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三乙基铝可移动罐柜的特殊设计要求(Z.2017.9)

新闻来源:中国船检    浏览量:356 姜峰 2017-11-06
        三乙基铝是一种极为危险的化学品货物,国际上对于运输该货物有很多严格的要求,通常选用符合国际海运危险品法规(IMDG)要求的可移动罐柜作为运输装备。在国际多式联运快速发展的今天,要想确保可移动罐柜和货物的安全,必须关注和了解适用国际多式联运三乙基铝可移动罐柜的特殊设计要求,包括适用不同运输领域的设计要求,确保罐体结构安全的压力试验的特殊要求,验证罐体与框架整体结构的惯性力的特殊要求以及使用环节标记的特殊要求。本文根据装运三乙基铝可移动罐的特殊设计要求进行分析,希望可以帮助相关生产和物流企业提高安全意识和确保装运安全。
        可移动罐柜设计依据的特殊性
        由于可移动罐柜存在装运危险品的特殊性、安全等级高以及适用领域的多样性,其设计阶段应全面考虑适用公约、法规和标准的要求,可移动罐柜的主要设计依据见表:
        设计依据的选择应特别关注罐柜后期使用的要求和便捷性。用于国际多式联运的可移动罐柜,其设计应满足IMDG要求,IMDG也是国际海事组织制定的强制性规则,容器的设计依据一般选择AMSE VIII Div.1,其国际认可度相对较高,罐柜在满足IMDG所有安全条款和AMSE的要求后由授权检验机构颁发批准证书,中国授权检验机构是中国船级社,取得证书后可参与海运、公路或铁路等国际多式联合运输。用于国内道路运输的可移动罐柜,由于近期相关法规陆续修订,变化较大, 本文仅推荐明确的要求。首先应满足《危险货物道路运输安全管理办法》的要求,未来所有技术要求将依据《JT 617汽车危险货物运输规则》,对容器的要求包括《移动式压力容器安全监察规程》或GB 150-2011 《压力容器》,但现阶段对于装运三乙基铝的可移动罐柜,我国各省质量技术监督部门要求也存在不一致,大部分地区按照固定压力容器进行要求,显然忽略了其移动的属性,存在不合理,建议用户设计使用前赴本地主管部门进行确认。对可移动罐产品的标准是《GB 19454-2009 危险货物便携式罐体检验安全规范》,建议设计给予充分考虑。用于国内道路运输的可移动罐柜应满足《水路危险货物运输规则》要求,由授权检验机构颁发批准证书,中国授权检验机构是中国船级社,设计检验应依据IMDG和中国船级社集装箱检验规范,检验后才可使用运输。当然,所谓国际运输应覆盖国内运输,但若可移动罐仅在国内短驳运输,则可按照临时进口移动式压力容器简化要求,在设计上满足IMDG或其他国家区域性安全监管标准即可。设计人员应熟悉不同的设计标准体系,更加关注标准间差异,应合理选择,保守选取,避免问题。
        对可移动罐柜压力试验的特殊要求
        当完成可移动罐柜定型设计后,需要采用试验手段验证罐柜的结构强度合理性,压力试验是最直观评判罐体强度合格的手段,因此确定压力试验的试验压力和试验方式最为关键。由于设计体系的不同,在确定试验压力和试验方式中存在差异。往往有以下两个体系:
        通过对比,可见在设计压力选取中,方法1仅考虑装运介质的最高压力,而方法2还增加了充灌或卸货过程、加压封装以及试验压力三分之二对比的要求,因此方法2选取的设计压力往往大于方法1取值;由设计压力推导试验压力过程中,方法2的推算系数依然大于方法1,因此方法2得到的压力试验压力通常均大于方法1的试验压力,使罐体的结构强度安全可靠。
        压力试验下的应力校核中,虽然方法1增加了焊接系数,考虑全面,但方法2对许用应力值取值苛刻,也低于方法1许用应力值,因此方法2对压力试验应力校核更严格,进一步保证了罐体的结构安全。
        对试验手段的选择,IMDG为了保证压力试验安全,避免罐体存在缺陷导致瞬间破裂危险,只允许使用液压进行压力试验。但由于三乙基铝与水反应剧烈,且一般装运三乙基铝的可移动罐柜罐体较小,没有可用于检查罐内情况的人孔,易造成完成液压试验后罐内残液,因此方法1允许使用气压进行压力试验。
        基于以上对比,笔者总结适用于国际多式联运装运三乙基铝可移动罐柜应按以下方法明确压力试验:
        1. 设计压力确定:IMDG Code第6.7.2.1条规定了罐柜设计压力P1的最小取值,按照方法1进行设计计算时,使用的计算压力Pc应不低于IMDG第6.7.2.1条规定的设计压力P1。同时,IMDG第6.7.2.1条规定,罐柜的最大允许工作压力[Pw]应不小于该条款中规定的设计压力P1
        2. 液压压力试验以及其应力校核:由于方法2的液压试验可以覆盖方法1,因此应依据IMDG确定液压试验。依据IMDG第6.7.2.3.2条的规定,罐壳的设计和结构须能承受1.5倍设计压力P1的液压试验压力,该试验压力值应不低于IMDG第4.2.5.2.6条中装运三乙基铝可移动罐柜导则T21所对应的最低试验压力数值10bar。按照上述液压试验压力值进行应力分析时,罐壳的内表层应力σ不应超过0.75Re或0.5Rm,取其低者;
        3. 气压试验以及其应力校核:如无法进行液压只能选用气压试验,则气压试验压力数值应不低于IMDG第4.2.5.2.6条中装运三乙基铝可移动罐柜导则T21所对应的最低试验压力数值。进行强度校核时的试验压力值除满足方法1的规定外,还应不小于上述1条中按照IMDG第6.7.2.1条规定的设计压力P1的1.5倍。在试验压力下,壳体最大总体薄膜应力σT ≤ 0.8Reφ,并应满足焊接接头系数、无损检测要求的特殊规定;
        4. 若采用液压试验,应保证液压试验完成后采取有效手段消除罐体内的残液和及时进行罐体内部的干燥处理;
        5. 若选用气压试验。制造过程中罐体的A类和B类焊接接头应进行100%射线或超声无损检测,且合格级别应满足引用标准的规定。在气压试验前确认安全措施和在试验过程中确认气压试验方法合理,保证试验过程安全。
        惯性力工况要求的特殊性
        用于运输的可移动罐柜罐体强度可按容器设计标准进行设计计算,如ASME或GB150等,但在设计计算时,还应考虑运输过程中的惯性力,如在船舶运输条件下,由于船舶航行横摇、纵倾等运动会对可移动罐柜产生横向、纵向推拉力;在公路或铁路运输条件下,在加速、转弯等过程中会产生加速作用力。这些惯性力对罐体特别是与罐体连接的框架和连接结构同样产生较大影响,通常解析计算无法对可移动罐柜整体进行分析,因此应使用有限元方法进行计算。
        由于装运三乙基铝的可移动罐柜容积较小,载重量不大,往往经载重量换算后的4个方向惯性工况投影截面压力较小,较多设计者直接将其加载计算并未考虑IMDG前后的关联,应注意IMDG6.7.2.1条款对设计压力的定义,其中第三条要求惯性力工况的静态压力不小于0.35bar,虽然仅是在设计压力中规定了最小惯性压力的数值,但在有限元分析计算中应给于考虑,排除较小惯性力,增加罐柜的结构强度。
        惯性力工况的选择应依据IMDG 6.7.2.2.12条款的要求,该条款考核的对象不仅包括可移动罐柜罐体,其系固件也同样要求。装运三乙基铝的可移动罐柜一般不采用完整的框架结构形式,而是采用卧式支座支撑,可依据JB4712.1-2007《鞍式支座》进行结构尺寸设计,依据《过程设备设计》进行鞍座位置的确定。但应注意,设计依据均未提及当罐柜具备移动属性时如何通过试验手段验证鞍座结构强度的特殊要求。对于完整框架型的可移动罐柜,如ISO系列1罐箱均有对框架的静力试验验证框架结构强度。基于此种考虑,应通过试验的方式验证鞍座自身以及与罐体连接后的结构强度。可设计试验辅助框架,将罐柜与框架进行组装,并将鞍座固定于框架内,若有吊耳也应进行固定连接,具体见图1。
        通过罐体充装或加载配重,达到罐柜满载状态,通过对组合体进行四个惯性力的方向的提升,确认鞍座的结构强度是否满足要求,目前中国船级社在检验的过程中,对此进行了要求,此种方式确实可以有效验证罐柜鞍座及鞍座连接的结构强度。
        罐柜标记的特殊要求
        为了保障危险品运输安全,为了使国家的有关管理部门能准确、快速、直观地辨别危险货物运输状态,我国明确要求托运人使用可移动罐柜运输危险品应当严格按照《危险货物品名表》(GB 12268)、《危险货物运输包装通用技术条件》(GB 12463)、《危险货物包装标志》(GB 190)、《化学品分类和危险性公示 通则》(GB 13690)等国家标准要求设置标志。为了保持与国际危险品标示统一,这些国标均与联合国规章范本一致,而联合国规章范本也是IMDG的主要编写来源,架构上基本一致。
        根据国际海事组织(IMO)的决定,从1991年1月1日起,凡须经海运出口危险货物的国家都必须执行IMDG。联合国也规定在已检验合格的每一件可移动罐柜上必须铸印耐久清晰的联合国规定的危险货物包装标记。但目前我国仍有一些企业或管理部门对危险货物包装标记的构成、含义和作用不甚清楚。因此,笔者提出几点注意事项:
        1. 标志的选择:罐柜上须具有IMDG危险货物一览表第3栏所示的危险类别标志并附加由第4栏类别或分类号所表示的危险性的副危险性标志。三乙基铝属于4.2类易燃固体,副危险类别是4.3,因此标志包括以下危险标志和副危险标志(见图2)。
        2. 运输介质名称的显示:内装物的正确运输名称须持久的标记于可移动罐柜的至少两侧,即三乙基铝介质的名称应明确标记。
        3. 介质联合国编号的显示:编号的显示有两种方式,可以与危险标志合并一起使用也可分开,若分开应单独标注于黑框的橘黄色长方形板上,如图3,三乙基铝UN代码是UN3394。
        总体来看,可移动罐柜的设计是综合性很强的专业,要求设计者通晓国际公约、国家法令、设计标准、规范以及设计方法,同时,还需对容器选材、使用范围和环境有详细了解,甚至还应具备丰富的设计、制造、使用和维护等方面的经验。采用可移动罐柜运输三乙基铝危险品不但提高安全性,在运输上也具有较大优势,节约较多成本,在我国经济大发展的条件下,拥有更广阔的前景,值得较大范围的推广。
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