液化石油氣鐵路罐車運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策分析

劉洪亮，朱艷鋒

（中國(guó)鐵路烏魯木齊局集團(tuán)有限公司鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所，新疆烏魯木齊 830011）

0 引言

鐵路高質(zhì)量發(fā)展離不開(kāi)安全的保駕護(hù)航，一起重大事故不僅給鐵路形象帶來(lái)惡劣影響，而且會(huì)造成人民重大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。杜絕和減少鐵路運(yùn)輸重大事故是鐵路企業(yè)的至高追求，而危險(xiǎn)品的貨物運(yùn)輸是可能導(dǎo)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(yùn)的LPG（Liquefied Petroleum Gas，液化石油氣）屬于危險(xiǎn)貨物，其運(yùn)輸業(yè)務(wù)主要集中在中國(guó)鐵路烏魯木齊局集團(tuán)公司。現(xiàn)從LPG 的物化性質(zhì)、運(yùn)輸條件、在用鐵路罐車結(jié)構(gòu)等方面分析存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，并提出應(yīng)對(duì)措施。

1 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 LPG 物化性質(zhì)存在的主要風(fēng)險(xiǎn)

（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(dá)到此范圍，遇火就會(huì)發(fā)生爆炸事故，一旦發(fā)生爆炸，對(duì)周圍環(huán)境和財(cái)產(chǎn)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(dāng)LPG 泄漏到空氣中的濃度10%以下時(shí)，人吸入會(huì)產(chǎn)生頭痛、惡心、嘔吐現(xiàn)象；當(dāng)LPG 泄漏到空氣中的濃度超過(guò)10%時(shí)，人吸入會(huì)產(chǎn)生中樞神經(jīng)麻痹，吸入幾分鐘之內(nèi)會(huì)失去知覺(jué)；當(dāng)LPG 泄漏到空氣中的濃度達(dá)到25%以上時(shí)，人處于當(dāng)中會(huì)有生命危險(xiǎn)。除此之外，LPG 還具有比空氣重、低沸點(diǎn)、受熱快速膨脹、腐蝕性等特點(diǎn)，這些物化性質(zhì)決定了它的不穩(wěn)定性，極易揮發(fā)，在運(yùn)輸過(guò)程中只要產(chǎn)生泄漏，變成蒸汽的LPG 會(huì)與空氣夾雜到一起構(gòu)成蒸汽云團(tuán)，遇到火源發(fā)生爆炸，具有極大的燃燒、爆炸危險(xiǎn)性。

1.2 應(yīng)急處置方面存在的主要風(fēng)險(xiǎn)

（1）事故初期處置存在的風(fēng)險(xiǎn)。事故發(fā)生的初期及時(shí)處置是避免事故擴(kuò)大的最有效措施，比如安全閥發(fā)生非正常泄漏，隨車押運(yùn)員第一時(shí)間登車處置，處置得當(dāng)可以避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)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(yùn)員登頂進(jìn)行緊急處置，當(dāng)列車制動(dòng)?？吭谙鄬?duì)安全地點(diǎn)，線路停電后進(jìn)行處置，已經(jīng)錯(cuò)過(guò)初期泄漏時(shí)的最佳處置時(shí)間，此過(guò)程中可能因泄漏量擴(kuò)大使局部LPG 達(dá)到爆炸濃度，高壓線產(chǎn)生的電弧、火車制動(dòng)產(chǎn)生的電火花有可能引爆LPG，進(jìn)而發(fā)生災(zāi)難性的后果，同時(shí)隨車押運(yùn)員生命安全得不到保障。

（2）事故應(yīng)急救援存在的風(fēng)險(xiǎn)。事故發(fā)生后，及時(shí)得當(dāng)?shù)膽?yīng)急救援可以最大限度的減少損失，但鐵路罐車運(yùn)輸過(guò)程中是移動(dòng)的，無(wú)法預(yù)計(jì)可能發(fā)生事故的地點(diǎn)，而且LPG 的物化性質(zhì)決定了它一旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故，發(fā)展是非常迅速的，所以應(yīng)急救援工作很難在事態(tài)發(fā)展達(dá)到最大化前有效開(kāi)展起來(lái)。

1.3 安全附件存在的風(fēng)險(xiǎn)

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(hù)著鐵路罐車在運(yùn)輸、裝卸過(guò)程中的安全。LPG 鐵路罐車發(fā)生的事故現(xiàn)象為泄漏、爆炸、火災(zāi)，首先產(chǎn)生泄漏，之后發(fā)展成爆炸、火災(zāi)，而泄漏的大部分原因是安全附件潛在的風(fēng)險(xiǎn)所致。從LPG 鐵路罐車在鐵路運(yùn)輸時(shí)發(fā)生的事故案例看，安全附件失效導(dǎo)致LPG 泄漏的情況主要有：

（1）安全閥由于列車運(yùn)行振動(dòng)或介質(zhì)腐蝕等原因造成其處于不正常工作狀態(tài)，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修理，導(dǎo)致其發(fā)生低于整定壓力起跳、起跳后不能回位等現(xiàn)象。

（2）液位計(jì)、溫度計(jì)護(hù)管或角焊縫腐蝕破裂，此種情況導(dǎo)致的泄漏，現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)。

（5）LPG 超裝導(dǎo)致安全閥超量排放。

1.4 LPG 超裝存在的風(fēng)險(xiǎn)

鐵路罐車裝載時(shí)，會(huì)因?yàn)楦鞣N各樣的原因?qū)е逻^(guò)多充裝，比如作業(yè)人員沒(méi)有經(jīng)過(guò)培訓(xùn)就上崗、專業(yè)知識(shí)掌握不足以及缺乏適當(dāng)?shù)挠?jì)算等。如果按照規(guī)定計(jì)算充裝，罐內(nèi)LPG 是由氣相和液相組成，罐內(nèi)壓力由LPG 的氣相壓力決定；若罐內(nèi)充滿液體，罐內(nèi)壓力由LPG 受熱以后膨脹壓力決定。所以外部溫度升高時(shí)，罐內(nèi)壓力在充裝系數(shù)不同時(shí)的增加值是不同的，當(dāng)充裝量≤安全允許值時(shí)，溫度每升高1 ℃，罐內(nèi)壓力約增加0.03 MPa；若過(guò)量充裝，溫度每升高1 ℃，罐內(nèi)壓力增加可達(dá)到2.3 MPa。對(duì)于LPG罐車的最大允許工作壓力一般設(shè)置為2.0 MPa，若過(guò)量充裝導(dǎo)致沒(méi)有氣相空間，罐內(nèi)壓力隨外部溫度的增大而增大的速率很快，在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)達(dá)到甚至超過(guò)罐體的承受壓力，此時(shí)若沒(méi)有采取措施釋放多余的能量來(lái)減少壓力，罐車有可能因超壓產(chǎn)生爆炸事故。

2 對(duì)策分析

從LPG 鐵路罐車存在的安全風(fēng)險(xiǎn)來(lái)看，在LPG 物化性質(zhì)方面，目前尚未發(fā)現(xiàn)可以在不改變其本身用途的前提下，能夠增強(qiáng)物化穩(wěn)定性且價(jià)格可承受的穩(wěn)定劑或添加劑；在應(yīng)急處置方面，受鐵路罐車運(yùn)輸硬件條件和特點(diǎn)限制，很難在此方面有所突破；在LPG 過(guò)量充裝方面，由充裝單位和鐵路有關(guān)部門雙重控制，只要加強(qiáng)日常管理、作業(yè)人員培訓(xùn)，且作業(yè)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)量充裝的可能性較低；在安全附件方面，現(xiàn)有鐵路罐車上安全附件的設(shè)置符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但其可靠性還有待提高，從已經(jīng)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(yùn)輸過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)分析看，在鐵路罐車設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中以最大限度滿足正常運(yùn)輸條件、正常裝載工況下杜絕或減少泄漏為目標(biāo)，接近或達(dá)到設(shè)備的本質(zhì)安全是必要的。隨著技術(shù)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(diǎn)進(jìn)行著重論述。

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

（1）爆破片安全裝置與安全閥串聯(lián)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(yùn)輸條件和介質(zhì)工況下，失效的概率很低，通過(guò)爆破片安全裝置將介質(zhì)和安全閥隔開(kāi)，可最大限度地避免安全閥低于整定壓力起跳而導(dǎo)致的LPG 泄漏事故。安全閥的作用是罐內(nèi)介質(zhì)超壓時(shí)泄壓以保證罐體安全的，如果在充裝時(shí)充分考慮溫度等外界條件確定安全的充裝系數(shù)，以確保在運(yùn)輸過(guò)程中壓力不超限，性能良好的安全閥是不應(yīng)起跳的，所以采用爆破片安全裝置作為介質(zhì)正常工況下安全保護(hù)裝置是可行的，并不影響性能良好的安全閥在介質(zhì)非正常工況下的安全保護(hù)作用?，F(xiàn)行的有關(guān)主要技術(shù)規(guī)范GB 150—2011《壓力容器》針對(duì)爆破片安全裝置與安全閥串聯(lián)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(zhì)、有毒介質(zhì)或其他危害性介質(zhì)通過(guò)安全閥向外泄漏，為了防止來(lái)自泄放管線的腐蝕性氣體進(jìn)入安全閥內(nèi)部，可以把安全閥與爆破片安全裝置串聯(lián)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(zhǎng)的場(chǎng)合，也常用于保護(hù)安全閥的性能而與之串聯(lián)使用。

GB 150.1—2011 附錄B5.3 規(guī)定：爆破片安全裝置不能單獨(dú)用于排放介質(zhì)毒性程度為極高、高度危害或易爆及LPG 等場(chǎng)合，在這些場(chǎng)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(lián)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(shí)針對(duì)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(kāi)介質(zhì)和彈簧的接觸，避免介質(zhì)腐蝕導(dǎo)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(shè)計(jì)時(shí)最大限度減少罐體開(kāi)孔，減少罐體結(jié)構(gòu)上的幾何不連續(xù)；盡量減少或加固現(xiàn)有人孔蓋上的安全附件，杜絕或減少安全附件在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生泄漏的概率。從電氣化鐵路運(yùn)輸安全的角度考慮，緊急切斷閥、液位計(jì)、高、低液位檢查閥、溫度計(jì)、壓力表均可以考慮不在罐體上設(shè)置，確有必要應(yīng)采取加固措施。緊急切斷閥是在裝卸過(guò)程中起作用的，可以考慮將其移至固定的裝卸地點(diǎn)；液位計(jì)、溫度計(jì)、壓力表的作用分別是測(cè)定罐內(nèi)液位、介質(zhì)溫度、壓力，在目前的運(yùn)輸條件下，運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)急處置非常困難，即使隨車押運(yùn)員及時(shí)通過(guò)溫度表、壓力表發(fā)現(xiàn)罐體出現(xiàn)超溫、超壓情況，亦難以采取有效的控制措施進(jìn)行降溫、降壓，而且超壓通過(guò)安全閥泄壓，排放量達(dá)到一定值后存在安全隱患，易導(dǎo)致安全事故，因此可以考慮不在罐體上安裝上述裝置，重點(diǎn)在充裝環(huán)節(jié)進(jìn)行精確控制，充裝過(guò)程中充分考慮運(yùn)輸過(guò)程中溫度的變化，精確確定充裝量，確保運(yùn)輸過(guò)程中液位、溫度、壓力在安全范圍內(nèi)。液位計(jì)、高低液位檢查閥、溫度計(jì)、壓力表為測(cè)量和檢查裝置，也可以考慮采用智能芯片作為監(jiān)測(cè)手段。

除此之外，可以借鑒國(guó)外同類產(chǎn)品安全附件的設(shè)計(jì)理念。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解，哈薩克斯坦在用的LPG 鐵路罐車安全附件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊急切斷閥、液位計(jì)、高低液位檢查閥及溫度計(jì)均未設(shè)置，罐車也沒(méi)有設(shè)置押運(yùn)間。

鑒于運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生LPG 泄漏的大部分原因是安全附件潛在的危險(xiǎn)所致，建議采取優(yōu)化安全附件結(jié)構(gòu)，功能分解至固定地點(diǎn)，借鑒國(guó)外鐵路罐車安全附件結(jié)構(gòu)等方式對(duì)現(xiàn)有的安全附件進(jìn)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(yùn)輸安全。

3 提升安全附件安全性能經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)化，制造成本會(huì)有所下降；若未減少安全附件，通過(guò)爆破片與安全閥串聯(lián)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(huì)有所上升。

（2）人員成本。若經(jīng)過(guò)論證能夠取消罐車押運(yùn)間，進(jìn)而取消押運(yùn)員，則不僅單罐裝載量可以適當(dāng)提高，而且人員成本的減少將相當(dāng)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(duì)于鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩б娑允侵档蒙钊胙芯康摹?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

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