JT/T 1332《粉粒物料运输半挂车》标准解读

朱学平

芜湖中集瑞江汽车有限公司 安徽芜湖 241000

1 前言

粉粒物料运输半挂车[1]又称粉罐半挂车，在国内发展的历史已有约30年[2]。然而，目前与粉粒物料运输半挂车相关的标准不够完善，QC/T 560-2010《散装水泥车技术条件及性能试验方法》及SY/T 5439-2003《下灰车》标准对粉粒物料运输半挂车的设计、制造及检验缺乏足够的指导，并且上述标准涉及的粉粒物料种类单一。在实际生产中，粉粒物料运输半挂车运输的物料很广泛，而且随着经济的不断发展、环境治理的日益严格，以及粉粒物料运输车技术的发展，可以实现散装运输的粉粒物料种类不断增加，导致目前缺少与粉粒物料运输半挂车相适应的的标准。

2 主要内容解读

2.1 适用范围

JT/T 1332-2020《粉粒物料运输半挂车》适用于装运介质为粉粒物料、罐体由金属材料制造、卸料工况时额定工作压力为0.2 MPa、其他工况时罐体内部压力为零的半挂车；其他粉粒物料运输车可参照执行。

“罐体由金属材料制造”涵盖绝大多数粉粒物料适用范围，据了解目前国内还未出现非金属材料罐体的粉粒物料运输半挂车。而国外已有的非金属材料的粉粒物料运输半挂车技术要求、试验方法、检验规则与金属材料大不相同，不是本标准讨论的范畴。

“卸料工况时额定工作压力为0.2 MPa”与欧洲标准一致，符合国情，基本适应国内的生产和储存条件。额定工作压力的增大，车辆的制造成本、综合营运成本、气力输送的能耗都明显增加；压力增大，车辆重量增大，制造成本增加更多，空压机成本和能耗也大幅增加；同时实际装载量减少，管道磨损加快，经济性明显下降。

粉粒物料运输车与地面物料塔实际是一个气力输送系统，经济、可靠、维护方便为首要选择。压力加大的好处是输送速度可以加快，输送行程可以加大，物料塔高度相应可以增高。在工程实践中，卸料时额定工作压力为0.2 MPa，能够较好地平衡粉粒物料运输车和物料塔之间的关系，达到系统经济效益最大化。对粒物料运输半挂车工作压力的规范，同时也是对使用散装粉粒物料企业单位物料塔的技术参数进行规范。

“其他工况时罐体内部压力为零的半挂车”明确规定了非卸料工况压力，与移动式压力容器的定义区分开。粉粒物料运输半挂车从法规监管层面来看，不属压力容器，应严格区分。

“其他粉粒物料运输车可参照执行”，指单车型粉粒物料运输车可参照执行。额定工作压力大于0.2 MPa，或非工作工况时罐体内部有压力的粉粒物料运输车，必须执行相应的标准和验收规则，本标准仅可作为参考。

2.2 物料范围

粉粒物料指适合于正压气力输送，含水量不大于14%的粉末或粒径不大于3.3 mm的颗粒。

根据《粉粒体气力输送设计手册》（全国化工化学工程设计技术中心站、全国化工粉体工程设计技术中心站出版），物料的粒度分为四类[3]：

a.粉末状：粒径小于0.147 mm；

b.粉粒状：粒径小于3.3 mm；

c.颗粒状：粒径小于12.7 mm；

d.块状：粒径大于12.7 mm。

为了确定气力输送的可行性和经济性，确定相适应的车型及卸料方式，明确提出了含水量范围和粒径。在工程实践中，面粉含水量最大可达14%。因此对粉粒物料运输半挂车所运输的介质“粉粒物料”进行了定义，为“适合于正压气力输送，含水量不大于14%的粉末或粒径不大于3.3 mm的颗粒”。含水量大于14%或粒径大于12.7 mm块状物体，气力输送的经济性差，一般不选择气力输送。粒径大于3.3 mm的颗粒，由于空隙率大，其输送特性差异性大，暂时没有纳入本标准范围内。因此，对粉粒物料运输半挂车所运输的介质“粉粒物料”进行了定义，为“适合于正压气力输送，含水量不大于14%的粉末或粒径不大于3.3 mm的颗粒”。

然而，在国内外的工程实践中，立式、举升式粉粒物料运输半挂车所能运输的饲料、机制砂等颗粒料的粒径大于3.3mm，本标准对粉粒物料运输半挂车所运输的“粉粒物料”定义范围相对偏小、偏狭隘。

2.3 粉粒物料运输半挂车的定义及分类

本标准对粉粒物料运输半挂车进行了定义，并将粉粒物料运输半挂车按罐体结构及卸料方式分为卧式、立式、举升式粉粒物料运输半挂车：

粉粒物料运输半挂车——装运介质为粉粒物料，一般由罐体、安全附件、管道、气源、行走机构组成，可实现正压气力输送的半挂车。

卧式粉粒物料运输半挂车——罐体底部设有流化床，流化床平面与水平面的夹角介于粉粒物料的安息角和临界流化角度之间，依靠流态化向卸料口流动（悬浮型）卸料的粉粒物料运输半挂车。

立式粉粒物料运输半挂车——罐体下部为锥体，锥体与水平面的最小夹角大于粉粒物料的安息角、内摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，依靠重力向卸料口流动（重力型）卸料的粉粒物料运输半挂车。

举升式粉粒物料运输半挂车——罐体可举升，卸料时罐体的举升角度大于粉粒物料的安息角、内摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，依靠重力向卸料口流动（重力型）卸料的粉粒物料运输半挂车。

GB/T 17350-2009《专用汽车和专用挂车术语、代号和编制方法》对低密度、中密度、高密度粉粒物料运输半挂车的定义为“装备有专用装置，采用压缩空气使粉粒物料流态化后，通过管道输送到一定的距离和高度，用于运输堆积密度≤700 kg/m³、700＜堆积密度≤1 200 kg/m³、堆积密度＞1 200 kg/m³粉粒物料介质的罐式专用汽车”[4]。然而按堆积密度大小对粉粒物料运输半挂车定义不能一目了然地区分车辆类型，按车辆结构分为卧式、立式、举升式粉罐半挂车（如图1～图4）更为合理。欧洲对卧式、立式、举升式粉粒物料运输半挂车描述为“banana silo semi-trailers”、“silo semi-trailers non tipping”、“tipping silo semi-trailers”类型。由于卧式粉粒物料运输半挂车适用运输的粉粒物料范围少以及残余率偏高等原因，在发达国家卧式粉粒物料运输半挂车已基本被淘汰。

图2 铝合金卧式单仓粉粒物料运输半挂车

图3 立式粉粒物料运输半挂车

图4 举升式粉粒物料运输半挂车

本标准在对粉粒物料运输半挂车的定义中，提到了临界流化角、安息角、内摩擦角、壁面摩擦角，其释义分别如下。

a.临界流化角：临界流化角特指标准工况下，穿过流化床的气流速度达到粉粒物料的临界流化速度，粉粒物料处于临界流化状态，类似沸腾液体具有了流动性。流化床倾斜使临界流化状态的粉粒物料向下流动。当向下流动量稳定，且达到平均卸料速度时，流化床与水平面的夹角。临界流化角度是卧式粉粒物料运输半挂车的主要特征技术参数，是对空气流量、流化床特征性能、流化床面积、流化床倾角的综合要求，一般需要试验测试确定。临界流化速度按下式[5]进行计算：

式中，ds为粉状介质的颗粒直径，m；ρs为设计温度、设计压力下粉粒物料的真实密度，kg/m³；ρg为设计温度、设计压力下气体的密度，kg/m³；η为气体的动力黏度，Pa·s。

b.安息角：指散体堆积层的自由表面在静止平衡状态下，与水平面形成的最大角度。

c.内摩擦角：指粉粒物料颗粒相互间的摩擦角。

d.壁面摩擦角：指飞粉粒物料与壁面间的摩擦角。

对于一般流化性能较好的粉粒物料，安息角、内摩擦角、壁面摩擦角中，安息角最大。所以一般生产单位都忽视了内摩擦角、壁面摩擦角的测定，忽视了内摩擦角、壁面摩擦角对粉粒物料气力输送速度和剩余率的影响，甚至造成粉粒物料运输车专项性能不理想，不适用。

2.4 罐体计算压力

粉粒物料运输半挂车的额定工作压力为0.2 MPa，罐体的计算压力应不小于1.3倍额定工作压力。

额定工作压力、计算压力的确定参考了欧洲SPITZER、FFB的立式、举升式粉粒物料运输半挂车技术规范，及QC/T 560《散装水泥车技术条件及性能试验方法》，明确额定工作压力（Operating pressure）为0.2 MPa，试验压力（Test pressure）为0.3 MPa[6]。同时根据NB/T 47003.1《钢制焊接常压容器》试验压力与设计压力之间的关系[7-8]：

p气压试验=1.15p设计

p液压试验=1.25p设计

建立设计压力与额定工作压力的关系：要求计算压力应不小于1.3倍的额定工作压力。同时符合ADR（危险货物国际道路运输欧洲公约）[6]对罐体设计代码为“G”类粉粒物料运输罐车的罐体计算压力要求[9]。

2.5 卸料性能

平均卸料速度分别用体积流量和质量流量描述。粉粒物料运输半挂车的卸料性能和剩余率宜满足如下要求：在垂直高度15 m，水平距离5 m，上下部连接弯头半径为6倍管道直径，额定工作压力为0.2 MPa的条件下，平均卸料速度不小于1.3 t/min或1.1 m³/min；卧式粉粒物料运输半挂车剩余率不大于0.3%，立式、举升式粉粒物料运输半挂车剩余率不大于0.1%。

参考QC/T560《散装水泥车技术条件及性能试验方法》4.2中要求“在垂直高度15m，水平距离5 m，工作压力为0.2 MPa的条件下，平均卸料速度应不小于1.2 t/min，剩余率不大于0.3%”，同时根据工程实践，提出粉粒物料运输半挂车的卸料性能和剩余率宜满足如上要求。给定试验输送管道尺寸参数，是为了在同一工况条件下有可比性。明确弯头的曲率半径，是因为弯头的曲率半径大小对卸料效果影响很大。

由于粉粒物料的多样化，不同粉粒物料的气力输送特性差异很大，特别是堆积密度的差异，很难用同一量纲的平均卸料速度作要求，选择质量流量和体积流量来表达，主要是区分不同堆积密度的粉粒物料。一般对于堆积密度大于等于1.2 t/m³的物料，宜用质量流量，对于堆积密度小于1.2 t/m³的物料，宜用体积流量。

不同的粉粒物料不仅堆积密度不同，其含水量、含油量、颗粒粒径、颗粒形状、粘度等气力输送特征参数都不相同，其经济的平均卸料速度因此也不同，故对平均卸料速度不作强制性要求，有利于粉粒物料运输半挂车的发展。

受卧式、立式、举升式粉粒物料运输半挂车罐体结构及卸料方式的影响，不同结构的粉粒物料运输半挂车卸料后的剩余率不同。故给出卧式粉粒物料运输半挂车物料剩余率不大于0.3%，立式、举升式粉粒物料运输半挂车物料剩余率不大于0.1%。

2.6 罐体强度试验

罐体强度试验压力为1.5倍额定工作压力；罐体在1.5倍额定工作压力下持续5 min，不得损坏或发生永久变形。

QC/T 560《散装水泥车技术条件及性能试验方法》4.2中要求“工作压力为0.2 MPa”，4.3.5中要求“罐体在1.5倍的工作压力下持续5min，不得损坏或发生永久变形”。本标准中额定工作压力为0.2 MPa，同时参考了欧洲SPITZER、FFB的立式、举升式粉粒物料运输半挂车技术规范中的试验压力，故对QC/T 560的要求进行扩展，将其适用范围扩大到粉粒物料运输半挂车。

2.7 罐体密封性能试验

半挂车气密性试验压力为额定工作压力；罐体和管道在达到额定工作压力、停止供气5 min后，其气压的降低值应不大于15 kPa。

QC/T 560《散装水泥车技术条件及性能试验方法》4.2中要求“工作压力为0.2 MPa”，4.3.4中要求“罐体总成和气路系统，在工作压力达到0.2 MPa、停止供气5 min后，其气压的降低值应不大于15 kPa”，本标准中额定工作压力为0.2 MPa，故对QC/T560的要求进行扩展，将其适用范围扩大到粉粒物料运输半挂车。

2.8 安全附件

粉粒物料运输半挂车安全附件包括人孔总成、安全泄放装置、压力表等。针对目前市场上出现的人孔总成，其耐压能力有高有低，没有统一的标准，而实际使用过程中，经常会出现人孔总成失效，造成安全事故的情况，为了确保正常卸料过程的安全性，提出人孔盖的耐压能力不应小于0.4 MPa，且设置有防止误操作的安全保护。

根据市场调研，目前市场上各厂家主要配置微启式安全阀，微启式安全阀在超压情况下只能起到报警作用，而全启式安全阀可以起到大流量泄放，罐体压力升高在控制范围内，因此为了确保正常卸料过程的安全性，提出粉粒物料运输半挂车应配置全启式安全阀，且公称通径不应小于DN40 mm，安全阀的整定压力取额定工作压力的1.05～1.1倍。

3 结语

用于运输散装粉粒物料介质，装备有专用装置，通过充入压缩气体使罐体内的粉粒物料流态化，再经管道输送到一定距离和高度，卸料到指定的容器或场地的罐式运输半挂车称之为粉粒物料运输半挂车。因此，粉粒物料运输半挂车的罐体计算压力、罐体强度、密封性能、卸料性能、安全附件等至关重要。车辆的合规性设计、制造非常必要，它不仅显示了粉罐设计师、制造者对企业负责任的态度，更是企业对社会负责任的表现。