低温罐车附属管道失效分析及检验探讨

低温罐车附属管道失效分析及检验探讨
摘要：低温液体运输半挂车是一种具有真空夹套结构的特种车辆，能使罐体
内部保持相对较低的温度。

主要用于输送液氧、液氮、液氩、液化天然气等介质。

目前，在航天、医药、化工等领域。

各种低温液体运输车辆的使用越来越多。

因
此对它们的性能提出了更高的要求，直接关系到驾驶员、周围环境和人的安全。

因此，低温液体运输半挂车在使用过程中，应定期检查。

但由于低温液体运输半
挂车的结构原因，在定期检验中不可避免地会出现一些问题，本文对此进行了总
结和探讨。

关键词：低温液体运输半挂车；附属管道；失效；检验；
引言
低温液体运输半挂车主要从事公路运输低温液体，具有高中心位置和大轴承
质量的特点。

为了防止工作温度上升和液体汽化膨胀，在运输过程中必须在罐体
中留出一定的气象空间。

因此，挂车车头以可变速度移动时，流体会倾斜和晃动，与传统货运车辆相比，由于稳定性不高，罐车内的低温液体翻转速度较快，容易
造成侧翻事故的严重后果。

1低温液体运输半挂车检验常见问题分析
首先检查安全阀。

低温液体运输半挂车制造商往往有较高的设计要求。

但是，全车辆辅助管道系统的设计压力和安全阀的技术要求不明确，直接导致其投入使
用后设备使用试验缺乏相关技术依据。

管道操作系统既是装载和卸载操作的技术
设备，也是罐体保证其内部压力安全稳定运行，是重要的安全附件之一。

但是，
由于其罐体设计压力因制造商和装载液体属性的不同，因此管道系统的设计通常
具有不同的设计压力，从而导致安全阀的整定压力和密封压力不同。

为了保护管
道和容器，必须加强管道排压设计和安全阀设计，并且设计文件中必须包含管道
设计压力和安全阀选择。

此外，安全阀检查完毕后，必须按照规定对其管道和容
器内部实时压力标记并显示压力。

但是，罐体在运行时，由于其充装使用时压力
变化较大容易导致安全阀起跳，起跳后安全阀性能是否稳定也是一个亟待解决的
问题。

第二，紧急切断阀问题。

在低温液体运输半挂车的罐体中，其紧急切断阀是
一种重要的紧急切断装置，主要安装在液相管和气相管管路上，操作紧急切断阀
的气源来自罐车车头制动系统。

紧急切断阀的控制由于操作原理的限制从而导致
其切断可能存在一定的隐患。

例如，阀体和管道采用焊接结构，不能单独进行拆卸、分离后单独校验，因而紧急切断阀密封和阀杠切断控制可能存在不到位的问题。

耐压试验原则上不能与罐体同时进行，紧急切断阀必须进行全面和单独的检查，以检查其性能，从而确保罐体在紧急情况下的安全。

2低温罐车附属管道检验分析
2.1准静态液体模型方法
静态液体模型（QS模型）基于流体力学平衡微分方程，估算每一时刻罐内液
体倾斜度，通过计算瞬时液体质心位置，得到液体晃动的冲击效果。

该模型假设
液体表面是一个平面并做整体运动，考虑车辆的离心力和惯性力，其优势是计算
速度快，但该模型局限于形状规则罐体，且预测液体晃动达到稳态时的动力学响应，无法反应液体的动态变化和晃动过程。

将转向行驶的液罐车罐内液面晃动视
为准静态变化过程，建立准静态液体模型，分析液体晃动对液罐车的侧倾稳定性
的影响。

建立了非满载椭圆形罐体准静态液体模型，并与FLUENT瞬时冲击仿真
结果对比得出：FLUENT仿真得到液体瞬时冲击的作用力和质心位置的平均值与该
模型计算所得基本一致，该模型预测罐体侧倾阈值比实际车辆情况偏高。

2.2实验/仿真法
仿真法求解准确，成本较低、简单明了，具有明显优势，尤其随着计算机的
快速发展，建立ANSYS液体仿真模型，已成为目前研究罐内液体晃动常用方法。

罐内液体处于复杂激励条件时，基于线性/非线性理论模型研究及仿真方法，并
不能完全反映晃动过程物理变化，存在一定的局限性。

实验法能够真实反映物理
变化过程，但实车操作危险度大、成本较高，往往采用等比例缩放液罐或圆柱液
罐在试验台上进行实验研究。

通过Ansys/Fluent软件建立液罐车液体晃动模型，
结合三自由度液罐车刚体模型，建立车－液耦合的动力学模型，分析罐内液体晃
动对液罐车横向稳定性的影响。

不难发现对于形状复杂的罐体，实验/仿真法来
验证分析所建立的模型有效性已成为一种常用方法。

2.3气相管路检验
气相管路是连接罐体内外部气相空间的主要装置之一，气相管路的性能对低
温液体运输半挂车的使用安全产生了严重影响。

气相管路根部的裂纹和断裂会导
致罐体在充装液过程中的液体泄漏，从而对罐体安全产生严重影响。

断裂的气相
管路碎片在与罐壳或罐壳的内部部件碰撞时也可能造成二次损害。

与固定容器相比，低温液体运输半挂车装卸低温液化气体频率较高。

一方面，由于低温气流通
过气相管路从而导致管路振动且金属管路温度较低。

另一方面，气相管路在运输
过程中，必须反复经受住道路上的颠簸冲击，并且属于该区域就结构而言，属于
截面突变的部分很容易形成应力集中和产生裂纹，这些裂纹可能会进一步发展，
最终导致气相管路断裂。

设计中通常会改进制造单元，添加支架到气相管路根部，气相管路根部强度提高，从而让发生裂纹的概率大大降低。

此外，使用单位应严
格按照低温液体运输半挂车的使用参数进行装载和运输，不得违反相关的操作规
范进行操作使用，不得因节省时间而超压操作。

使用时严格遵守操作规程，如出
现异常，应及时与主管当局联系，以检查故障并确保行走装置和罐体的安全。

2.4机械等效力学模型方法
机械等效力学模型就是利用易于分析计算的机械模型来近似模拟罐内液体晃动，将流体动力学问题转化为机械运动问题。

常见的机械等效力学模型有单摆模型、弹簧－质量模型、椭圆规钟摆模型等。

通过建立罐体等效晃动动力学单摆模型，对比等质量的固体货物的运动状态，验证液体晃动降低整车侧倾稳定性。

基
于液体晃动与车辆运动的耦合关系，建立罐体内液体晃动等效椭圆轨钟摆模型，
通过罐车动力学响应特性分析得到，影响罐车行驶稳定性的主要因素是转载液体
质量与罐车整体质量的比值，应该尽量避开罐车充液比是0.4:0.7的情况。

将等
效单摆模型进行参数化辨识，即运用CFD软件分析椭圆形截面贮罐内液体晃动，
后通过MATLAB软件对数值仿真结果进行拟合，实现等效力学模型参数化，并进
一步验证了模型的正确性。

2.5真空度的测量问题
真空度能直观反映设备的真空状态，保证低温液体运输半挂车的安全运行。

然而，在检验时由于规管问题从而导致无法测量真空度，或者测量结果不够精确。

例如，由于各种原因从而导致真空规管损坏，更换真空规管又极易导致外部气体
进入罐体真空夹层，影响测量真空度的准确性。

从检验的角度来看，真空计测量
真空度时可能会存在问题，真空计传感器和规管之间的接触重合度往往会影响测
量结果。

为了确保准确的测试结果，必须改善真空计的性能和测量技术要求，以
提供标准的真空度测量结果。

2.6紧急切断阀的检验问题
在低温液体罐中，紧急切断阀是主要安装在液体和气体及加压管道中的重要
紧急切断装置，气源是在汽车制动系统的气缸中。

由于安装方法的局限性，检查
紧急切断阀存在一些困难。

例如，阀体和管道是焊接的，因此不可能单独分解和
检查。

只能拆卸阀芯，紧急切断阀本体的密封性能和检查不到位。

原则上，耐压
试验不能与罐车罐体一起进行，紧急切断阀必须单独进行单独检查，以确认性能。

结束语
鉴于上述情况，定期检验是确保低温液体运输半挂车罐体安全运行的关键。

为了确保检测结果的准确性，需要对罐体定期检验中常见的问题进行技术改进和
管理加强，以降低事故率。

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