浅谈槽罐车紧急切断阀的设计与分析

浅谈槽罐车紧急切断阀的设计与分析

龚锁祥

常州凯鹏液流器材有限公司江苏常州213136

摘要：文章介绍了紧急切断阀的监管法规与标准、功能、剪切槽的作用与设计安全要求，提出了剪切槽的可靠性试验方法，揭示了剪切槽保护失效潜在的泄漏危险，为设计与产品安全提供思路。

关键词：槽罐车；紧急切断阀；剪切槽；设计

1常用标准与产品功能

目前，槽罐车紧急切断阀对应的国内外标准主要如下：

（1）欧洲标准：EN13308：2002《道路运输液体危险货物槽罐车辅助设备非压力平衡底阀》、EN13316：2002《道路运输液体危险货物槽罐车辅助设备压力平衡底阀》、N14433：2014《道路运输液体危险货物运输液态化合物或液化气的槽罐车用底阀》等；

（2）中国标准：QC/T932《道路运输液体危险货物罐式车辆紧急切断阀》、HG/T3912-2006《内置式安全止流底阀技术条件》、HG3158-2005《液化气体罐车用紧急切断阀》、GB/T22653-2008《液化气体设备用紧急切断阀》、GB/T24918-2010《低温介质用紧急切断阀》等。

根据结构设计、危险液体介质道路运输过程、装卸料等要求，槽罐车紧急切断阀的主要功能至少包含以下要求：

（1）紧急切断阀应可设置易熔元件或与带有易熔元件的装置共同使用，当环境温度达到75℃±5℃时，易熔元件应能熔融，使紧急切断阀自动关闭；

（2）紧急切断阀的驱动装置应能连接远程控制系统，当发生意外状况时，远程控制系统能正常关闭紧急切断阀；

（3）当紧急切断阀外部发生碰撞等意外损坏时，其设计的剪式结构（剪切槽设计）应保证留在罐体独立仓包裹范围之内的密封机构完好无损；

（4）紧急切断阀闭合时，将介质控制在罐体独立仓内部，应无泄漏；打开时，允许介质流进罐体独立仓实现装料作业，允许介质从罐体流进流体管道进行卸料作业；

（5）在解除外力驱动时紧急切断阀能自动关闭，或手动复位；

（6）当紧急切断阀的自动驱动装置无法使用时，应能用其他辅助方式开启。

2剪切槽作用与设计要求

槽罐车紧急切断阀主要由阀体、压盖、阀瓣、弹簧、剪切槽等组成，其典型结构如图1所示。槽罐车紧急切断阀应设计为剪式结构（剪切槽设计），用于保证在紧急切断阀阀体发生碰撞等意外损坏情况下，突然破裂脱离（铝制阀体）或管接端部分变形后的位移大于30°

（钢制阀体）时，留在罐体独立仓包裹范围之内的密封机构完好无损。

1-阀体2-阀瓣3-弹簧4-压盖5-剪切槽

图1槽罐车紧急切断阀示意图

考虑剪切槽部位的应力集中、壁厚大幅减薄等因素，以及阀门承压件壳体的压力边界的完整性，必须对剪切槽的承压安全以及强度进行设计与验证。对于钢制阀体的紧急切断阀，常规压力试验标准（如GB/T13927等）中规定的壳体试验压力（室温下最大允许工作压力的1.5倍），不能验证剪切槽处壳体强度以及变形性能。在不考虑材料蠕变、交变载荷等因素，以及室温允许最大工作压力与阀门公称尺寸乘积不大于300MPa.mm的情况下，钢制紧急切断阀剪切槽处壁厚与强度可由下列方式确定：

根据材料力学第三强度理论规定，由式（1）计算钢制塑性材料壳体壁厚的最低值，作为剪切槽壁厚下限值的参考依据。

3剪切槽可靠性试验

槽罐车紧急切断阀剪切槽设计主要为在受冲击或碰撞时，剪切槽外部能破裂脱离或发生一定角度的变形，以保证阀座密封完好。目前，国内外一般采用破裂安全性试验验证剪切槽的失效可靠性。破裂安全性试验包括铝合金紧急切断阀和钢制紧急切断阀两部分，铝合金紧急切断阀破裂安全性试验可采用摆锤或落锤冲击方式，钢制紧急切断阀也可采用持续加载的方式，冲击点位置分别如图2与图3所示。

图2铝合金紧急切断阀冲击点示意图

（注：冲击点可分别从1#和2#，3#和4#冲击位置中任意选择一点组成一对进行试验。）

铝合金紧急切断阀破裂安全性试验时冲击能量不得大于1000J，当紧急切断阀阀体受到外力撞击时应破裂脱离，且其密封机构和底座安装连接仍能保持完好。

钢制紧急切断阀在管接端法兰侧面或其延伸管上加载试验载荷，使阀体破裂脱离或管接端部分变形的位移大于30°。当加载使阀体破裂脱离或管接端部分变形后的位移大于30°时停止加载，密封机构应仍处于剩余阀体包裹之内，紧急切断阀与小容器的连接须完好。

1-1m长硬钢管2-施力方向3-罐体示意图4-紧急切断阀法兰安装面

5-施力点6-被测紧急切断阀

图3钢制紧急切断阀冲击点示意图

破裂安全性试验过程中泄漏量要求如下：

（1）介质为液体时，泄漏量不大于（6×10-4×DN）mL/min；

（2）介质为气体时，泄漏量不大于（1.8×10-2×DN）mL/min。

4结论

为深刻吸取晋济高速公路山西晋城段岩后隧道“3•1”特别重大道路交通危化品燃爆事故的教训，槽罐车必须加装紧急切断阀，其产品及结构安全至关重要。紧急切断阀的常用标准、功能，关键结构剪切槽的设计、验证及可靠性试验等在本文得到充分论述，为槽罐车紧急切断阀的设计、可靠性分析以及产品安全提供新思路。

参考文献：

[1]GB18564.1-2006，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[S].

[2]余榕，王恒，刘子方，等.槽罐车紧急切断阀的失效模式及检验方法[J].化工装备技术，2014，35（3）：11-12+17.

[3]陆金明，黄小宇，王恒，等.槽罐车用紧急切断阀的检验技术及设备[J].监察与检验，2012，28（8）：23-24.