基于汽車罐車用緊急切斷閥相關(guān)標準的定期檢驗檢出故障原因

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(天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，天津 300112)

汽車罐車是運輸液化石油氣、液化天然氣及液氨等介質(zhì)的重要工具，汽車罐車內(nèi)充裝的介質(zhì)大都是易燃、易爆、有毒、有害的化學危險品，一旦發(fā)生泄漏必須立即采取措施防止事故擴大和蔓延，為此汽車罐車上均配置了緊急切斷裝置。按照預(yù)定的設(shè)計目標，緊急切斷裝置可以實現(xiàn)遠程控制，控制方式有機械、氣壓或液壓等，在發(fā)現(xiàn)介質(zhì)泄漏時可以快速閉止，或在發(fā)生火災(zāi)或者介質(zhì)的流量超過額定值時自動閉止。而實際上，緊急切斷裝置的功能在使用一段時間后會逐漸變差，成為汽車罐車安全運行中的隱患。

文中對汽車罐車定期檢驗中發(fā)現(xiàn)的一些常見緊急切斷裝置問題，結(jié)合相關(guān)技術(shù)標準的規(guī)定和實施情況進行探討。

1 常見汽車罐車緊急切斷閥配置要求及安裝類型

1.1 緊急切斷閥配置要求

汽車罐車屬于移動式壓力容器。按照TSG R0005—2011《移動式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]的要求 ，充裝易燃、易爆及毒性程度為中度危害以上(含中度危害)類介質(zhì)的移動式壓力容器，均應(yīng)配置緊急切斷裝置。汽車罐車的緊急切斷裝置主要由緊急切斷閥、遠程控制系統(tǒng)、過流控制閥及易熔合金塞組成。

1.2 緊急切斷閥安裝類型

液化氣體汽車罐車和冷凍液化氣體汽車罐車是最常見的2類汽車罐車。液化氣體汽車罐車常見緊急切斷閥結(jié)構(gòu)形式見圖1，這種結(jié)構(gòu)與液化氣體汽車罐車的單層結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，以法蘭連接形式安裝在罐車的筒體上。

圖1 液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥結(jié)構(gòu)形式

冷凍液化氣體汽車罐車常見緊急切斷閥結(jié)構(gòu)形式見圖2，這種結(jié)構(gòu)與冷凍液化氣體汽車罐車的夾套型結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，采用焊接形式安裝在罐車的管路系統(tǒng)中。

圖2 冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥結(jié)構(gòu)形式

2 汽車罐車定期檢驗常見緊急切斷裝置問題

汽車罐車定期檢驗中常見的緊急切斷裝置問題主要包括密封面損壞、拉繩故障、遠程控制系統(tǒng)不穩(wěn)定及手輪操作錯誤。

2.1 液化氣體汽車罐車

某公司33臺液化氣體汽車罐車充裝介質(zhì)為液化石油氣，2019年在天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院接受定期檢驗。檢驗中發(fā)現(xiàn)，所有汽車罐車上的緊急切斷閥均有損壞，損壞集中在密封面上，密封面受損的過流閥瓣見圖3，密封面受損的先導式閥桿見圖4。另外，檢查時還發(fā)現(xiàn)緊急切斷閥遠程控制系統(tǒng)的拉繩故障率較高，存在腐蝕、生銹甚至斷裂的情況。

圖3 受損的過流閥瓣處密封面

圖4 受損的先導式閥桿密封面

緊急切斷閥內(nèi)部附著有液化石油氣殘渣，閥桿外表面腐蝕嚴重，罐內(nèi)存在大量殘渣，外觀與閥體內(nèi)部附著殘渣相同。根據(jù)經(jīng)驗斷定，緊急切斷閥損壞是大量介質(zhì)殘渣沖蝕、腐蝕造成。

2.2 冷凍液化氣體汽車罐車

為保證冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥密封良好，閥瓣上鑲有非金屬密封圈，通過壓板及全金屬自鎖螺母緊固[2]。但在檢驗充裝液化天然氣的冷凍液化氣體汽車罐車時，發(fā)現(xiàn)部分罐車緊急切斷閥的密封性能不好，拆解后進一步確定是非金屬密封面損壞。冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷裝置的遠程控制系統(tǒng)通常采用氣動形式，在檢驗時發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)氣源氣壓不穩(wěn)、管路氣密性不好等情況導致緊急切斷閥無法動作，部分罐車的緊急切斷閥在進行切斷試驗時有卡阻現(xiàn)象。另外由于緊急切斷閥頂部設(shè)置有手輪，設(shè)計意圖是在緊急情況下使用手輪打開緊急切斷閥，但操作人員經(jīng)常將緊急切斷閥手輪打開，導致緊急切斷閥形同虛設(shè)。

3 汽車罐車緊急切斷裝置檢出故障分析

3.1 制造

根據(jù)GB/T 22653—2008《液化氣體設(shè)備用緊急切斷閥》[3]，過流閥的閥瓣可選用碳素鋼鍛件制造，也可選用不銹鋼鍛件制造。先導式閥桿應(yīng)選用不銹鋼制造，其表面應(yīng)經(jīng)熱處理，也可用碳素鋼制造。其表面應(yīng)鍍鎳磷合金，硬度不低于874 HV。出廠進行氣密性試驗時，應(yīng)檢查先導式閥桿密封面和過流閥密封面是否有滲漏[3]，這說明制造中對先導式閥桿和過流閥瓣已有重點關(guān)注。

3.2 試驗

根據(jù)GB/T 24918—2010《低溫介質(zhì)用緊急切斷閥》[4]，緊急切斷閥在空載下啟閉2 000次后應(yīng)能夠達到性能要求。這條規(guī)定可以解讀為，緊急切斷閥連續(xù)反復進行啟閉操作試驗的條件和性能要求僅涉及在空載條件下，性能要求包括操作性能、密封性能、殼體強度、緊急切斷時間、耐振動、超溫關(guān)閉、自然閉止、防靜電等，其中操作性能具體要求為動作靈活、無卡阻、無爬行現(xiàn)象。

3.3 使用

汽車罐車實際檢驗中發(fā)現(xiàn)，緊急切斷閥出現(xiàn)各種問題通常發(fā)生在汽車罐車投用1 a或數(shù)年之后，這是因為標準規(guī)定中的空載條件與液化氣體汽車罐車的實際工況相差較大，實際工況下緊急切斷閥內(nèi)部有介質(zhì)甚至夾雜物，比空載運行條件差很多，所以緊急切斷閥的實際使用壽命會比試驗使用壽命短。

3.4 監(jiān)管

TSG R0005—2011第9.5條規(guī)定，充裝易燃、易爆介質(zhì)以及毒性程度為中度危害以上(含中度危害)類介質(zhì)的移動式壓力容器，其罐體的液相管、氣相管接口位置應(yīng)當分別裝設(shè)一套緊急切斷裝置，緊急切斷裝置應(yīng)當動作靈活、性能可靠、便于檢修，緊急切斷閥閥體不得采用鑄鐵或者非金屬材料制造；緊急切斷閥與罐體液相管、氣相管的接口，應(yīng)當采用螺紋、焊接或者法蘭的連接形式；一般液化氣體汽車罐車均設(shè)置有緊急切斷閥，采用法蘭連接形式與筒體相連。此規(guī)定在執(zhí)行過程中存在多方面問題。

3.4.1標準規(guī)定沖突

目前對充裝液氧、液氮、液氬的冷凍液化氣體汽車罐車未強制要求設(shè)置緊急切斷閥，僅要求充裝液化天然氣的冷凍液化氣體汽車罐車全部設(shè)置緊急切斷閥。設(shè)置的緊急氣動閥采用焊接形式布置在管路中，造成冷凍液化氣體運輸半掛車用緊急切斷閥無法拆卸，因此無法完整地檢驗緊急切斷閥的性能，這與TSG R7001—2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》[5]要求對緊急切斷裝置進行解體檢驗的規(guī)定相沖突。

3.4.2標準規(guī)定落實難

(1)性能試驗方面 國內(nèi)大部分檢驗機構(gòu)僅通過外觀檢查和解體檢查對緊急切斷閥進行檢驗，無法進行性能試驗[6]。為了解決檢驗標準要求與檢驗實踐的矛盾，部分檢驗機構(gòu)和研究機構(gòu)自行研制了緊急切斷閥校驗設(shè)備。廣東省特檢院研制的校驗設(shè)備可以對緊急切斷閥過流性能進行校驗[7]，福州大學研制的基于 RS485 總線分布式緊急切斷閥新型校驗系統(tǒng)能夠完成緊急切斷閥的切斷時間和過流切斷性能的校驗[8]，天津特檢院的緊急切斷閥校驗系統(tǒng)可以對閥門密封性能、耐壓性能、切斷時間和過流性能進行校驗[9-10]。這些校驗設(shè)備可以完成規(guī)程要求的性能校驗，但是由各家機構(gòu)自行研制，無相應(yīng)的國家驗收標準。根據(jù)TSG Z7001—2004《特種設(shè)備檢驗檢測機構(gòu)核準規(guī)則》[11]，開展汽車罐車定期檢驗需要具備緊急切斷閥校驗裝置，但在無國家驗收標準的情況下，如何保證校驗裝置的檢驗質(zhì)量值得探討。

(2)結(jié)構(gòu)改進方面 為防止在發(fā)生碰撞、火災(zāi)等事故時緊急切斷閥受損，保證罐內(nèi)介質(zhì)不發(fā)生泄漏，TSG R0005—2011規(guī)定，緊急切斷閥及其安裝基座應(yīng)當?shù)玫奖Ｗo，以防被外力損壞；緊急切斷裝置應(yīng)當具有能夠提供獨立的開啟或者閉止切斷閥瓣的動力源裝置(手動、液壓或者氣動)，其閥門和罐體之間的密封部件必須置于罐體內(nèi)部或者距離罐體焊接法蘭(凸緣)外表面的25 mm處，碰撞受損的緊急切斷閥不能影響閥體內(nèi)部的密封性。GB/T 19905—2017《液化氣體汽車罐車》[12]和NB/T 47058—2017《冷凍液化氣體汽車罐車》[13]均規(guī)定罐體的裝卸口處的緊急切斷閥在非裝卸狀態(tài)時應(yīng)處于閉合狀態(tài)，在罐車發(fā)生意外移動或發(fā)生火災(zāi)時應(yīng)自動關(guān)閉，且能通過遠程控制系統(tǒng)進行關(guān)閉。緊急切斷閥操縱裝置的設(shè)計應(yīng)能防止任何由于沖擊或其他疏忽而引起的意外開啟，在操縱裝置一旦損壞的情況下，緊急切斷閥應(yīng)能繼續(xù)有效。繆克在[14]指出對于液化氣體運輸半掛車，可以將緊急切斷閥設(shè)計為剪切槽結(jié)構(gòu)。但是對于冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥未見相關(guān)研究報道。

(3)指導性細節(jié)待補充 在GB/T 22653—2008和GB/T 24918—2010中，對緊急切斷閥技術(shù)性能要求、材料使用、試驗和檢驗方法、要求作出了明確的規(guī)定，但沒有給出檢查、維護、保養(yǎng)的指導性細則。

4 汽車罐車緊急切斷裝置維護改進建議

在開展檢驗機構(gòu)定期檢驗和使用單位例行檢查時，應(yīng)對緊急切斷閥所有拉繩運動部位進行清污和潤滑，以保證其靈活無阻滯現(xiàn)象。如果遠程控制系統(tǒng)是液壓式，應(yīng)定期更換新油，以確保油缸活塞進出順暢。密封墊片應(yīng)根據(jù)充裝介質(zhì)、工作壓力和工作溫度進行選用。聚四氟乙烯具有優(yōu)異的耐溫性能、高度的化學穩(wěn)定性、良好的不燃性和自潤滑性[15]，普通聚四氟乙烯適用于公稱壓力0.25～1.6 MPa，使用溫度-50～100 ℃的工況，其硬度較低、冷流性大、剛性尺寸穩(wěn)定性差，在生產(chǎn)中常采用填料的方法對其進行改性，改善其綜合力學性能[16]。對于冷凍液化氣體運輸半掛車汽車罐車，應(yīng)當選用膨脹或者填充改性型聚四氟乙烯材料。

5 結(jié)語

針對汽車罐車用緊急切斷閥使用過程中出現(xiàn)的問題，提出以下建議：①國家相關(guān)部門應(yīng)盡快制定冷凍液化氣體汽車罐車用緊急切斷閥檢驗技術(shù)標準和維護保養(yǎng)指導意見。②檢驗機構(gòu)應(yīng)當配置滿足要求的緊急切斷閥校驗裝置，并嚴格按照規(guī)程要求進行檢驗。③使用單位應(yīng)當加強對緊急切斷裝置的日常維護保養(yǎng)及操作人員的培訓，及時更換拉繩、密封墊片等部件，保證緊急切斷閥功能正常使用。