论文部分内容阅读
摘 要：如果正在运输过程中的液化天然气罐车发生事故，极易造成LNG的泄漏，LNG会在很短时间内大量泄漏并扩散，遇到明火会发生爆炸，不但会给道路交通安全造成巨大威胁，而且还会给人民群众的人身和财产安全造成巨大威胁。LNG罐车罐体是装运LNG的设备，其失效会造成重大事故，在对LNG罐车进行检查时，发现LNG罐车出现腐蚀和开裂等情况，这些缺陷会影响到罐车的安全运行，因此，保证罐车安全是重中之重的大事。
关键词：液化天然气汽车;罐车;真空失效
前言
液化天然气（LNG）作为世界上最清洁的能源之一，广泛运用于民用和工业之中，LNG主要产生于石油气田及石油开开采过程中，由甲烷、乙烷、丙烷、一氧化碳等多种可迅速燃烧的气体成分组成，通常在常压常温状态下呈气态，经过压缩很容易转化为液态。具有易燃、易燃的特性，其与空气的混合物的爆炸极限约为1.7%～9.7%。LNG常压沸点较低，当LNG泄漏到空气中时，由于压力的降低，LNG就是快速气化使其体积迅速膨胀到原来的250倍左右。热膨胀系数一般温度越高，其膨胀越大，而LNG的热膨胀系数非常大，因此，罐车满载时，当罐内温度升高，罐内压力会急剧升高。由于LNG具有以上特性，LNG运输相对于普通货物运输具有更大的危险性。
1 LNG设备的选型
温度仪表：对于深冷的工况，温度变送器应尽可能采用分体式安装，以免低温传导至变送器对其正常测量与变送产生影响。而冷箱中的超低温工况，温度检测元件应选用T型的热电偶或精度高的Pt100热电阻。
压力及差压仪表：深冷工况的压力及差压仪表需要加装多圈的冷凝圈，以防止冷介质直接接触仪表而使其损坏。
流量仪表：液化的天然气如果不应用于计量方面，选用涡街流量计是比较合适的，同样需要注意的是，深冷的工况下，变送器和检测元件需要分体式安装。
液位仪表：就地的磁翻板液位计和远传导播雷达液位计依然是深冷液位计相对较好的选择。为了保冷和防止人员冻伤，均需要选择防霜型，磁翻板需要做双层抽真空。LNG及重烃的介电常数较低，导播雷达的反射波相对较弱，而干扰信号有时显得很强，为了抑制干扰，选择同轴式导波雷达或带有导播管的导波雷达是十分有必要的。在测量原理方面，必要时可应用底部回波的方式测量液位高度。
调节阀与开关阀：对于深冷工况的阀门，首先其材质至少为不锈钢，且材料原料在阀门厂商生产前进行预冷处理后再进行加工的;开关阀的阀座选用以耐低温的非金属材料居多，通常为PCTFE、PEEK等材料;在阀门的结构设计中，需要考虑防火、防静电等方面;阀门的阀盖形式，应选用长颈型，防止填料和执行机构接触冷介质;而带有滴盘的阀盖，可以有效的防止空气中遇冷产生的冷凝水流入保冷层;对于球阀，还需要要求阀门关闭时，留在球腔中的LNG气化后能够将球腔中的压力泄入到阀前或者阀后，确保中腔的安全;对于大尺寸的深冷阀门，则需要在出厂前进行深冷试验。
2 内容器泄漏引起的真空突发失效
2.1 内容器封头裂纹引起的内容器泄漏
2.1.1 原因分析
内容器封头裂纹引起的内容器泄漏主要是在低温罐车年检后或停用一段时间再次启用时发生，此时内容器温度已达到常温状态，如果没有对内容器进行充分的预冷，液化天然气注入时会对内容器造成急冷，引起较大的温差应力，导致内容器封头材料开裂。内容器的筒体与封头一般均采用S30408奥氏体不锈钢材料，奥氏体不锈钢属于面心立方晶格结构，具有优异的低温性能，无脆性转变温度，在低温下具有良好的塑形和韧性。内容器封头在成型前为奥氏体组织，冷加工过程中由于塑形变形而会形成部分马氏体组织，引起材料的强度及硬度增加，但延性和塑性下降。通过对封头用铁素体含量检测仪测量，封头的球面部位铁素体含量较低，过渡半径处较高，直边段上最高，因此引起材料的裂纹主要都发生在封头的直边段上，经测量铁素体含量均达到30%以上。
2.1.2 预防措施
a.封头订货时，可提出铁素体含量的要求，因目前国内外的一些标准中，未对奥氏体不锈钢中形变马氏体的含量作出具体规定，根据实际应用情况及封头制造厂的工艺制造水平推荐铁素体的含量一般不宜高于15%，对于重要的使用场合，可提出在封头压制成型后进行固溶处理的要求，但此要求会增加采购成本并延长交货期;
b.设计时，上进液喷淋管尽量延伸到内容器前端，喷淋孔截面积总和应不小于喷淋管截面积，管路端部设置非密闭性的封板，应保证充液时整个内容器都能均匀地预冷，减小温差应力;
c.在产品使用说明书中或给用户培训时，必须强调低温罐车在首次使用或停用一段时间再次启用时，内容器充分预冷的重要性，并可在罐车的操作箱内粘贴提示。
2.2 防波板处筒体裂纹引起的内容器泄漏
2.2.1 原因分析
汽车罐车属移动式压力容器，在运行中由于受转弯、紧急制动以及不良路面等路况的影响，在惯性力的作用下罐内液体也随着涌动。特别是在罐车紧急制动的情况下，罐内液体产生较大的纵向液体冲击力，使防波板及连接焊缝受到交变冲击载荷影响，固定防波板的托板（角钢或扁钢）与罐体焊缝处易发生开裂。
3 外壳泄漏引起的真空丧失
3.1 外置加强圈引起的外壳泄漏
3.1.1 原因分析
低温罐车的内容器及外壳之间是高真空多层绝热夹层，外壳承受着外压，设置有抗外压加强圈。根据加强圈在外壳上设置的位置，加强圈有内置和外置两种形式。外置加强圈一般采用半圆管或槽形件，可与外壳之间形成封闭的空间。加强圈与外壳之间采用连续焊接，但如果焊接时未能有效保证加强圈与外壳之间的密封性，在雨天时，雨水会渗入到加强圈内部并在加强圈的底部聚集。当低温罐车冬天进入北方地区或其他气温低于0℃的地区时，聚集的水结成冰，体积发生膨胀，膨胀后在加强圈与外壳的焊接处易拉出裂纹，导致外壳泄漏。
3.1.2 预防措施
在外壳外置加强圈的最底部钻排水孔，并注意在低温罐车表面喷涂时，以及运营中必須要始终保持此孔的畅通。
3.2 V型支座前端垫板处裂纹引起的外壳泄漏
3.2.1 原因分析
V型支座用于低温罐体和定型底盘或半挂车行走机构的连接，由于低温罐车是移动式压力容器，支座在受到罐体重力的同时，还受到罐体冲击力的作用。此时会在V座前端处发生结构突变，受力不连续，出现应力集中。罐车运行过程中，罐体惯性力较大，产生附加应力，造成在支座端部与罐体连接部位应力水平较高，产生微裂纹，随着时间的推移，微裂纹逐步扩展导致外壳泄漏。
3.2.2 预防措施
a.通过应力分析计算此处的受力情况，应力值控制在材料的许用应力范围内;
b.结构上可通过增加前端V座垫板的长度、在V座端部增加封板或V座前端形状采用逐步过渡的方式减缓局部应力。
3.3真空隔离阀松动引起的外壳泄漏
3.3.1原因分析
低温罐车上设置的真空隔离阀和真空规管主要用于检测罐车的真空度，但真空规管的规脚容易发生氧化，导致无法准确检测罐车的真空度，这时需要对真空规管进行更换，真空规管与真空隔离阀采用螺纹连接，真空隔离阀与外壳之间也采用螺纹连接，如在拆卸真空规管的过程中不固定真空隔离阀，真空隔离阀会随着真空规管一起转动，导致其与外壳连接处发生泄漏。
3.3.2预防措施
a.做好真空规管的防护措施，增加防护罩，隔离雨水和空气，避免规脚发生氧化;
b.在真空规管损坏需拆卸更换时，必须采用两个扳手，以保证拆卸真空规管时真空隔离阀不发生松动。
结束语
通过对液化天然气汽车罐车常见的突发真空失效原因进行分析，提出了在设计、制造及使用罐车过程中的注意事项及预防措施，以避免在运营过程中突然出现真空丧失引发安全事故。
参考文献
[1]刘树锋，周怀发，孙世一.LNG槽车装车橇测试验收及试运行的控制要点[J].油气储运，2016，35（4）：444～448.
关键词：液化天然气汽车;罐车;真空失效
前言
液化天然气（LNG）作为世界上最清洁的能源之一，广泛运用于民用和工业之中，LNG主要产生于石油气田及石油开开采过程中，由甲烷、乙烷、丙烷、一氧化碳等多种可迅速燃烧的气体成分组成，通常在常压常温状态下呈气态，经过压缩很容易转化为液态。具有易燃、易燃的特性，其与空气的混合物的爆炸极限约为1.7%～9.7%。LNG常压沸点较低，当LNG泄漏到空气中时，由于压力的降低，LNG就是快速气化使其体积迅速膨胀到原来的250倍左右。热膨胀系数一般温度越高，其膨胀越大，而LNG的热膨胀系数非常大，因此，罐车满载时，当罐内温度升高，罐内压力会急剧升高。由于LNG具有以上特性，LNG运输相对于普通货物运输具有更大的危险性。
1 LNG设备的选型
温度仪表：对于深冷的工况，温度变送器应尽可能采用分体式安装，以免低温传导至变送器对其正常测量与变送产生影响。而冷箱中的超低温工况，温度检测元件应选用T型的热电偶或精度高的Pt100热电阻。
压力及差压仪表：深冷工况的压力及差压仪表需要加装多圈的冷凝圈，以防止冷介质直接接触仪表而使其损坏。
流量仪表：液化的天然气如果不应用于计量方面，选用涡街流量计是比较合适的，同样需要注意的是，深冷的工况下，变送器和检测元件需要分体式安装。
液位仪表：就地的磁翻板液位计和远传导播雷达液位计依然是深冷液位计相对较好的选择。为了保冷和防止人员冻伤，均需要选择防霜型，磁翻板需要做双层抽真空。LNG及重烃的介电常数较低，导播雷达的反射波相对较弱，而干扰信号有时显得很强，为了抑制干扰，选择同轴式导波雷达或带有导播管的导波雷达是十分有必要的。在测量原理方面，必要时可应用底部回波的方式测量液位高度。
调节阀与开关阀：对于深冷工况的阀门，首先其材质至少为不锈钢，且材料原料在阀门厂商生产前进行预冷处理后再进行加工的;开关阀的阀座选用以耐低温的非金属材料居多，通常为PCTFE、PEEK等材料;在阀门的结构设计中，需要考虑防火、防静电等方面;阀门的阀盖形式，应选用长颈型，防止填料和执行机构接触冷介质;而带有滴盘的阀盖，可以有效的防止空气中遇冷产生的冷凝水流入保冷层;对于球阀，还需要要求阀门关闭时，留在球腔中的LNG气化后能够将球腔中的压力泄入到阀前或者阀后，确保中腔的安全;对于大尺寸的深冷阀门，则需要在出厂前进行深冷试验。
2 内容器泄漏引起的真空突发失效
2.1 内容器封头裂纹引起的内容器泄漏
2.1.1 原因分析
内容器封头裂纹引起的内容器泄漏主要是在低温罐车年检后或停用一段时间再次启用时发生，此时内容器温度已达到常温状态，如果没有对内容器进行充分的预冷，液化天然气注入时会对内容器造成急冷，引起较大的温差应力，导致内容器封头材料开裂。内容器的筒体与封头一般均采用S30408奥氏体不锈钢材料，奥氏体不锈钢属于面心立方晶格结构，具有优异的低温性能，无脆性转变温度，在低温下具有良好的塑形和韧性。内容器封头在成型前为奥氏体组织，冷加工过程中由于塑形变形而会形成部分马氏体组织，引起材料的强度及硬度增加，但延性和塑性下降。通过对封头用铁素体含量检测仪测量，封头的球面部位铁素体含量较低，过渡半径处较高，直边段上最高，因此引起材料的裂纹主要都发生在封头的直边段上，经测量铁素体含量均达到30%以上。
2.1.2 预防措施
a.封头订货时，可提出铁素体含量的要求，因目前国内外的一些标准中，未对奥氏体不锈钢中形变马氏体的含量作出具体规定，根据实际应用情况及封头制造厂的工艺制造水平推荐铁素体的含量一般不宜高于15%，对于重要的使用场合，可提出在封头压制成型后进行固溶处理的要求，但此要求会增加采购成本并延长交货期;
b.设计时，上进液喷淋管尽量延伸到内容器前端，喷淋孔截面积总和应不小于喷淋管截面积，管路端部设置非密闭性的封板，应保证充液时整个内容器都能均匀地预冷，减小温差应力;
c.在产品使用说明书中或给用户培训时，必须强调低温罐车在首次使用或停用一段时间再次启用时，内容器充分预冷的重要性，并可在罐车的操作箱内粘贴提示。
2.2 防波板处筒体裂纹引起的内容器泄漏
2.2.1 原因分析
汽车罐车属移动式压力容器，在运行中由于受转弯、紧急制动以及不良路面等路况的影响，在惯性力的作用下罐内液体也随着涌动。特别是在罐车紧急制动的情况下，罐内液体产生较大的纵向液体冲击力，使防波板及连接焊缝受到交变冲击载荷影响，固定防波板的托板（角钢或扁钢）与罐体焊缝处易发生开裂。
3 外壳泄漏引起的真空丧失
3.1 外置加强圈引起的外壳泄漏
3.1.1 原因分析
低温罐车的内容器及外壳之间是高真空多层绝热夹层，外壳承受着外压，设置有抗外压加强圈。根据加强圈在外壳上设置的位置，加强圈有内置和外置两种形式。外置加强圈一般采用半圆管或槽形件，可与外壳之间形成封闭的空间。加强圈与外壳之间采用连续焊接，但如果焊接时未能有效保证加强圈与外壳之间的密封性，在雨天时，雨水会渗入到加强圈内部并在加强圈的底部聚集。当低温罐车冬天进入北方地区或其他气温低于0℃的地区时，聚集的水结成冰，体积发生膨胀，膨胀后在加强圈与外壳的焊接处易拉出裂纹，导致外壳泄漏。
3.1.2 预防措施
在外壳外置加强圈的最底部钻排水孔，并注意在低温罐车表面喷涂时，以及运营中必須要始终保持此孔的畅通。
3.2 V型支座前端垫板处裂纹引起的外壳泄漏
3.2.1 原因分析
V型支座用于低温罐体和定型底盘或半挂车行走机构的连接，由于低温罐车是移动式压力容器，支座在受到罐体重力的同时，还受到罐体冲击力的作用。此时会在V座前端处发生结构突变，受力不连续，出现应力集中。罐车运行过程中，罐体惯性力较大，产生附加应力，造成在支座端部与罐体连接部位应力水平较高，产生微裂纹，随着时间的推移，微裂纹逐步扩展导致外壳泄漏。
3.2.2 预防措施
a.通过应力分析计算此处的受力情况，应力值控制在材料的许用应力范围内;
b.结构上可通过增加前端V座垫板的长度、在V座端部增加封板或V座前端形状采用逐步过渡的方式减缓局部应力。
3.3真空隔离阀松动引起的外壳泄漏
3.3.1原因分析
低温罐车上设置的真空隔离阀和真空规管主要用于检测罐车的真空度，但真空规管的规脚容易发生氧化，导致无法准确检测罐车的真空度，这时需要对真空规管进行更换，真空规管与真空隔离阀采用螺纹连接，真空隔离阀与外壳之间也采用螺纹连接，如在拆卸真空规管的过程中不固定真空隔离阀，真空隔离阀会随着真空规管一起转动，导致其与外壳连接处发生泄漏。
3.3.2预防措施
a.做好真空规管的防护措施，增加防护罩，隔离雨水和空气，避免规脚发生氧化;
b.在真空规管损坏需拆卸更换时，必须采用两个扳手，以保证拆卸真空规管时真空隔离阀不发生松动。
结束语
通过对液化天然气汽车罐车常见的突发真空失效原因进行分析，提出了在设计、制造及使用罐车过程中的注意事项及预防措施，以避免在运营过程中突然出现真空丧失引发安全事故。
参考文献
[1]刘树锋，周怀发，孙世一.LNG槽车装车橇测试验收及试运行的控制要点[J].油气储运，2016，35（4）：444～448.