作用是測定罐內壓力；高、低液位檢查閥各1 只，其作用是檢查罐內液位。

（1）爆破片安全裝置與安全閥串聯使用，并采用密閉式或其他適用的可靠性更高的安全閥。爆破片安全裝置密封穩(wěn)定性好，正常的運輸條件和介質工況下，失效的概率很低，通過爆破片安全裝置將介質和安全閥隔開，可最大限度地避免安全閥低于整定壓力起跳而導致的LPG 泄漏事故。安全閥的作用是罐內介質超壓時泄壓以保證罐體安全的，如果在充裝時充分考慮溫度等外界條件確定安全的充裝系數，以確保在運輸過程中壓力不超限，性能良好的安全閥是不應起跳的，所以采用爆破片安全裝置作為介質正常工況下安全保護裝置是可行的，并不影響性能良好的安全閥在介質非正常工況下的安全保護作用。現行的有關主要技術規(guī)范GB 150—2011《壓力容器》針對爆破片安全裝置與安全閥串聯使用也有所規(guī)定。

GB 150.1—2011 附錄B3.8 規(guī)定：為了最大限度減少貴重介質、有毒介質或其他危害性介質通過安全閥向外泄漏，為了防止來自泄放管線的腐蝕性氣體進入安全閥內部，可以把安全閥與爆破片安全裝置串聯使用。

GB 150.1—2011 附錄B5.2 規(guī)定：爆破片安全裝置適用于壓力快速增長的場合，也常用于保護安全閥的性能而與之串聯使用。

GB 150.1—2011 附錄B5.3 規(guī)定：爆破片安全裝置不能單獨用于排放介質毒性程度為極高、高度危害或易爆及LPG 等場合，在這些場合可以和安全閥組合使用。

從以上條款可以看出，將爆破片安全裝置與安全閥串聯使用是可行的，可以顯著提高鐵路罐車安全閥裝置的安全性能。同時針對目前采用的非封閉式安全閥，可以考慮采用封閉式安全閥，隔開介質和彈簧的接觸，避免介質腐蝕導致的安全閥彈簧失效，或采用其他在防振和密封方面性能更佳的安全閥，以提高其綜合的安全性能，總之在保證安全閥有效起到作用的前提下，杜絕發(fā)生非正常的LPG 泄漏。

（2）設計時最大限度減少罐體開孔，減少罐體結構上的幾何不連續(xù)；盡量減少或加固現有人孔蓋上的安全附件，杜絕或減少安全附件在運輸過程中發(fā)生泄漏的概率。從電氣化鐵路運輸安全的角度考慮，緊急切斷閥、液位計、高、低液位檢查閥、溫度計、壓力表均可以考慮不在罐體上設置，確有必要應采取加固措施。緊急切斷閥是在裝卸過程中起作用的，可以考慮將其移至固定的裝卸地點；液位計、溫度計、壓力表的作用分別是測定罐內液位、介質溫度、壓力，在目前的運輸條件下，運輸過程中應急處置非常困難，即使隨車押運員及時通過溫度表、壓力表發(fā)現罐體出現超溫、超壓情況，亦難以采取有效的控制措施進行降溫、降壓，而且超壓通過安全閥泄壓，排放量達到一定值后存在安全隱患，易導致安全事故，因此可以考慮不在罐體上安裝上述裝置，重點在充裝環(huán)節(jié)進行精確控制，充裝過程中充分考慮運輸過程中溫度的變化，精確確定充裝量，確保運輸過程中液位、溫度、壓力在安全范圍內。液位計、高低液位檢查閥、溫度計、壓力表為測量和檢查裝置，也可以考慮采用智能芯片作為監(jiān)測手段。

除此之外，可以借鑒國外同類產品安全附件的設計理念。據現場了解，哈薩克斯坦在用的LPG 鐵路罐車安全附件結構簡單，緊急切斷閥、液位計、高低液位檢查閥及溫度計均未設置，罐車也沒有設置押運間。

鑒于運輸過程中發(fā)生LPG 泄漏的大部分原因是安全附件潛在的危險所致，建議采取優(yōu)化安全附件結構，功能分解至固定地點，借鑒國外鐵路罐車安全附件結構等方式對現有的安全附件進行改造，提升鐵路罐車安全附件的安全性能，保障LPG 鐵路罐車運輸安全。

3 提升安全附件安全性能經濟可行性分析

（1）制造成本。若罐體上能夠減少部分安全附件，則制造工藝將有所簡化，制造成本會有所下降；若未減少安全附件，通過爆破片與安全閥串聯使用，加固可能破裂的部位等方式優(yōu)化安全附件，則成本會有所上升。

（2）人員成本。若經過論證能夠取消罐車押運間，進而取消押運員，則不僅單罐裝載量可以適當提高，而且人員成本的減少將相當可觀。

（3）安全效益。LPG 鐵路罐車發(fā)生事故的后果往往是不可承受的，損失也將是巨大的，提升安全附件的安全性能，消除或減少安全隱患，杜絕或減少事故的發(fā)生，對于鐵路運輸的安全效益而言是值得深入研究的。

4 結束語

預防事故發(fā)生的最終目標是設備的本質安全，LPG 鐵路罐車在運輸過程中發(fā)生事故，危害性大且難以采取有效措施，應采取必要的手段消除或最大限度的降低安全隱患，使設備本身的安全性能達到正常運輸條件下不發(fā)生事故或發(fā)生事故有自我處理能力。