液化天然气汽车罐车的研制

    摘要　介绍了液化天然气汽车罐车的基本结构和工作原理，以及对此种低温易燃介质贮运设备的安全性设计。
    关键词　液化天然气，结构设计,可靠性。
   
Study of  Liquified  Natural Gas Tanker
    Xu Lili　Dong Yanping
    (Nanjing Chen Guang Ltd Group Corporation，Nanjing,210006)??
    Abstract　The fundamental structure and the operation principle of liquified natural gas tanker are introduced,taking its　safety into consideration.
    Key Words　Lipuified natural gas,Structure design, Reliability
    
    1　前　言?
    随着国民经济的发展，液化天然气（LNG）作为一种新能源，已广泛地用于工业、汽车等各个领域，具有良好的发展前景。液化天然气汽车罐车是专为运输液化天然气而研制的专用车辆，是新研制的产品，为推动液化天然气的广泛使用，将产生良好的作用。
    2　总体方案确定
    液化天然气的主要成份是液态甲烷。它由地下的天然气经净化降温降压制冷液化而成，沸点为-161.9 ℃，是一种无色、无味的液化气体，化学性质比较稳定，但与空气或氧气混合后，能形成爆鸣性气体。因此，本液罐车的研制不同于一般的低温液体罐车或液化石油气（LPG）罐车，其设计重点应考虑保温、防火、防爆等安全性能。主要技术参数为：
    底盘型号：　　STEYR　1291.260/N56/4X2
    设计压力：　　1.1 MPa
    最高工作压力: 0.8 MPa
    设计温度: 　　-162 ℃?
    主要受压元件材质:　0Cr18Ni9
    几何容积: 　　12 m3
    充装介质:             液化天然气?
    装量系数:             0.9?
    安全阀开启压力:       0.84 MPa～0.88 MPa?
    爆破片爆破压力:       0.9 MPa～1.0 MPa?
    外壳保险器开启压力:   0.02 MPa～0.07 MPa?     
    绝热形式：            真空粉末?
    日蒸发率：            ≤0.2%?
    漏放气速率：          ≤1.33×10-4Pa·l/s?
    封口真空度：          ≤0.3 Pa?
    支承形式：    　　　　仿鞍座四脚支承??
    3　整车结构及流程原理
    3.1　罐车的主要结构
    液化天然气汽车罐车（见图1）的液罐通过U形副梁固定在汽车底盘上，增压蒸发器置于车的右侧，管路控制系统集中布置在后操纵箱内。液罐为真空粉末绝热卧式夹套容器，由内容器和外壳套合而成。内外罐连接采用玻璃钢支座螺栓紧固连接，后支座为固定连接,前支座为滑动连接，以补偿温度变化。夹套内填装膨胀珍珠岩并抽真空，加排管、排气管等由内容器引出，经真空夹套引至外壳后底与管路操作系统相连接。
  
3.2　液罐流程原理
    液罐流程原理如图2所示，底部设有液体加排管路和蒸发器增压系统，上部设有排气、安全系统及液面指示的上下部管路系统。当向内加注液体时，由气路控制系统打开紧急切断阀V9，并打开气相阀V2或排气阀V3和溢流阀V8，由容器经加排口A进入罐内，由液面计L读出液位高度，当溢流口有液体流出时，表示加注完毕。当向容器转注时， 气控系统打开紧急切断阀V9、 蒸发器阀V4、 单向阀V5， 液罐开始经蒸发器增压，当罐内压力达到0.4MPa～0.6 MPa时，打开液相阀V1，液体由加排口A向容器转注。

图2　工作流程原理图
V1 —液相阀；V2—气相阀；V3—排气阀；V4—蒸发器阀；V5—单向阀；V6—泄压阀；V7—顶注阀；V8—溢流阀；V9—紧急切断阀；V10—上、下阀；V11—平衡阀；V12?—调压阀；V13－向阀；V14—取样阀；A—加排口；B—气相接口；C，D—取样口；SV1—安全阀；SV2—爆破片；SV3—外壳保险器；L—液位计；P—压力表；PB—蒸发器；Zh—阻火器。

    4　管路操作与气路控制系统
    4.1　管路操作系统
    罐车的管路操作系统均设置在后部操纵室内，由液位计、紧急切断阀、低温
    截止阀、安全保险装置及管路导管、阻火器等组成。液位计选用上海自动化仪表十一厂生产的CWD-280型双波纹管差压计及三通阀。根据《液化气体汽车罐车安全监察规程》中的有关规定，对易燃易爆介质的罐车必须加装紧急切断装置，因此本车选用了日本进口的两台紧急切断阀，分别装在罐体的液相和气相管路上，以便在有异常情况发生时进行紧急切断。罐车在排气管路上并联装有安全阀和爆破片，当罐内压力超过0.84 MPa时，安全阀自动打开，使内容器内卸压；当压力低于0.7 MPa时，安全阀自动关闭，爆破片与安全阀并联装置可在安全阀失灵时起第2道保险作用，以确保设备和人身安全，其爆破压力为0.90 MPa～1.0 MPa。罐车外壳上设有保险装置，安装在外壳顶部，当夹套泄露造成夹套内压力升高时，外壳保险器即自动泄压，其爆破压力为0.02 MPa～0.07 MPa。又由于该车装运介质为轻于空气的易燃易爆液化气体，极易在顶部形成爆鸣气团。为阻止火焰进入管道，在排气口加装了阻火器，该阻火器是针对甲烷介质而设计的“波N带蜂窝”式阻火器，能有效地阻止火焰进入管道，提高了本
    车的安全性。??
    4.2　气路控制系统?
    气路控制系统见图3。?
    罐车选用的紧急切断阀为气控阀，从图3可以看到，气源由汽车底盘气瓶（1）提供（也可用外接气源）；控制二位三通阀（6）为平时操作时用于打开或关闭紧急切断阀；紧急切断二位三通阀（5）为在管路发生大量泄漏或出现意外时切断气源、关闭紧急切断阀时用；手制动联锁（9）为只有当紧急切断阀关闭状态时，汽车才可以行使的连锁装置；超越停车制动联锁 （8）的作用是当装卸现场发生意外事故，紧急切断阀不能正常(或紧急)关闭时，可打开本超越停车制动联锁，使气动刹车关闭后可将罐车驶离事故现场。

图3　气路控制系统原理图
1—汽车底盘气瓶；2—贮气筒；3—气源总开关；4—气源处理三联件(过滤器、压力表、油雾器)；5—紧急切断二位三通阀；6—控制二位三通阀；7—紧急切断阀汽缸；
    8—超越停车制动连锁；9—手制动连锁；10—外接气源接口。

    5　整车安全性及可维修性
    5.1　安全性
    在罐车的管路上设计了安全阀、爆破片双联保险装置，安全阀是压力容器上不可缺少的主要安全附件之一。在设计时，考虑到介质温度极低，当安全阀被冻死不能正常工作时，压力将连续升高，将爆破片起爆，可排气泄压，爆破片起第2道保险作用。
    罐体外壳上设有外壳保险器，当内容器或夹套内导管由于意外产生泄漏造成真空夹套中压力上升达到0.02 MPa～0.07 MPa时，保险器能迅速打开进行泄压，以保液罐安全。
    在液罐的液、气相管上分别安装了紧急切断阀，以防在管道发生大量泄漏或停车场附近有火情发生时紧急关闭液源及气源。
    紧急切断阀的控制，在罐车的前部及后操纵箱内均设置了紧急切断开关，当罐车附近发生突发性事故时，可迅速关闭紧急切断阀，将罐车移至安全地点。
    易燃易爆气体，很容易发生火灾。因此在管路的排气口上设置阻火器，可有效地阻止回火进入管道及罐内引发更大的事故。
    罐车上设置了静电接地胶板，其接地电阻小于5 Ω，管路法兰连接处用铜制电缆连接，接触电阻小于10 mΩ。
    5.2　可维修性
    易燃易爆介质的罐体及管路附件需要进行维修时，必须用氮气对罐内介质进行置换，达到要求后方可进行。
    在设计中，对管路及附件的维修做了一定的处理，可保证在不对罐体进行置换，而只需对管路系统进行置换的情况下拆下有关部分进行维修。如从蒸发器的排水口充气置换后，关闭蒸发器和增压阀，即可将蒸发器拆下后进行维修，如修理管路系统，只需关闭紧急切断阀，对管路进行置换后，从与紧急切断阀连接法兰处将管路系统拆下修理。关闭安全阀下的截止阀，即可将安全阀拆下后定期校验，爆破片进行定期更换。
    6　结束语
    液化天然气汽车罐车的研制开发，借鉴了国外先进车型，但立足于国内改装、制造 。该车的成功研制，填补了国内在该领域的空白，在该项目上积累了经验。
    参　考　文　献
    1　全国压力容器标准化技术委员会.GB150钢制压力容器. 学苑出版社出版,1989.
    2　劳动部.液化气体汽车罐车安全监察规程. 劳动部锅炉压力容器安全杂志社出版,1994.
    3　西安交通大学.低温工质热物理性质表和图.机械工业出版社.
    4　四川石油管理局编.天然气工程手册.石油工业出版社出版.