軍用運(yùn)加油車底閥的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

韓 凱,張起欣,張贊牢

(后勤工程學(xué)院 軍事供油工程系，重慶 401331)

【后勤保障與裝備管理】

軍用運(yùn)加油車底閥的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

韓 凱,張起欣,張贊牢

(后勤工程學(xué)院 軍事供油工程系，重慶 401331)

近年來運(yùn)加油設(shè)備泄露事故呈上升趨勢，各國為此也制定了相關(guān)的新標(biāo)準(zhǔn)，原有的運(yùn)加油設(shè)備不再適應(yīng)新的安全形勢，因此具備應(yīng)急切斷、超溫自動(dòng)關(guān)斷和高液位保護(hù)功能為一體的雙向緊急切斷高液位新型控制閥成為當(dāng)今研究和應(yīng)用的趨勢。本文根據(jù)相關(guān)新制定的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)發(fā)展情況，對(duì)此種新型控制閥的優(yōu)點(diǎn)及主要存在的研究問題和相關(guān)解決方法做簡單概述，旨在為相關(guān)技術(shù)人員提供參考，提升?；愤\(yùn)輸安全性，達(dá)到降低安全事故發(fā)生率的目標(biāo)，推動(dòng)國家軍隊(duì)?；愤\(yùn)輸健康發(fā)展。

運(yùn)加油裝備；底閥；高液位保護(hù)；緊急切斷

運(yùn)加油裝備以其運(yùn)行機(jī)動(dòng)、靈活，保障快速、準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn)，各國軍隊(duì)都將其作為平、戰(zhàn)時(shí)油料運(yùn)輸和油料加注的骨干保障裝備，運(yùn)加油裝備的技術(shù)水平直接影響平、戰(zhàn)時(shí)油料保障工作[1]。我軍根據(jù)自身需要也裝備大量不同類型、不同規(guī)格的運(yùn)加油裝備，由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)滯后和設(shè)備技術(shù)水平限制，軍內(nèi)外運(yùn)加油設(shè)備都未配備帶緊急切斷功能、溫度超標(biāo)緊急切斷功能的專用進(jìn)出油閥門，大部分車輛也未安裝高液位保護(hù)裝置(除飛機(jī)加油車以外)[2]。油罐車裝油冒油事故，車輛發(fā)生意外，管路受損不能夠緊急切斷致使油料泄漏事故時(shí)有發(fā)生，火災(zāi)隱患和油料泄漏環(huán)境污染隱患大，嚴(yán)重影響油料裝卸作業(yè)和運(yùn)輸安全。同時(shí)，部分安裝有高液位保護(hù)裝置的車輛，由于高液位保護(hù)裝置只能夠單向工作，致使油料裝卸兩條通道，工藝復(fù)雜[3]。

本文通過分析國內(nèi)外先進(jìn)底閥、高液位控制閥的基礎(chǔ)上，結(jié)合軍隊(duì)使用需要，提出一種具備緊急切斷、高液位保護(hù)、超溫自動(dòng)關(guān)斷功能為一體油料可雙向流動(dòng)的控制閥。本文就相關(guān)現(xiàn)狀和擬采用的相關(guān)技術(shù)闡述如下。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀情況分析

1.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

國外早在上世紀(jì)70年代就為保障?；瘜W(xué)品運(yùn)輸安全，制定了相應(yīng)的法規(guī)，并根據(jù)法規(guī)相關(guān)條款要求，開發(fā)制造了配套產(chǎn)品，同時(shí)也制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?！稓W洲危險(xiǎn)貨物國際公路運(yùn)輸協(xié)定—ADR》[4]就是典型的代表，在德國、英國、意大利、荷蘭、西班牙、瑞典、瑞士等歐洲國家強(qiáng)制執(zhí)行，適用于各類型公路運(yùn)輸危化學(xué)品槽車?！禘N 13308危險(xiǎn)品運(yùn)輸槽罐車—槽罐車的輔助設(shè)備—非壓力平衡底閥、EN 13316危險(xiǎn)品運(yùn)輸槽罐車—槽罐車的輔助設(shè)備—壓力平衡底閥》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相應(yīng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制作、檢驗(yàn)、試驗(yàn)等進(jìn)行了規(guī)范。

國外使用的底閥主要有壓力平衡型和非壓力平衡型兩大類型，底閥主要由閥體、驅(qū)動(dòng)氣缸、閥芯、易溶保護(hù)裝置等組成?？衫脷鈩?dòng)、液壓或機(jī)械方式控制其啟閉。典型產(chǎn)品有ALFONS HAAR公司DN80、DN100系列底閥、OPW的各類型底閥系列等。

其中EURO 100底閥主要技術(shù)參數(shù)如下：

尺寸：DN100

工作壓力：500 kPa

爆破壓力：2 500 kPa

最大流量：2 500 L/min

工作溫度：-20 ℃～+70 ℃

近年來，我國也逐漸重視危化品運(yùn)輸?shù)陌踩浴?012年我國頒布了《QCT 932—2012 道路運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物罐式車輛緊急切斷閥》[5]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但該規(guī)范只對(duì)DN100緊急切斷閥進(jìn)行了規(guī)范，其它形式、其它規(guī)格未做要求。2014年我國國家安全監(jiān)管總局工業(yè)和信息化部、公安部、交通運(yùn)輸部、國家質(zhì)檢總局聯(lián)合下發(fā)安監(jiān)總管三〔2014〕74號(hào)文件，規(guī)定在用液體危險(xiǎn)貨物罐車必須加裝緊急切斷裝置[6]。相信隨著我國相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的頒布，相應(yīng)配套的產(chǎn)品也會(huì)越來越完善，?；返倪\(yùn)輸也會(huì)越來越安全。

1.2 軍用運(yùn)加油車緊急切斷閥和液位控制閥的發(fā)展

前蘇軍將運(yùn)油車作為戰(zhàn)役后方特別是戰(zhàn)術(shù)后方油料前送的主要裝備，各級(jí)油料運(yùn)輸部隊(duì)都配備大量的運(yùn)油車。前蘇軍在1955—1964年間生產(chǎn)的第二代汽車改裝的運(yùn)加油車上使用緊急切斷閥，大大增加了運(yùn)加油車的安全性能。目前，其ATM3-5-4320、AT3-60等型號(hào)運(yùn)加油車都已經(jīng)加裝緊急切斷閥。

美軍在20世紀(jì)50年代初開始裝備的M49系列運(yùn)油車就已經(jīng)裝備第一代機(jī)械式緊急切斷閥，該閥能夠適應(yīng)運(yùn)加油車的越野性。1989年，美軍大量采購的M1061系列運(yùn)加油車裝備了性能完備的緊急切斷閥和液位控制裝置，大大增強(qiáng)了運(yùn)加油車的安全性能[7]。

目前我軍全部運(yùn)加油裝備都已經(jīng)裝備具有雙向流動(dòng)功能的緊急切斷閥，但該閥不具備高液位控制功能，高液位控制裝置需要另外通道進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，使用較為繁瑣。

緊急切斷閥也被稱之為事故隔離閥，它是一種在緊急情況下，能夠阻斷上游危險(xiǎn)物料來源，以免發(fā)生事故的一種閘閥。緊急切斷閥應(yīng)用在加工處理或者貯存運(yùn)輸高危險(xiǎn)物料的過程中，在油料的運(yùn)輸和裝卸作業(yè)情況下，運(yùn)加油車上裝備的緊急切斷閥一般是在現(xiàn)場進(jìn)行安全操作。

緊急切斷閥的結(jié)構(gòu)主要是閥體與執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分，通過相互配合起到緊急切斷功能。緊急切斷閥起初第一代是機(jī)械式緊急切斷閥，現(xiàn)在發(fā)展到第三代遠(yuǎn)控電動(dòng)緊急切斷閥[8]。其中典型的機(jī)械式緊急切斷閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.杠桿； 2.易熔元件自動(dòng)切斷裝置； 3.閥體； 4.小彈簧；5.過流閥瓣； 6.先導(dǎo)式閥桿； 7.大彈簧； 8.閥罩

圖1 典型運(yùn)加油車緊急切斷閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

目前我軍運(yùn)加油裝備少量已經(jīng)裝備高液位控制裝置。國內(nèi)外高液位控制主要采用電控，通過檢測危險(xiǎn)品罐車各個(gè)油罐的液位，將檢測信號(hào)傳輸至固定發(fā)油控制系統(tǒng)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定液位后，控制系統(tǒng)控制固定發(fā)油系統(tǒng)停泵、關(guān)閥，防止油料外溢。

國內(nèi)?；瘜W(xué)品運(yùn)輸罐車高液位控制主要采用兩種形式，一種類似于國外的電控；一種采用差壓式高液位閥控制。典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

通過分析目前國內(nèi)外運(yùn)加油車緊急切斷閥和高液位控制裝置，我們可以得知我軍運(yùn)加油裝備有如下特點(diǎn)：傳統(tǒng)底閥(緊急切斷閥)將主閥安裝于運(yùn)加油裝備罐體內(nèi)，在主閥法蘭與管路法蘭設(shè)置結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)。管路發(fā)生意外受損或外部火災(zāi)等原因溫度升高時(shí)，底閥可自動(dòng)關(guān)閉，將油罐中油料封閉在罐體內(nèi)，防止發(fā)生泄漏。傳統(tǒng)高液位控制閥主閥安裝在獨(dú)立于底閥的另一條管路上，在罐體內(nèi)部設(shè)置液位限定浮子閥，當(dāng)達(dá)到限定液位后，自動(dòng)關(guān)閉防止冒油事故發(fā)生，不具備應(yīng)急切斷保護(hù)，管路受損油料外泄。

我軍運(yùn)加油裝備根據(jù)需要也加裝了帶快速切斷功能的底閥和高液位控制裝置，基本選用民用產(chǎn)品。為滿足部分特殊加油裝備需要，也開發(fā)了一些特種高液位控制閥，如圖3所示。由于軍隊(duì)運(yùn)加油裝備在作業(yè)功能要求比民用運(yùn)加油車更多、更完善，作業(yè)安全性要求更高，迫切需要功能更完善的可同時(shí)實(shí)現(xiàn)緊急切斷與高液位控制功能為一體的控制閥，滿足油料進(jìn)出控制和高液位控制需要。

圖2 典型電控液位控制系統(tǒng)

圖3 裝甲運(yùn)加油車用高液位控制閥

2 新型控制閥的優(yōu)點(diǎn)

1) 雙向緊急切斷高液位控制閥功能齊全、完備，技術(shù)優(yōu)勢明顯。

雙向緊急切斷高液位控制閥集成傳統(tǒng)底閥、高液位控制閥功能，同時(shí)具備管路應(yīng)急切斷、超溫自動(dòng)關(guān)斷和高液位保護(hù)功能，解決了傳統(tǒng)底閥與高液位控制閥功能單一，可有效防止運(yùn)加油裝備事故管路受損油料外泄和裝油冒油事故發(fā)生，完善了運(yùn)加油裝備的保護(hù)功能，增強(qiáng)了運(yùn)加油裝備油料運(yùn)輸與裝卸的安全性。

2) 雙向緊急切斷高液位控制閥可減少一條油料進(jìn)出通道，優(yōu)化了運(yùn)加油裝備工藝流程，增強(qiáng)運(yùn)加油裝備可靠性、可維修性和經(jīng)濟(jì)性。

傳統(tǒng)運(yùn)加油裝備為實(shí)現(xiàn)管路應(yīng)急切斷保護(hù)、高液位保護(hù)等功能，在工藝流程上必須設(shè)置進(jìn)出油兩條油料通道，分別安裝傳統(tǒng)底閥和高液位控制閥，如圖4所示為某類型加油車工藝流程，完成油料裝卸油作業(yè)。雙向緊急切斷高液位控制閥將傳統(tǒng)底閥和高液位控制閥功能集成為一體，一個(gè)閥門可取代傳統(tǒng)底閥和高液位控制閥兩個(gè)閥門，在工藝流程上減少了一條油料進(jìn)出通道，減少了相應(yīng)管路、閥門、接頭、連接部件和油罐開口，優(yōu)化了運(yùn)加油裝備工藝流程，同時(shí)增強(qiáng)了裝備可靠性、可維修性，降低了裝備制造費(fèi)用和后續(xù)維護(hù)費(fèi)用[9]。圖5為采用雙向緊急切斷高液位控制閥后流程，該流程與傳統(tǒng)相比減少4個(gè)閥門，并且功能更完善。

1～9.球閥； 10.油罐； 11.高液位計(jì) 12.高液位控制閥； 13.排污閥； 14.氣控底閥； 15.地井軟管接頭； 16.油泵； 17.目測取樣器； 18.集油箱； 19.過濾分離器； 20.壓差計(jì)； 21.呆得曼控制手柄； 22.壓力流量應(yīng)急控制器； 23.流量計(jì)； 24.文氏管； 25.蓄能器； 26、27.加油卷盤

圖4 某類型加油車工藝流程

圖5 某類型加油車采用雙向緊急切斷高液位控制閥后工藝流程

3 新型閥門關(guān)鍵技術(shù)

3.1 自動(dòng)流向識(shí)別與氣液聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)

雙向緊急切斷高液位控制閥要實(shí)現(xiàn)進(jìn)出油雙向控制，必須能夠判斷雙向緊急切斷高液位控制閥處于的工作狀態(tài)，根據(jù)判定工作狀態(tài)實(shí)施氣液聯(lián)動(dòng)切換至相應(yīng)工作狀態(tài)?？刂崎y兩項(xiàng)主要功能由同一主閥實(shí)現(xiàn)。兩種功能相互矛盾，既要保護(hù)裝油不冒油，管路關(guān)斷；又要能夠?qū)⒐苈反蜷_卸油。需要研制一套自動(dòng)流向識(shí)別與氣液聯(lián)動(dòng)控制裝置完成功能切換。

自動(dòng)流向識(shí)別與氣液聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)是控制閥功能實(shí)現(xiàn)和可靠工作的前提，要求自動(dòng)流向識(shí)別與氣液聯(lián)動(dòng)控制必須動(dòng)作準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠。根據(jù)以上要求，自動(dòng)流向識(shí)別與氣液聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)路線是在主閥前端設(shè)置流向識(shí)別導(dǎo)閥，流向識(shí)別導(dǎo)閥驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)連鎖控制開關(guān)。氣動(dòng)連鎖控制開關(guān)切換氣路，功能切換導(dǎo)閥動(dòng)作實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換。功能切換導(dǎo)閥是實(shí)現(xiàn)兩種功能結(jié)合在一起的關(guān)鍵，功能切換導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)如圖6所示

功能切換導(dǎo)閥由閥體、活塞、閥芯等組成，主要與自動(dòng)流向識(shí)別與氣液聯(lián)動(dòng)控制裝置聯(lián)動(dòng)開啟或關(guān)閉控制閥中腔泄壓流道，實(shí)現(xiàn)緊急切斷功能和高液位功能切換。

1.功能切換進(jìn)氣口； 2.活塞； 3.控制閥中腔泄流流道(接浮子導(dǎo)閥)； 4.閥芯； 5.接控制閥中腔

圖6 功能切換導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)

功能切換導(dǎo)閥主要用于開啟或關(guān)閉控制閥中腔泄流流道，進(jìn)行緊急切斷閥和高液位功能轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)緊急切斷閥功能時(shí)，自動(dòng)流向識(shí)別與氣液聯(lián)動(dòng)控制裝置關(guān)閉功能轉(zhuǎn)換導(dǎo)閥進(jìn)氣口，功能切換導(dǎo)閥液體泄壓流道關(guān)閉。實(shí)現(xiàn)高液位控制功能時(shí)，自動(dòng)流向識(shí)別與氣液聯(lián)動(dòng)控制裝置打開功能轉(zhuǎn)換導(dǎo)閥進(jìn)氣口，功能切換導(dǎo)閥活塞推動(dòng)閥芯打開泄壓流道，控制閥中腔泄壓流道打開。

3.2 開關(guān)阻尼緩沖與水擊防控技術(shù)

雙向緊急切斷高液位控制閥帶壓開關(guān)時(shí)，閥門突開壓力突降，造成壓力波動(dòng)大，引起主閥頻繁開關(guān)發(fā)生水擊，因此需要對(duì)功能切換開關(guān)進(jìn)行控制，防止水擊發(fā)生損壞設(shè)備。

通過雙小孔阻尼控制與輸送油料阻尼相結(jié)合控制閥門開關(guān)速度，防止水擊發(fā)生。通過變化差壓面積、合理控制彈簧彈力等措施，防止主閥頻繁開關(guān)。

3.3 誤操作安全保護(hù)聯(lián)動(dòng)技術(shù)

閥門誤操作有可能發(fā)生冒油等事故發(fā)生，控制閥要求對(duì)卸油與裝油進(jìn)行聯(lián)動(dòng)安全保護(hù)，防止卸油時(shí)高液位保護(hù)功能缺失發(fā)生事故。

通過主閥啟閉閥桿與防倒流止回機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)誤操作聯(lián)動(dòng)保護(hù)。

3.4 一體式控制主閥研制

控制閥兩種主要功能共用同一主閥，主閥功能即要滿足應(yīng)急切斷，又要能夠簡便打開裝卸油，還要實(shí)現(xiàn)高液位保護(hù)自動(dòng)關(guān)閉。需要研制多功能實(shí)現(xiàn)、啟閉可靠的控制主閥。

一體式控制主閥采用差壓式結(jié)構(gòu)形式，由內(nèi)外兩個(gè)腔體組成，主閥芯安裝在內(nèi)腔體內(nèi)，通過建立與取消內(nèi)腔壓力實(shí)現(xiàn)高液位控制功能。通過聯(lián)動(dòng)氣缸油料雙向流動(dòng)控制功能。

4 結(jié)論

雙向緊急切斷高液位控制閥可取代傳統(tǒng)底閥和高液位控制閥兩個(gè)閥門的作用，同時(shí)具備應(yīng)急切斷、環(huán)境溫度超標(biāo)自動(dòng)關(guān)斷、油罐高液位保護(hù)功能。該控制閥已經(jīng)研制成功，目前正推廣到軍隊(duì)使用中。該底閥的出現(xiàn)可完善我軍運(yùn)加油裝備油料運(yùn)輸安全性和裝卸油安全性，降低由于油料外泄、冒油等引發(fā)的火災(zāi)、環(huán)境污染等事故，同時(shí)也提高了裝備的維修性、可靠性和經(jīng)濟(jì)型性。

[1] 姜克壘,吳家鋒,徐志波.基于油料保障能力的模糊評(píng)估[J].四川兵工學(xué)報(bào),2015,36(4):85-87..

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(責(zé)任編輯 唐定國)

Development of the Application and the Key Problems of the Foot Valves on the Military Petrol Transport

HAN Kai， ZHANG Qixin， ZHANG Zanlao

(Department of Petroleum Supply Engineering, Logistics Engineering University, Chongqing 401331, China)

Based on the fact of increasing leakage accidents of the petrol transport in recent years， new corresponding policies have been formulated by many countries. Since the original petrol transport has no longer adapted to the present security situation, a new control valve has become a growing trend with functions of bidirectional emergency switching-off, automatic turn-off under over-temperature and high-level protection. Thus, this dissertation will discuss the advantages of the new equipment and the existing problems of the present research and relevant solutions in order to provide theoretical help to technicians, in hopes of enhancing the safety of hazardous chemicals transportation, reducing accidents and promoting the development of the Chinese army on the field of chemicals transporting.

transport and refueling equipment; foot-valve; high level protection; emergency switching-off

2017-02-23；

2017-04-15

韓凱(1992—)，男，碩士研究生，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)裝備研究。

張起欣(1975—)，男，講師，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)方面研究。

10.11809/scbgxb2017.08.020

format:HAN Kai，ZHANG Qixin，ZHANG Zanlao.Development of the Application and the Key Problems of the Foot Valves on the Military Petrol Transport[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(8):86-89.

U469

A

2096-2304(2017)08-0086-04

本文引用格式：韓凱,張起欣,張贊牢.軍用運(yùn)加油車底閥的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(8):86-89.