液化天然气汽车罐车管路及附件设计注意事项

于海东 张强 杨国祥

荆门宏图特种飞行器制造有限公司 湖北荆门 448124

1 前言

液化天然气汽车罐车的管路及附件一般设置在罐车的尾部操作箱内，管路由上、下进出液管路、自增压管路、气相管路、超压泄放管路、溢流管路、压力测量管路及液位测量管路等组成，附件由安全附件、仪表及装卸附件组成[1]。罐车管路及附件发生故障的频率较高，而液化天然气属于易燃易爆介质，若在正常使用过程中发生泄漏，且不能及时地进行堵漏，将给周边人民生命财产带来一定的威胁，也给运营商造成不必要的浪费与经济损失。管路及附件的设计及选型对保证罐车的正常运营非常关键。

液化天然气汽车罐车管路流程原理如图1所示。图1中，V1为仪表阀；V2为气体通过阀；V3为设备放空阀；V4为气体放散阀；V5为气相阀；V6为顶部进阀单向阀；V7为液位计上阀；V8为液位计下阀；V9为测满阀；V10为顶部进液阀；V11为底部进、出液阀；V12为液相放散阀；V13为增压阀；V14为真空规管阀；V15为液位计平衡阀；V16为排水阀；EV1为气相紧急切断阀；EV2为液相紧急切断阀；EV3为增压紧急切断阀；SV1～SV4为设备安全阀；SV5、SV6为管道安全阀；P1、P2为罐体压力表；L为差压液位计；CZ1为液体进出接口；CZ2为气相接口；CZ3为增压器液相接口；AV为紧急切断阀控制装置；VP-1为抽真空装置。VR-1为测真空口；S为外壳爆破装置。

图1 液化天然气汽车罐车管路流程原理图

2 管路及附件的设计

2.1 液位测量管路的设计

低温罐车上使用的液位计通常为压差式液位计，利用介质的高度差进行液位测量，因罐车介质高度不是很大，液位测量管路的液相管如设计得不合理，液位计测量将产生较大误差或指针不稳定，液位测量管路的液相管设计有以下注意事项。

a.液位测量管路的液相管应能吸收热量对低温介质进行充分地气化。罐车内罐体缠绕绝热材料时不应把液相管一起包在绝热材料内，应露在绝热材料外，且在液相管底部增加加热铜丝，这样液相管中的介质能够进行充分的气化，保证液位计测量准确，如图2所示。

图2 液位测量管路的液相管

b.液位测量管路的液相管设计应避免装卸时液体的波动影响。液相取压口应设置在靠近后封头的位置，与进、出液管口及增压管口离开一定的距离，避免装卸液及增压时液体波动对液位计的影响，且液相管宜设置缓冲管进一步减少液体波动的影响，保证液位计指针的稳定。

2.2 超压泄放管路放空口的设计

超压泄放管路放空口用于排放安全阀起跳时泄放的气体或手动放空时排放的气体，为了避免危险气体在箱体内的聚集，放空口通常引到箱体顶端的外侧。设计时应注意放空口不应朝向罐车的外壳，因外壳采用低合金材料，排放的低温气体会对外壳造成冷脆，产生裂纹，引起外壳泄漏。

2.3 紧急切断阀的安装设计

紧急切断阀为罐车管路从罐体出来的第一道阀门，可手动操作也可气控操作，一般在罐车的前部设置远控阀，在罐车管路发生大量泄漏或出现意外尾部操作箱无法靠近时可进行远控切断，紧急切断阀的作用对罐车的安全使用尤为关键。紧急切断阀的安装设计有以下注意事项。

a.紧急切断阀的安装方向。一般阀门的安装方向是按工作时介质的流向确定的，但罐车紧急切断阀的主要作用是遇紧急情况时切断罐内的介质外泄，因此不论介质流向，安装方向宜朝向罐体外设置，如图3所示。紧急切断阀关闭操作是活塞在弹簧的作用下带动阀杆与阀瓣向下运动，密封件压紧阀座密封；若反装，当罐体内的压力较高时，罐内气体可能顶动阀杆和活塞杆压缩弹簧，密封面无法完全密封[2]。

b.紧急切断阀安装应固定可靠。汽车罐车属移动式压力容器，在运行中由于不良路面等会产生较大振动，紧急切断阀的质量较大，如不进行可靠固定，在振动时将产生较大的附加应力，阀门的焊缝处可能产生裂纹，如图3所示。据公开报道发生的多起管路泄漏引起的较大事故，都是因为紧急切断阀焊缝裂纹导致的泄漏。

图3 紧急切断阀

2.4 管路安全阀的安装设计

在两端均可关闭且有可能存留液体的管路通常设置管路安全阀，主要是为了保护阀门及之间的管路，因两阀关闭后，阀门之间管路存留的低温液体会不断吸热气化产生较高的压力。管路安全阀的安装设计有以下注意事项。

a.避免安全阀在罐车装卸过程中起跳。罐车在装卸时，安全阀接管中流入的低温液体气化后会产生较大压力波动，导致安全阀起跳。设计时应保证安全阀接管有足够的长度或增加缓冲管避免压力波动过大引起安全阀起跳，管路安全阀如图4所示。

b.安全阀接管与主管道焊接应牢固。安全阀接管一般较细，在安全阀的重力作用下及车辆的振动下，接管与主管道的焊缝容易开裂，可通过适当加大细管的规格和增加接管固定来处理。

图4 管路安全阀

2.5 三通球阀的选型设计

图1中的V2为气体通过阀，一般选用三通球阀，进口与罐体出来的气相管路相连，出口与设备安全阀相连，三通球阀的进口处及根部处有螺纹连接和焊接连接两种结构型式，宜选用焊接结构，因螺纹连接受低温热胀冷缩及车辆振动影响容易松动泄漏，且三通球阀前无其他阀门，泄漏后无法关闭。采用焊接结构三通球阀有故障时虽不能整体拆下维修，但并不影响密封垫的更换。三通球阀如图5所示。

2.6 管路及附件固定的设计

管路及附件一般通过操作箱底板来支撑，底板采用不锈钢材料，与箱体底架焊接连接。操作箱底板设计有以下注意事项。

图5 三通球阀

a.操作箱底板要有足够的强度及刚度。管路及附件通过支撑件与底板焊接进行连接，底板对其起到了支撑作用。当底板因厚度不足时，在车辆运行过程中产生频繁的振动，时间长了支撑件与底板焊接处会产生裂纹或支撑件与底板脱离，管路及附件不能得到有效支撑，将因约束力不足、自由度增加，在交变应力及疲劳应力的共同作用下，管道焊缝处会产生裂纹导致泄漏[3]。根据实践经验，底板厚度宜在2.5mm以上。

b.操作箱底板与底架的焊接应牢固。操作箱底板与底架焊接时应采用间断焊，不应采用点焊。这样底板固定牢固后才能保证支撑件焊接在底板上对管路及附件进行有效的约束。

3 结语

通过以上对液化天然气汽车罐车管路及附件设计注意事项的分析，大家在设计、制造过程中应引起注意，避免在运营过程中管路发生泄漏导致危险状况出现。