三乙基鋁可移動(dòng)罐柜的特殊設(shè)計(jì)要求

中國船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司 姜 峰

三乙基鋁可移動(dòng)罐柜的特殊設(shè)計(jì)要求

中國船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司 姜 峰

三乙基鋁是一種極為危險(xiǎn)的化學(xué)品貨物，國際上對(duì)于運(yùn)輸該貨物有很多嚴(yán)格的要求，通常選用符合國際海運(yùn)危險(xiǎn)品法規(guī)（IMDG）要求的可移動(dòng)罐柜作為運(yùn)輸裝備。在國際多式聯(lián)運(yùn)快速發(fā)展的今天，要想確保可移動(dòng)罐柜和貨物的安全，必須關(guān)注和了解適用國際多式聯(lián)運(yùn)三乙基鋁可移動(dòng)罐柜的特殊設(shè)計(jì)要求，包括適用不同運(yùn)輸領(lǐng)域的設(shè)計(jì)要求，確保罐體結(jié)構(gòu)安全的壓力試驗(yàn)的特殊要求，驗(yàn)證罐體與框架整體結(jié)構(gòu)的慣性力的特殊要求以及使用環(huán)節(jié)標(biāo)記的特殊要求。本文根據(jù)裝運(yùn)三乙基鋁可移動(dòng)罐的特殊設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，希望可以幫助相關(guān)生產(chǎn)和物流企業(yè)提高安全意識(shí)和確保裝運(yùn)安全。

表1

可移動(dòng)罐柜設(shè)計(jì)依據(jù)的特殊性

由于可移動(dòng)罐柜存在裝運(yùn)危險(xiǎn)品的特殊性、安全等級(jí)高以及適用領(lǐng)域的多樣性，其設(shè)計(jì)階段應(yīng)全面考慮適用公約、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，可移動(dòng)罐柜的主要設(shè)計(jì)依據(jù)見表2：

設(shè)計(jì)依據(jù)的選擇應(yīng)特別關(guān)注罐柜后期使用的要求和便捷性。用于國際多式聯(lián)運(yùn)的可移動(dòng)罐柜，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足IMDG要求，IMDG也是國際海事組織制定的強(qiáng)制性規(guī)則，容器的設(shè)計(jì)依據(jù)一般選擇AMSE VIII Div.1，其國際認(rèn)可度相對(duì)較高，罐柜在滿足IMDG所有安全條款和AMSE的要求后由授權(quán)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)頒發(fā)批準(zhǔn)證書，中國授權(quán)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是中國船級(jí)社，取得證書后可參與海運(yùn)、公路或鐵路等國際多式聯(lián)合運(yùn)輸。用于國內(nèi)道路運(yùn)輸?shù)目梢苿?dòng)罐柜，由于近期相關(guān)法規(guī)陸續(xù)修訂，變化較大，本文僅推薦明確的要求。首先應(yīng)滿足《危險(xiǎn)貨物道路運(yùn)輸安全管理辦法》的要求，未來所有技術(shù)要求將依據(jù)《JT 617汽車危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸規(guī)則》，對(duì)容器的要求包括《移動(dòng)式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》或GB 150-2011 《壓力容器》，但現(xiàn)階段對(duì)于裝運(yùn)三乙基鋁的可移動(dòng)罐柜，我國各省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門要求也存在不一致，大部分地區(qū)按照固定壓力容器進(jìn)行要求，顯然忽略了其移動(dòng)的屬性，存在不合理，建議用戶設(shè)計(jì)使用前赴本地主管部門進(jìn)行確認(rèn)。對(duì)可移動(dòng)罐產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)是《GB 19454-2009危險(xiǎn)貨物便攜式罐體檢驗(yàn)安全規(guī)范》，建議設(shè)計(jì)給予充分考慮。用于國內(nèi)道路運(yùn)輸?shù)目梢苿?dòng)罐柜應(yīng)滿足《水路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸規(guī)則》要求，由授權(quán)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)頒發(fā)批準(zhǔn)證書，中國授權(quán)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是中國船級(jí)社，設(shè)計(jì)檢驗(yàn)應(yīng)依據(jù)IMDG和中國船級(jí)社集裝箱檢驗(yàn)規(guī)范，檢驗(yàn)后才可使用運(yùn)輸。當(dāng)然，所謂國際運(yùn)輸應(yīng)覆蓋國內(nèi)運(yùn)輸，但若可移動(dòng)罐僅在國內(nèi)短駁運(yùn)輸，則可按照臨時(shí)進(jìn)口移動(dòng)式壓力容器簡(jiǎn)化要求，在設(shè)計(jì)上滿足IMDG或其他國家區(qū)域性安全監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)即可。設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟悉不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系，更加關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)間差異，應(yīng)合理選擇，保守選取，避免問題。

表2

對(duì)可移動(dòng)罐柜壓力試驗(yàn)的特殊要求

當(dāng)完成可移動(dòng)罐柜定型設(shè)計(jì)后，需要采用試驗(yàn)手段驗(yàn)證罐柜的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度合理性，壓力試驗(yàn)是最直觀評(píng)判罐體強(qiáng)度合格的手段，因此確定壓力試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)方式最為關(guān)鍵。由于設(shè)計(jì)體系的不同，在確定試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)方式中存在差異。往往有以下兩個(gè)體系：

通過對(duì)比，可見在設(shè)計(jì)壓力選取中，方法1僅考慮裝運(yùn)介質(zhì)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(yàn)壓力三分之二對(duì)比的要求，因此方法2選取的設(shè)計(jì)壓力往往大于方法1取值；由設(shè)計(jì)壓力推導(dǎo)試驗(yàn)壓力過程中，方法2的推算系數(shù)依然大于方法1，因此方法2得到的壓力試驗(yàn)壓力通常均大于方法1的試驗(yàn)壓力，使罐體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全可靠。

壓力試驗(yàn)下的應(yīng)力校核中，雖然方法1增加了焊接系數(shù)，考慮全面，但方法2對(duì)許用應(yīng)力值取值苛刻，也低于方法1許用應(yīng)力值，因此方法2對(duì)壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核更嚴(yán)格，進(jìn)一步保證了罐體的結(jié)構(gòu)安全。

對(duì)試驗(yàn)手段的選擇，IMDG為了保證壓力試驗(yàn)安全，避免罐體存在缺陷導(dǎo)致瞬間破裂危險(xiǎn)，只允許使用液壓進(jìn)行壓力試驗(yàn)。但由于三乙基鋁與水反應(yīng)劇烈，且一般裝運(yùn)三乙基鋁的可移動(dòng)罐柜罐體較小，沒有可用于檢查罐內(nèi)情況的人孔，易造成完成液壓試驗(yàn)后罐內(nèi)殘液，因此方法1允許使用氣壓進(jìn)行壓力試驗(yàn)。

基于以上對(duì)比，筆者總結(jié)適用于國際多式聯(lián)運(yùn)裝運(yùn)三乙基鋁可移動(dòng)罐柜應(yīng)按以下方法明確壓力試驗(yàn)：

1、設(shè)計(jì)壓力確定：IMDG Code第6.7.2.1條規(guī)定了罐柜設(shè)計(jì)壓力p1的最小取值，按照方法1進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，使用的計(jì)算壓力pc應(yīng)不低于IMDG第6.7.2.1條規(guī)定的設(shè)計(jì)壓力P1。同時(shí)，IMDG第6.7.2.1條規(guī)定，罐柜的最大允許工作壓力[pw]應(yīng)不小于該條款中規(guī)定的設(shè)計(jì)壓力p1；

2、液壓壓力試驗(yàn)以及其應(yīng)力校核：由于方法2的液壓試驗(yàn)可以覆蓋方法1，因此應(yīng)依據(jù)IMDG確定液壓試驗(yàn)。依據(jù)IMDG第6.7.2.3.2條的規(guī)定，罐殼的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)須能承受1.5倍設(shè)計(jì)壓力p1的液壓試驗(yàn)壓力，該試驗(yàn)壓力值應(yīng)不低于IMDG第4.2.5.2.6條中裝運(yùn)三乙基鋁可移動(dòng)罐柜導(dǎo)則T21所對(duì)應(yīng)的最低試驗(yàn)壓力數(shù)值10bar。按照上述液壓試驗(yàn)壓力值進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，罐殼的內(nèi)表層應(yīng)力σ不應(yīng)超過0.75Re或0.5Rm，取其低者；

3、氣壓試驗(yàn)以及其應(yīng)力校核：如無法進(jìn)行液壓只能選用氣壓試驗(yàn)，則氣壓試驗(yàn)壓力數(shù)值應(yīng)不低于IMDG第4.2.5.2.6條中裝運(yùn)三乙基鋁可移動(dòng)罐柜導(dǎo)則T21所對(duì)應(yīng)的最低試驗(yàn)壓力數(shù)值。進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)的試驗(yàn)壓力值除滿足方法1的規(guī)定外，還應(yīng)不小于上述1條中按照IMDG第6.7.2.1條規(guī)定的設(shè)計(jì)壓力P1的1.5倍。在試驗(yàn)壓力下，殼體最大總體薄膜應(yīng)力σT≤0.8Reφ，并應(yīng)滿足焊接接頭系數(shù)、無損檢測(cè)要求的特殊規(guī)定；

4、若采用液壓試驗(yàn)，應(yīng)保證液壓試驗(yàn)完成后采取有效手段消除罐體內(nèi)的殘液和及時(shí)進(jìn)行罐體內(nèi)部的干燥處理；

5、若選用氣壓試驗(yàn)。制造過程中罐體的A類和B類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%射線或超聲無損檢測(cè)，且合格級(jí)別應(yīng)滿足引用標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。在氣壓試驗(yàn)前確認(rèn)安全措施和在試驗(yàn)過程中確認(rèn)氣壓試驗(yàn)方法合理，保證試驗(yàn)過程安全。

慣性力工況要求的特殊性

用于運(yùn)輸?shù)目梢苿?dòng)罐柜罐體強(qiáng)度可按容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，如ASME或GB150等，但在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，還應(yīng)考慮運(yùn)輸過程中的慣性力，如在船舶運(yùn)輸條件下，由于船舶航行橫搖、縱傾等運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)可移動(dòng)罐柜產(chǎn)生橫向、縱向推拉力；在公路或鐵路運(yùn)輸條件下，在加速、轉(zhuǎn)彎等過程中會(huì)產(chǎn)生加速作用力。這些慣性力對(duì)罐體特別是與罐體連接的框架和連接結(jié)構(gòu)同樣產(chǎn)生較大影響，通常解析計(jì)算無法對(duì)可移動(dòng)罐柜整體進(jìn)行分析，因此應(yīng)使用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。

由于裝運(yùn)三乙基鋁的可移動(dòng)罐柜容積較小，載重量不大，往往經(jīng)載重量換算后的4個(gè)方向慣性工況投影截面壓力較小，較多設(shè)計(jì)者直接將其加載計(jì)算并未考慮IMDG前后的關(guān)聯(lián)，應(yīng)注意IMDG6.7.2.1條款對(duì)設(shè)計(jì)壓力的定義，其中第三條要求慣性力工況的靜態(tài)壓力不小于0.35bar，雖然僅是在設(shè)計(jì)壓力中規(guī)定了最小慣性壓力的數(shù)值，但在有限元分析計(jì)算中應(yīng)給于考慮，排除較小慣性力，增加罐柜的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

慣性力工況的選擇應(yīng)依據(jù)IMDG 6.7.2.2.12條款的要求，該條款考核的對(duì)象不僅包括可移動(dòng)罐柜罐體，其系固件也同樣要求。裝運(yùn)三乙基鋁的可移動(dòng)罐柜一般不采用完整的框架結(jié)構(gòu)形式，而是采用臥式支座支撐，可依據(jù)JB4712.1-2007《鞍式支座》進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，依據(jù)《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》進(jìn)行鞍座位置的確定。但應(yīng)注意，設(shè)計(jì)依據(jù)均未提及當(dāng)罐柜具備移動(dòng)屬性時(shí)如何通過試驗(yàn)手段驗(yàn)證鞍座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的特殊要求。對(duì)于完整框架型的可移動(dòng)罐柜，如ISO系列1罐箱均有對(duì)框架的靜力試驗(yàn)驗(yàn)證框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度?；诖朔N考慮，應(yīng)通過試驗(yàn)的方式驗(yàn)證鞍座自身以及與罐體連接后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。可設(shè)計(jì)試驗(yàn)輔助框架，將罐柜與框架進(jìn)行組裝，并將鞍座固定于框架內(nèi)，若有吊耳也應(yīng)進(jìn)行固定連接，具體見圖1。

通過罐體充裝或加載配重，達(dá)到罐柜滿載狀態(tài)，通過對(duì)組合體進(jìn)行四個(gè)慣性力的方向的提升，確認(rèn)鞍座的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足要求，目前中國船級(jí)社在檢驗(yàn)的過程中，對(duì)此進(jìn)行了要求，此種方式確實(shí)可以有效驗(yàn)證罐柜鞍座及鞍座連接的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

罐柜標(biāo)記的特殊要求

為了保障危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全，為了使國家的有關(guān)管理部門能準(zhǔn)確、快速、直觀地辨別危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸狀態(tài)，我國明確要求托運(yùn)人使用可移動(dòng)罐柜運(yùn)輸危險(xiǎn)品應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照《危險(xiǎn)貨物品名表》（GB 12268）、《危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸包裝通用技術(shù)條件》（GB 12463）、《危險(xiǎn)貨物包裝標(biāo)志》（GB 190）、《化學(xué)品分類和危險(xiǎn)性公示 通則》（GB 13690）等國家標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置標(biāo)志。為了保持與國際危險(xiǎn)品標(biāo)示統(tǒng)一，這些國標(biāo)均與聯(lián)合國規(guī)章范本一致，而聯(lián)合國規(guī)章范本也是IMDG的主要編寫來源，架構(gòu)上基本一致。

根據(jù)國際海事組織(IMO)的決定，從1991年1月1日起，凡須經(jīng)海運(yùn)出口危險(xiǎn)貨物的國家都必須執(zhí)行IMDG。聯(lián)合國也規(guī)定在已檢驗(yàn)合格的每一件可移動(dòng)罐柜上必須鑄印耐久清晰的聯(lián)合國規(guī)定的危險(xiǎn)貨物包裝標(biāo)記。但目前我國仍有一些企業(yè)或管理部門對(duì)危險(xiǎn)貨物包裝標(biāo)記的構(gòu)成、含義和作用不甚清楚。因此，筆者提出幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：

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

2、運(yùn)輸介質(zhì)名稱的顯示：內(nèi)裝物的正確運(yùn)輸名稱須持久的標(biāo)記于可移動(dòng)罐柜的至少兩側(cè)，即三乙基鋁介質(zhì)的名稱應(yīng)明確標(biāo)記。

3、介質(zhì)聯(lián)合國編號(hào)的顯示：編號(hào)的顯示有兩種方式，可以與危險(xiǎn)標(biāo)志合并一起使用也可分開，若分開應(yīng)單獨(dú)標(biāo)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(dòng)罐柜的設(shè)計(jì)是綜合性很強(qiáng)的專業(yè)，要求設(shè)計(jì)者通曉國際公約、國家法令、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及設(shè)計(jì)方法，同時(shí)，還需對(duì)容器選材、使用范圍和環(huán)境有詳細(xì)了解，甚至還應(yīng)具備豐富的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)等方面的經(jīng)驗(yàn)。采用可移動(dòng)罐柜運(yùn)輸三乙基鋁危險(xiǎn)品不但提高安全性，在運(yùn)輸上也具有較大優(yōu)勢(shì)，節(jié)約較多成本，在我國經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的條件下，擁有更廣闊的前景，值得較大范圍的推廣。