液體危險(xiǎn)貨物罐式車(chē)輛充滿率的探討

揚(yáng)州中集通華專(zhuān)用車(chē)有限公司 房坤

對(duì)我國(guó)液體危險(xiǎn)貨物罐式車(chē)輛充滿率的要求和ADR標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的對(duì)比，并對(duì)液體危險(xiǎn)貨物罐式車(chē)輛的充滿率進(jìn)行了計(jì)算和說(shuō)明，推斷出液體危險(xiǎn)貨物罐式車(chē)輛應(yīng)根據(jù)介質(zhì)特性控制充滿率，且充裝量不得超過(guò)該車(chē)的額定載質(zhì)量。

液體危險(xiǎn)貨物罐式車(chē)輛充裝率的相關(guān)規(guī)定

液體危險(xiǎn)貨物罐式車(chē)輛（簡(jiǎn)稱(chēng)液罐車(chē)）運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)具有易燃、腐蝕和毒性等危險(xiǎn)特性，并廣泛應(yīng)用于我國(guó)的各行各業(yè)。液罐車(chē)在運(yùn)輸過(guò)程中一旦發(fā)生事故將會(huì)對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成重大的危害，如2012年發(fā)生的陜西延安特大交通事故、2014年發(fā)生的晉濟(jì)高速公路山西晉城段巖后隧道“3·1”特別重大道路交通?；啡急鹿实龋挤謩e導(dǎo)致了數(shù)十人的重大傷亡，因此國(guó)家各部門(mén)出臺(tái)了很多相關(guān)的管理規(guī)定，并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范。

罐體材料的選擇、罐體結(jié)構(gòu)的確定、安全附件和裝卸附件的配置、充裝介質(zhì)的多少等是關(guān)系到罐車(chē)安全運(yùn)行的幾個(gè)主要方面。為了防止超載，中機(jī)車(chē)輛技術(shù)服務(wù)中心從源頭抓起，在公告審查過(guò)程中嚴(yán)格控制罐車(chē)容積，從嚴(yán)管控充裝的介質(zhì)容量。2006年版《車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告管理培訓(xùn)材料》要求[1]：“運(yùn)輸GB 12268－2005《危險(xiǎn)貨物品名表》以?xún)?nèi)危險(xiǎn)貨物的罐式車(chē)：罐體額定容積=額定載質(zhì)量/密度”，“對(duì)于運(yùn)輸液體罐體，有效容積≤額定容積×110%”，“運(yùn)輸按GB 6944－2005《危險(xiǎn)貨物分類(lèi)及品名編號(hào)》屬于同一類(lèi)且對(duì)罐體要求相同的不同品名、不同密度的介質(zhì)時(shí)，按密度最大的核算有效容積”。根據(jù)該公式，氣象空間最大為10%，即要求最小充裝率為90%，最大充裝率即充滿率沒(méi)有要求。

2010年版《車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告管理培訓(xùn)會(huì)資料匯編》要求[2]：“1.0≤罐體總?cè)萘?(載質(zhì)量/介質(zhì)密度)≤1.05”；“同一罐體運(yùn)輸對(duì)罐體要求相同的不同品名、不同密度的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)按密度最大的介質(zhì)核算罐體總?cè)莘e，該罐體總?cè)莘e應(yīng)保證最小密度的介質(zhì)也符合上述公式”。根據(jù)此要求，氣象空間至多為5%，即要求最小充裝率為95%，對(duì)充滿率也沒(méi)有要求。其本來(lái)目的是既可嚴(yán)格控制超載，也可適當(dāng)擴(kuò)大車(chē)輛適用的范圍，增加同一車(chē)輛可運(yùn)輸介質(zhì)的數(shù)量，這在一定程度上減少運(yùn)輸企業(yè)營(yíng)運(yùn)車(chē)輛的數(shù)量，降本增效，符合當(dāng)下建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的主旨。

液罐車(chē)充滿率對(duì)罐體的影響

氣象空間究竟多少合適呢？現(xiàn)以日常生活中最常見(jiàn)的93號(hào)汽油為例進(jìn)行探討，看看不同的充裝率會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果。93號(hào)汽油的密度與溫度關(guān)系為[3]：

式中：ρt為溫度達(dá)到t時(shí)93號(hào)汽油的密度；ρ20為溫度20℃時(shí)93號(hào)汽油的密度，ρ=725 kg/m3；t為93號(hào)汽油在罐體內(nèi)的實(shí)際溫度。

常溫狀態(tài)下應(yīng)考慮到環(huán)境溫度不低于50℃的情況，而一般汽油儲(chǔ)存溫度為15℃。當(dāng)汽油裝入油罐車(chē)后，不考慮出現(xiàn)火災(zāi)等事故狀態(tài)，在正常運(yùn)輸過(guò)程中由于受環(huán)境溫度影響，罐體內(nèi)汽油溫度則有可能會(huì)達(dá)到50℃。那么，如果按原儲(chǔ)存溫度15℃的汽油在裝車(chē)后變成50℃的情況來(lái)計(jì)算，從安全和實(shí)際使用性能兩方面看會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？

當(dāng)t=50℃和t=15℃時(shí)，93號(hào)汽油密度由式(1)分別計(jì)算可得：ρ=699.5 kg/m3，ρ=729.25 kg/m3。

那么，一個(gè)42 m3的油罐車(chē)按最低充裝率95%計(jì)算不同環(huán)境溫度下的氣象空間（汽油從充裝時(shí)的15℃上升到50℃時(shí)），汽油體積增加到：V=42×95%×729.25/699.5=41.59 m3，充裝時(shí)氣象空間50是V=42×(1－0.95)=2.1 m3， 上升到50℃時(shí) 氣象空間是42－15 41.59=0.41 m3。

裝載汽油的罐車(chē)，其罐體可分別按LGBF（罐頂帶有安全泄放裝置）、L4BH進(jìn)行設(shè)計(jì)，如按L4BH設(shè)計(jì)，則是一個(gè)密閉罐，可不帶安全泄放裝置，下面按不帶安全泄放裝置的狀況對(duì)罐內(nèi)壓力進(jìn)行計(jì)算，罐內(nèi)氣象空間中的氣體可近似看作理想氣體。理想氣體狀態(tài)公式為[3]：

式中，P為理想氣體的絕對(duì)壓強(qiáng)，P=0.1 MPa；V為理想氣體的體積，V=2.1 m3；n為氣體物質(zhì)的量 ； R為理想氣體常數(shù)，是一定值；T為表示理想氣體的熱力學(xué)溫度，K。

在罐內(nèi)氣體物質(zhì)的量n不變的情況下，由式(2)可得到15℃和50℃的平衡關(guān)系式為：

由于日常對(duì)壓強(qiáng)指標(biāo)均用表壓表示，表壓等于絕對(duì)壓強(qiáng)減去1個(gè)大氣壓（0.1 MPa）。所以計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成表壓則為0.47 MPa，已超過(guò)罐體的強(qiáng)度試驗(yàn)壓力0.4 MPa，罐體極有可能出現(xiàn)破裂，如果裝載量再稍多一點(diǎn)，情況將更為嚴(yán)重；如果裝料溫度為10℃ ，按以上公式進(jìn)行計(jì)算，罐內(nèi)表壓則為1.38 MPa，遠(yuǎn)超過(guò)罐體的強(qiáng)度試驗(yàn)壓力0.4 MPa，罐體肯定會(huì)破裂。所以如罐體沒(méi)有安全泄放裝置，在實(shí)際使用過(guò)程中必須降低充裝率，然而這又會(huì)導(dǎo)致油罐車(chē)載荷不足，油車(chē)實(shí)際運(yùn)營(yíng)效率低，造成資源浪費(fèi)的問(wèn)題；即使安裝了安全泄放裝置，雖可保證罐體不會(huì)破裂，但介質(zhì)溢出，也會(huì)浪費(fèi)能源、污染環(huán)境。

液罐車(chē)充滿率的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求

聯(lián)合國(guó)早在20世紀(jì)50年代就介入了國(guó)際危險(xiǎn)品運(yùn)輸法規(guī)的制定工作，并頒布了《歐洲危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸協(xié)定》（簡(jiǎn)稱(chēng)ADR）[4]。在ADR中，常壓液體罐車(chē)的裝載介質(zhì)根據(jù)介質(zhì)特性主要分為第三類(lèi)易燃液體、第六類(lèi)6.1項(xiàng)毒性物質(zhì)和第八類(lèi)腐蝕性物質(zhì)，根據(jù)其危險(xiǎn)程度，包裝類(lèi)別又分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)。如：有的介質(zhì)僅少量滲漏，不會(huì)造成對(duì)環(huán)境的危害；有的介質(zhì)即使是微量泄漏也會(huì)嚴(yán)重危害環(huán)境。因此對(duì)于前者，最大允許充裝率即額定充滿率可大一些，而后者則應(yīng)嚴(yán)格控制額定充滿率，額定充滿率公式為：

式中，Φv為 罐體的額定充滿率；η為充裝系數(shù)，具體見(jiàn)表1；tf為充裝期間液體的平均溫度，℃；α為15℃～50℃范圍內(nèi)液體的平均體積膨脹系數(shù)，α=(ρ15－ ρ50) /(35×ρ50)。

根據(jù)ADR要求，汽油等易燃介質(zhì)如果采用密閉罐裝運(yùn)，15℃～50℃范圍內(nèi)液體的平均體積膨脹系數(shù)計(jì)算可得：α=1.215×10-3。93號(hào)汽油溫度為15℃時(shí)，其額定充滿率按式(4)計(jì)算可得：Φv=93%。

表1 不同介質(zhì)情況下的充裝系數(shù)

那么，一個(gè)42 m3的罐車(chē)，當(dāng)汽油從充裝初始時(shí)的15℃上升到50 ℃時(shí)，按額定充滿率93%計(jì)算，汽油體積增加到：V=42×0.93×729.25/699.5=40.72 m3，裝載時(shí)氣象空間為42×(1－0.93)=2.94 m3，上升到50 ℃ 時(shí)氣象空間為42－40.72=1.28 m3。罐內(nèi)壓力變化可根據(jù)式(3)計(jì)算得到：P50=0.258 MPa。

將此絕對(duì)壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換成表壓，得出罐內(nèi)壓力為0.158 MPa，遠(yuǎn)小于罐體的強(qiáng)度試驗(yàn)壓力0.4 MPa，按ADR要求，充裝時(shí)汽油溫度越低，該溫度下允許的額定充滿率也越低才可確保安全，而且額定充滿率是充裝上限，應(yīng)嚴(yán)格控制。

液罐車(chē)實(shí)際使用狀況

裝載汽油的液罐車(chē)，其罐體如按LGBF設(shè)計(jì)，則罐頂帶有由呼吸閥和緊急泄放裝置組成的安全泄放裝置，那么再看看這樣配置的油罐半掛車(chē)在公路上行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么問(wèn)題。

我國(guó)幅員遼闊，各地道路條件不一致，而油罐半掛車(chē)應(yīng)能滿足各種等級(jí)公路的行駛路況。我國(guó)公路等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

油罐半掛車(chē)與牽引車(chē)掛接后一般前后有一定的高度差，現(xiàn)仍以42 m3的油罐半掛車(chē)為例，不考慮油罐半掛車(chē)前后高度差和運(yùn)輸過(guò)程中液體的膨脹，只考慮上下坡的路況，按公告允許的最低充裝率95%的情況來(lái)看，油罐半掛車(chē)停放在平路上的狀況時(shí)（如圖1），罐內(nèi)液體到罐頂尚有一定的氣象空間；油罐半掛車(chē)停放在5%的坡道上的狀況時(shí)（如圖2），從模擬圖中可以清晰地看到罐頂后部的人孔已完全浸沒(méi)在汽油當(dāng)中，而油罐半掛車(chē)的呼吸閥通常都集成在人孔上（如圖3），罐內(nèi)壓力只要達(dá)到6～8 kPa，呼吸閥就會(huì)開(kāi)啟向外呼氣，此時(shí)由于罐內(nèi)壓力升高或因運(yùn)輸過(guò)程中的液體沖擊，皆會(huì)導(dǎo)致呼吸閥開(kāi)啟，汽油則會(huì)從呼吸閥中溢出。這既造成安全隱患，也不環(huán)保。

考慮到油罐半掛車(chē)主要配送的是油品，行駛道路復(fù)雜，極少在高速公路上行駛。通常多以一、二級(jí)公路為主，也有三、四級(jí)公路的現(xiàn)實(shí)，因此坡度如果達(dá)到7%以上，那么在此情形下，溢油情況會(huì)更加嚴(yán)重。為防止發(fā)生溢油情況，部分廠家違規(guī)做大容積來(lái)贏合市場(chǎng)需求；然而這對(duì)于嚴(yán)格按規(guī)定設(shè)計(jì)、制造的廠家來(lái)說(shuō)，其產(chǎn)品由于溢油或不能裝載到額定噸位便會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有市場(chǎng)；也使得購(gòu)買(mǎi)違規(guī)產(chǎn)品的運(yùn)輸單位能夠足額的正常運(yùn)輸，購(gòu)買(mǎi)合規(guī)產(chǎn)品的運(yùn)輸單位只能少裝；如果不能用足其額定承載，就會(huì)造成資源浪費(fèi)，而且因運(yùn)輸效率低，也必然會(huì)被市場(chǎng)所淘汰。

液罐車(chē)應(yīng)按不同介質(zhì)的特性控制充裝率

目前我國(guó)的油罐車(chē)已與國(guó)際接軌，標(biāo)配底部加載系統(tǒng)，因此油罐裝油不再采用頂部加載而采用底部加載。當(dāng)進(jìn)行底部加載時(shí)，為防止因誤操作導(dǎo)致汽柴油裝載過(guò)量溢出罐體釀成事故，油罐車(chē)還配置有防溢系統(tǒng)。防溢系統(tǒng)的傳感器安裝在罐體頂部，在誤操作導(dǎo)致加載過(guò)量時(shí)，當(dāng)油液上升到傳感器的感應(yīng)部位，傳感器便會(huì)發(fā)出電信號(hào)而自動(dòng)停止加載。為解決反應(yīng)滯后問(wèn)題，美國(guó)石油協(xié)會(huì)的《罐式車(chē)輛的底部加載和油氣回收推薦規(guī)程》API 1004規(guī)定[5]：傳感器感應(yīng)部位上方應(yīng)至少留有227 L的可裝油空間。由于在底部裝載過(guò)程中，油面會(huì)不停的波動(dòng)，為防止正常加載時(shí)油液接觸到傳感器的感應(yīng)部位誤發(fā)信號(hào)，傳感器感應(yīng)部位距額定加載時(shí)的液面則應(yīng)有一定的距離。即使不考慮傳感器感應(yīng)部位與液面應(yīng)有的間距，當(dāng)油罐各倉(cāng)容積較小時(shí)，如小于2.3 m3時(shí)，最大充裝率也應(yīng)小于90%。

ADR僅規(guī)定了上限，所以設(shè)計(jì)人員根據(jù)道路情況，可適當(dāng)加大罐車(chē)容積，保證氣象空間；運(yùn)輸人員可根據(jù)每次運(yùn)輸路線，調(diào)控充裝率，保證運(yùn)輸途中不會(huì)發(fā)生溢油現(xiàn)象，這樣從理論上來(lái)說(shuō)較為合理。

有些介質(zhì)如三氯化磷等，容易吸收空氣中的水分形成鹽酸，會(huì)使罐體嚴(yán)重腐蝕破壞。因此，在運(yùn)輸過(guò)程中需要采取氮封；如果充滿率過(guò)高，那么氮?dú)獬溲b量就會(huì)太少，從而使氮封達(dá)不到理想效果。

再比如黃磷，在常溫下與空氣接觸就會(huì)發(fā)生自燃，所以在運(yùn)輸過(guò)程中通常需要用水密封；為了保證密封效果，水的深度一般應(yīng)不小于120 mm，這樣黃磷的額定充滿率通常僅有80%左右。如果按照大于95%的要求充裝，由于用于密封的水的深度不夠，車(chē)輛在行駛過(guò)程中由于液體晃動(dòng)等原因黃磷易暴露出水面導(dǎo)致自燃，則會(huì)存在安全隱患。

當(dāng)介質(zhì)的充裝率在大于80%或小于20%時(shí)，液體晃動(dòng)較小，防波板起到的作用也很小；而當(dāng)充裝率在20%～80%時(shí)，液體晃動(dòng)大，防波板才真正起到作用。在GB 18564.1－2006及ADR、DOT等液罐車(chē)標(biāo)準(zhǔn)中，明確要求應(yīng)安裝防波板，就是考慮到液罐車(chē)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，其充裝率會(huì)有不足80%的因素。罐箱由于主要是在海上長(zhǎng)距離運(yùn)輸，一般充裝率都較高，所以就沒(méi)有安裝防波板的強(qiáng)制要求。

文章開(kāi)頭列舉的惡性事故中罐車(chē)所充裝的介質(zhì)是甲醇，為Ⅱ類(lèi)包裝，危險(xiǎn)性雖然相對(duì)較低，但是事故后果卻很?chē)?yán)重；還有很多介質(zhì)要求Ⅰ類(lèi)包裝，如劇毒、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)等。這些罐車(chē)一旦發(fā)生事故，其后果更是不堪設(shè)想。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，如要嚴(yán)格控制超載現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)在充裝和運(yùn)輸過(guò)程中的監(jiān)督和監(jiān)管的檢查力度，只要哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，就應(yīng)在哪個(gè)環(huán)節(jié)中加以解決；如果僅是在設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)通過(guò)限制容積解決運(yùn)輸環(huán)節(jié)中存在的超載等問(wèn)題，則針對(duì)性差，隨之會(huì)產(chǎn)生更多問(wèn)題和矛盾而埋下安全隱患，并且容易造成車(chē)輛設(shè)計(jì)制造單位與車(chē)輛使用單位的糾紛，因此該問(wèn)題值得政府各有關(guān)部門(mén)加以重視。

[1] 車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告管理培訓(xùn)材料[G].2006.

[2] 車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告管理培訓(xùn)資料匯編[G].2010.

[3] GB/T 1885-83石油計(jì)量換算表[G].1983.

[4] European Agreement Concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road[S].2012.

[5] Bottom Loading and Vapor Recovery for MC-306 & DOT-406 Tank Motor Vehicles[S].2003.