基于設計代碼L4BN的常壓罐體對于選裝真空減壓閥的研究

摘要：首先探討了真空減壓閥的功用和性能特點；然后介紹了常壓罐體設計代碼為L4BN的罐體的標準要求，并闡述了罐體外壓計算及真空減壓閥的選裝問題；最后通過實例研究了真空減壓閥的選裝要求和安裝情況。

關鍵詞：常壓罐體；L4BN；計算外壓；真空減壓閥

中圖分類號：U462 收稿日期：2024-09-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.014

1 前言

目前，道路運輸液體危險貨物罐式車輛上的金屬常壓罐體設計主要依據(jù)國家標準GB 18564.1—2019［1］《道路運輸液體危險貨物罐式車輛 第1部分：金屬常壓罐體技術要求》。作為道路運輸液體危險貨物罐式車輛企業(yè)的設計者，在設計罐體時，有義務研究好標準要求，使設計出來的每一個罐體均符合國家標準的各項要求。GB 18564.1—2019［1］中對罐體的安全附件做了明確規(guī)定和要求，本文對常壓罐體設計代碼為L4BN的罐體真空減壓閥的選裝問題做一探究。

2 真空減壓閥功用和性能特點

?真空減壓閥在危險品罐車上的主要功能是平衡罐體內部壓力，保證運輸?shù)陌踩浴?真空減壓閥一般安裝在罐車頂部，利用罐內外氣體壓力差工作。當罐內形成真空時，真空減壓閥的閥瓣就會被吸開，允許空氣進入罐內，從而減小壓力差，防止壓力差過大而導致罐體變形。這種閥門由閥體、密封墊圈、O型圈、閥瓣、外罩、六角薄螺母、內角緊定螺釘、彈簧、彈簧座、阻火濾網等組成，其設計旨在通過調節(jié)介質的流量來保持罐前后的壓力平衡，即使在壓力不斷變化的情況下，也能保持出口壓力和壓力差值不變，確保罐體在超壓或真空時免遭破壞，同時減少罐內物料的揮發(fā)和損耗，對安全和環(huán)保起到促進作用。圖1為真空減壓閥的主要組成簡圖。

真空減壓閥通過改變節(jié)流面積來調節(jié)流速和流體動能，從而達到減壓的目的。當?shù)蛪簹馐抑械膲毫Τ^給定壓力時，安全閥會自動排氣，直到氣壓下降到給定值時又自動關閉并保持密封?。真空減壓閥有以下幾個性能特點：

a.氣密封性好。真空減壓閥具有較高的氣密封性，能夠確保連接的高度密封性，防止氣體泄漏?。

b.阻力小。真空減壓閥對氣流的阻力盡量小，即閥門的流導盡可能大，以減少對氣體流動的影響?。

c.?耐磨性好。密封部件耐磨性好，能夠反復使用且壽命長，適用于長時間運行?。

d.放氣量小?。閥體材料及密封件放氣量小，確保在真空環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能?。

e.操作靈活?。真空減壓閥操作靈活，容易清洗安裝，性能可靠、維修方便?。

常壓罐體加裝的真空減壓閥公稱壓力一般為0.6 MPa，負壓開啟壓力范圍一般為-24～-21 kPa，設計溫度為-20～120 ℃，主體采用不銹鋼精鑄成形，特殊車型可根據(jù)需求定制負壓開啟壓力。常壓危險品腐蝕品圓形罐體液壓試驗壓力一般為0.4 MPa，故真空減壓閥的公稱壓力0.6 MPa，也可以滿足使用要求。

3 常壓罐體設計代碼L4BN

經常裝運的常壓危險品化工介質比如氫氯酸、氫氧化鈉溶液、硫酸等，按GB 18564.1—2019［1］標準附錄A中可查的，以上介質設計代碼均為L4BN，標準中也明確規(guī)定對設計代碼的四個部分對應有詳細說明，如圖2所示。根據(jù)此設計代碼L4BN可知，該罐體的液壓試驗壓力需0.4 MPa，且罐體需要圓形截面；根據(jù)GB 18564.1—2019標準條款5.4.2中要求罐體需加裝緊急切斷閥；根據(jù)GB 18564.1—2019標準表A.1中罐體設計代碼的規(guī)定，罐體頂部的人孔無需加裝緊急泄放裝置，但罐體頂部需要加裝安全閥。圖2為GB 18564.1—2019標準中對設計代碼的規(guī)定。

4 罐體外壓計算

根據(jù)設計代碼L4BN要求罐體頂部需加裝安全閥，而根據(jù)GB 18564.1—2019條款6.2.1.7中針對不同情況下安全閥的選用規(guī)則及設計壓力的選取可得知，設計代碼為L4BN的常壓圓形罐體設計壓力一般均大于0.1 MPa。再根據(jù)GB 18564.1—2019條款5.2.1.1要求罐體設計壓力大于0.1 MPa的罐體需符合GB/T 150［2］的規(guī)定。所以，上述罐體的計算外壓需要根據(jù)GB/T 150.3里面的條款4，分別對封頭和筒體進行外壓計算。一般罐體的筒體壁厚均小于封頭的壁厚，所以先對罐體進行外壓計算，若罐體壁厚無法滿足外壓計算結果要求，就無需對封頭再進行外壓計算。圖3為GB 18564.1—2019標準中安全閥的選取要求。

根據(jù)上述要求，即介質飽和蒸氣壓在0.01～0.075 MPa之間，那么安全閥的整定壓力最小就要選取0.15 MPa。根據(jù)GB 18564.1—2019條款5.2.4中去罐體的設計壓力，則設計壓力最小為0.16 MPa。在GB 18564.1—2019條款5.2.1.1 b）中要求設計壓力大于或等于0.1 MPa或真空度大于或等于0.02 MPa的罐體應符合GB/T 150、JB 4732［3］或JB/T 4734［4］的規(guī)定。設計代碼為L4BN的介質一般使用罐體材質為碳素鋼或不銹鋼，所以此類罐體設計需滿足GB/T 150和JB 4732的相關標準條款內容。

無論是客戶還是生產企業(yè)在實際運行中，都要考慮整車的整備質量和罐體的制作成本，所以罐體壁厚一般不會選用太大，實車罐體壁厚一般會在滿足標準設計厚度基礎上稍加一點余量。而且設計代碼為L4BN的常壓危險品罐體大部分均為內襯塑罐體，不考慮腐蝕裕量，所以壁厚選取一般3.5～4.2 mm。另根據(jù)18564.1—2019條款5.2.13.5中加強部件的要求，相鄰兩個加強部件及加強部件與相鄰封頭之間的容積應小于或等于7.5 m3，而一般是防浪板作為罐體內部的加強部件，這樣防浪板之間間距也會比方圓罐型的間距大，一般為1 700～2 200 mm。根據(jù)GB/T 150.3中條款4中的相關公式計算封頭和罐體的外壓，根據(jù)多個常壓危險品罐體的經驗計算，罐子的罐體計算外壓大部分在0.025～0.032 MPa之間。如表1為碳鋼Q235B材質的一個圓形腐蝕品罐，壁厚為4 mm的帶襯塑材料的罐體計算外壓示例；如表2為碳鋼Q235B材質的一個圓形腐蝕品罐，壁厚為4.75 mm的帶襯塑材料的罐體計算外壓示例。

根據(jù)表1和表2的計算結果可知，若該罐體加裝真空減壓閥的話，罐體壁厚只需要4 mm即可，若不加裝真空減壓閥的話，罐體壁厚需4.75 mm。罐體壁厚由4 mm增加到4.75 mm后，整個罐體整備質量增加了272 kg。

5 罐體選裝真空減壓閥

雖然根據(jù)常壓危險品罐體L4BN的設計代碼規(guī)定看，罐體只要求加裝安全閥，沒有明確要求加裝真空減壓閥，但在標準18564.1—2019條款5.2.6.1中有明確規(guī)定：當未裝真空減壓閥、呼吸閥時，罐體的計算外壓應大于或等于0.04 MPa；當裝有真空減壓閥但未裝呼吸閥時，罐體的計算外壓應大于或等于0.021 MPa。罐車生產廠家為了降低成本，罐體壁厚在滿足國家標準18564.1—2019的基礎上，一般選用壁厚不會太厚。且根據(jù)以往多個常壓危險品罐體的外壓計算經驗，罐體的計算外壓均超過0.021 MPa，但均未超過0.04 MPa。故針對設計代碼為L4BN的壁厚較薄的常壓危險品圓形罐體，罐頂建議加裝真空減壓閥，降低企業(yè)生產成本并以此來確保車輛在運輸過程中的安全性。

通過表1和表2的不同罐體外壓計算結果來看，用4 mm/Q235B板材將會比用4.75 mm/Q235B板材在罐體材料上節(jié)約275 kg的鋼板，直接經濟成本約1 170元。若換成S30408材質的罐體，罐體因壁厚增加的成本會更高，而一個真空減壓閥的費用遠遠低于罐體材料增加的成本。設計者可根據(jù)銷售客戶壁厚要求并嚴格計算后綜合考慮罐體是否選裝真空減壓閥。

另若罐體外壓計算結果達不到設計標準值要求的情況下，而罐體也沒有加裝真空減壓閥，罐內產生真空的工況下，可能會出現(xiàn)罐子被大氣壓力不同程度壓扁情況。曾有案例，某罐車在維修前進行蒸罐操作，蒸罐結束后罐體在冷卻過程中，罐內產生負壓，罐頂沒有真空減壓閥或呼吸閥門，最后導致罐體被吸扁。也有在185643ZquwzSwX7k+MxSS1Nq35Q==.1—2019標準生效以前的罐體，罐體附件沒有嚴格按標準加裝安全附件，罐體在卸料時，罐頂?shù)暮粑y門沒有打開，致使罐體內產生負壓，罐體被大氣壓壓扁的情況，如圖4所示。

6 真空減壓閥的選裝要求及安裝實例

真空減壓閥一般加裝在常壓危險品罐體的頂部，用法蘭與罐體連接，法蘭可以與罐體直接焊接，也可以與罐體通過一段圓管連接。無論是何種形式的連接，罐體頂部開孔處焊接接頭均為內外雙面滿焊，并且必須按NB/T47013［5］的規(guī)定對焊接接頭進行磁粉或滲透檢測。每個真空減壓閥也必須有一個大于或等于284 mm2的流通截面積。易燃介質用的真空減壓閥應具備阻火功能。真空減壓閥應安裝于罐體的頂部，用于控制罐內負壓，使其保持相應的壓力范圍內。目前市面上的真空減壓閥材質一般為不銹鋼材質，常壓液體危險貨物介質主要設計參數(shù)及與真空減壓閥材料的相容性如表3所示。

由表3可以看出，不同介質在設計溫度50 ℃時與真空減壓閥的材質相容性不同，有的介質可能對真空減壓閥腐蝕較嚴重。由于目前市場上做真空減壓閥企業(yè)選用的材質均為SUS304材質，這就需要罐車使用單位定期檢查真空減壓閥的組件是否被腐蝕或要更換新的真空減壓閥。比如罐子裝運介質為氨水，氨水對真空減壓閥的材質腐蝕性能優(yōu)良，這個車的真空減壓閥腐蝕性就可以不用經常檢測；而針對裝運介質為氫氧化鈉溶液的罐子，氫氧化鈉溶液對不銹鋼真空安全閥的腐蝕較重，這就需要使用單位檢測提高檢查真空減壓閥的頻次，以避免真空減壓閥被腐蝕損壞后，罐內介質通過真空減壓閥大量排出，造成環(huán)境污染或人身傷害。圖5、圖6為真空減壓閥安裝在罐體頂部的實物照片。

7 結語

設計代碼為L4BN的常壓危險品罐體是否加裝真空減壓閥，需要設計者根據(jù)選用的罐體壁厚并根據(jù)標準18564.1—2019的相關條款進行嚴格計算，根據(jù)計算結果決定是否需要選裝真空減壓閥。作為常壓危險品罐車設計者，不能僅僅看設計代碼的表面要求，要研究透國家標準，并對不同的標準條款要求進行深入分析，嚴格根據(jù)標準條款進行設計計算，從而設計出符合國家標準的罐體，確保企業(yè)生產出來的危險品罐車在實際使用過程中的運輸安全。

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作者簡介：

張香芝，女，1982年生，助理工程師，研究方向為專用車設計。