基于设计代码L4BN的常压罐体对于选装真空减压阀的研究

摘要：首先探讨了真空减压阀的功用和性能特点；然后介绍了常压罐体设计代码为L4BN的罐体的标准要求，并阐述了罐体外压计算及真空减压阀的选装问题；最后通过实例研究了真空减压阀的选装要求和安装情况。

关键词：常压罐体；L4BN；计算外压；真空减压阀

中图分类号：U462 收稿日期：2024-09-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.12.014

1 前言

目前，道路运输液体危险货物罐式车辆上的金属常压罐体设计主要依据国家标准GB 18564.1—2019［1］《道路运输液体危险货物罐式车辆 第1部分：金属常压罐体技术要求》。作为道路运输液体危险货物罐式车辆企业的设计者，在设计罐体时，有义务研究好标准要求，使设计出来的每一个罐体均符合国家标准的各项要求。GB 18564.1—2019［1］中对罐体的安全附件做了明确规定和要求，本文对常压罐体设计代码为L4BN的罐体真空减压阀的选装问题做一探究。

2 真空减压阀功用和性能特点

‌真空减压阀在危险品罐车上的主要功能是平衡罐体内部压力，保证运输的安全性。‌真空减压阀一般安装在罐车顶部，利用罐内外气体压力差工作。当罐内形成真空时，真空减压阀的阀瓣就会被吸开，允许空气进入罐内，从而减小压力差，防止压力差过大而导致罐体变形。这种阀门由阀体、密封垫圈、O型圈、阀瓣、外罩、六角薄螺母、内角紧定螺钉、弹簧、弹簧座、阻火滤网等组成，其设计旨在通过调节介质的流量来保持罐前后的压力平衡，即使在压力不断变化的情况下，也能保持出口压力和压力差值不变，确保罐体在超压或真空时免遭破坏，同时减少罐内物料的挥发和损耗，对安全和环保起到促进作用。图1为真空减压阀的主要组成简图。

真空减压阀通过改变节流面积来调节流速和流体动能，从而达到减压的目的。当低压气室中的压力超过给定压力时，安全阀会自动排气，直到气压下降到给定值时又自动关闭并保持密封‌。真空减压阀有以下几个性能特点：

a.气密封性好。真空减压阀具有较高的气密封性，能够确保连接的高度密封性，防止气体泄漏‌。

b.阻力小。真空减压阀对气流的阻力尽量小，即阀门的流导尽可能大，以减少对气体流动的影响‌。

c.‌耐磨性好。密封部件耐磨性好，能够反复使用且寿命长，适用于长时间运行‌。

d.放气量小‌。阀体材料及密封件放气量小，确保在真空环境中保持稳定的性能‌。

e.操作灵活‌。真空减压阀操作灵活，容易清洗安装，性能可靠、维修方便‌。

常压罐体加装的真空减压阀公称压力一般为0.6 MPa，负压开启压力范围一般为-24～-21 kPa，设计温度为-20～120 ℃，主体采用不锈钢精铸成形，特殊车型可根据需求定制负压开启压力。常压危险品腐蚀品圆形罐体液压试验压力一般为0.4 MPa，故真空减压阀的公称压力0.6 MPa，也可以满足使用要求。

3 常压罐体设计代码L4BN

经常装运的常压危险品化工介质比如氢氯酸、氢氧化钠溶液、硫酸等，按GB 18564.1—2019［1］标准附录A中可查的，以上介质设计代码均为L4BN，标准中也明确规定对设计代码的四个部分对应有详细说明，如图2所示。根据此设计代码L4BN可知，该罐体的液压试验压力需0.4 MPa，且罐体需要圆形截面；根据GB 18564.1—2019标准条款5.4.2中要求罐体需加装紧急切断阀；根据GB 18564.1—2019标准表A.1中罐体设计代码的规定，罐体顶部的人孔无需加装紧急泄放装置，但罐体顶部需要加装安全阀。图2为GB 18564.1—2019标准中对设计代码的规定。

4 罐体外压计算

根据设计代码L4BN要求罐体顶部需加装安全阀，而根据GB 18564.1—2019条款6.2.1.7中针对不同情况下安全阀的选用规则及设计压力的选取可得知，设计代码为L4BN的常压圆形罐体设计压力一般均大于0.1 MPa。再根据GB 18564.1—2019条款5.2.1.1要求罐体设计压力大于0.1 MPa的罐体需符合GB/T 150［2］的规定。所以，上述罐体的计算外压需要根据GB/T 150.3里面的条款4，分别对封头和筒体进行外压计算。一般罐体的筒体壁厚均小于封头的壁厚，所以先对罐体进行外压计算，若罐体壁厚无法满足外压计算结果要求，就无需对封头再进行外压计算。图3为GB 18564.1—2019标准中安全阀的选取要求。

根据上述要求，即介质饱和蒸气压在0.01～0.075 MPa之间，那么安全阀的整定压力最小就要选取0.15 MPa。根据GB 18564.1—2019条款5.2.4中去罐体的设计压力，则设计压力最小为0.16 MPa。在GB 18564.1—2019条款5.2.1.1 b）中要求设计压力大于或等于0.1 MPa或真空度大于或等于0.02 MPa的罐体应符合GB/T 150、JB 4732［3］或JB/T 4734［4］的规定。设计代码为L4BN的介质一般使用罐体材质为碳素钢或不锈钢，所以此类罐体设计需满足GB/T 150和JB 4732的相关标准条款内容。

无论是客户还是生产企业在实际运行中，都要考虑整车的整备质量和罐体的制作成本，所以罐体壁厚一般不会选用太大，实车罐体壁厚一般会在满足标准设计厚度基础上稍加一点余量。而且设计代码为L4BN的常压危险品罐体大部分均为内衬塑罐体，不考虑腐蚀裕量，所以壁厚选取一般3.5～4.2 mm。另根据18564.1—2019条款5.2.13.5中加强部件的要求，相邻两个加强部件及加强部件与相邻封头之间的容积应小于或等于7.5 m³，而一般是防浪板作为罐体内部的加强部件，这样防浪板之间间距也会比方圆罐型的间距大，一般为1 700～2 200 mm。根据GB/T 150.3中条款4中的相关公式计算封头和罐体的外压，根据多个常压危险品罐体的经验计算，罐子的罐体计算外压大部分在0.025～0.032 MPa之间。如表1为碳钢Q235B材质的一个圆形腐蚀品罐，壁厚为4 mm的带衬塑材料的罐体计算外压示例；如表2为碳钢Q235B材质的一个圆形腐蚀品罐，壁厚为4.75 mm的带衬塑材料的罐体计算外压示例。

根据表1和表2的计算结果可知，若该罐体加装真空减压阀的话，罐体壁厚只需要4 mm即可，若不加装真空减压阀的话，罐体壁厚需4.75 mm。罐体壁厚由4 mm增加到4.75 mm后，整个罐体整备质量增加了272 kg。

5 罐体选装真空减压阀

虽然根据常压危险品罐体L4BN的设计代码规定看，罐体只要求加装安全阀，没有明确要求加装真空减压阀，但在标准18564.1—2019条款5.2.6.1中有明确规定：当未装真空减压阀、呼吸阀时，罐体的计算外压应大于或等于0.04 MPa；当装有真空减压阀但未装呼吸阀时，罐体的计算外压应大于或等于0.021 MPa。罐车生产厂家为了降低成本，罐体壁厚在满足国家标准18564.1—2019的基础上，一般选用壁厚不会太厚。且根据以往多个常压危险品罐体的外压计算经验，罐体的计算外压均超过0.021 MPa，但均未超过0.04 MPa。故针对设计代码为L4BN的壁厚较薄的常压危险品圆形罐体，罐顶建议加装真空减压阀，降低企业生产成本并以此来确保车辆在运输过程中的安全性。

通过表1和表2的不同罐体外压计算结果来看，用4 mm/Q235B板材将会比用4.75 mm/Q235B板材在罐体材料上节约275 kg的钢板，直接经济成本约1 170元。若换成S30408材质的罐体，罐体因壁厚增加的成本会更高，而一个真空减压阀的费用远远低于罐体材料增加的成本。设计者可根据销售客户壁厚要求并严格计算后综合考虑罐体是否选装真空减压阀。

另若罐体外压计算结果达不到设计标准值要求的情况下，而罐体也没有加装真空减压阀，罐内产生真空的工况下，可能会出现罐子被大气压力不同程度压扁情况。曾有案例，某罐车在维修前进行蒸罐操作，蒸罐结束后罐体在冷却过程中，罐内产生负压，罐顶没有真空减压阀或呼吸阀门，最后导致罐体被吸扁。也有在185643ZquwzSwX7k+MxSS1Nq35Q==.1—2019标准生效以前的罐体，罐体附件没有严格按标准加装安全附件，罐体在卸料时，罐顶的呼吸阀门没有打开，致使罐体内产生负压，罐体被大气压压扁的情况，如图4所示。

6 真空减压阀的选装要求及安装实例

真空减压阀一般加装在常压危险品罐体的顶部，用法兰与罐体连接，法兰可以与罐体直接焊接，也可以与罐体通过一段圆管连接。无论是何种形式的连接，罐体顶部开孔处焊接接头均为内外双面满焊，并且必须按NB/T47013［5］的规定对焊接接头进行磁粉或渗透检测。每个真空减压阀也必须有一个大于或等于284 mm²的流通截面积。易燃介质用的真空减压阀应具备阻火功能。真空减压阀应安装于罐体的顶部，用于控制罐内负压，使其保持相应的压力范围内。目前市面上的真空减压阀材质一般为不锈钢材质，常压液体危险货物介质主要设计参数及与真空减压阀材料的相容性如表3所示。

由表3可以看出，不同介质在设计温度50 ℃时与真空减压阀的材质相容性不同，有的介质可能对真空减压阀腐蚀较严重。由于目前市场上做真空减压阀企业选用的材质均为SUS304材质，这就需要罐车使用单位定期检查真空减压阀的组件是否被腐蚀或要更换新的真空减压阀。比如罐子装运介质为氨水，氨水对真空减压阀的材质腐蚀性能优良，这个车的真空减压阀腐蚀性就可以不用经常检测；而针对装运介质为氢氧化钠溶液的罐子，氢氧化钠溶液对不锈钢真空安全阀的腐蚀较重，这就需要使用单位检测提高检查真空减压阀的频次，以避免真空减压阀被腐蚀损坏后，罐内介质通过真空减压阀大量排出，造成环境污染或人身伤害。图5、图6为真空减压阀安装在罐体顶部的实物照片。

7 结语

设计代码为L4BN的常压危险品罐体是否加装真空减压阀，需要设计者根据选用的罐体壁厚并根据标准18564.1—2019的相关条款进行严格计算，根据计算结果决定是否需要选装真空减压阀。作为常压危险品罐车设计者，不能仅仅看设计代码的表面要求，要研究透国家标准，并对不同的标准条款要求进行深入分析，严格根据标准条款进行设计计算，从而设计出符合国家标准的罐体，确保企业生产出来的危险品罐车在实际使用过程中的运输安全。

参考文献：

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作者简介：

张香芝，女，1982年生，助理工程师，研究方向为专用车设计。