长管拖车运行风险与事故分析和基于风险的动态监测

风险评估i第36卷第1 1期
长管拖车运行风险与事故分析和基于
风险的动态监测
程亮薄柯金明哲李桐
(中国特种设备检测研究院北京100029)
主商要：结合长管拖车典型事故案例和试验数据，分析了长管拖车运行中的主要风险和引发事故的主要 原因，有腐蚀、疲劳、介质混装和火灾；针对这些风险，指出可以将物联网传感器技术应用于长管拖车，提 出了物联网传感器在线监测引起其失效和事故风险的关键参数；通过对相关监测数据的分析，可以逐步推进 实现长管拖车基于风险的检验；为今后长管拖车在安全管理分析、实时检测监测、基于风险的检验等方面开 展相关工作提供技术指导。

关键词：长管拖车运行风险与事故原因分析物联网传感器监测基于风险的检验
Analysis of Risk and Accident Reasons for Tube Trailer and
Risk-based Dynamic Monitoring
Cheng Liang Bo Ke Jin Mingzhe Li Tong
(China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing100029) Abstract This paper analyzed main risks and accident reasons of tube trailer in service on the basis of its typical accident cases and relevant test data.Corrosion,fatigue,medium mixed and fire are main factors that cause accidents of tube trailer.For these factors,key parameters causing risks and accidents of tube trailer were proposed which can be monitored by Internet of things sensors.The data from monitoring sensors can be analyzed and used for risk based inspection of tube trailer.This paper provided technical guidance for tube trailer in safety analysis management,real-time detection and monitoring,risk based Inspection0
Keywords Tube trailer Analysis of risks and accident reasons Monitoring of internet of things sensor Risk based inspection
中图分类号：X933.4 文献标识码：B
文章编号：1673-257X(2020) 11 -0061-05 DOI:10 ■3969/j•issn.1673-257X•2020 •11.015
长管拖车是移动式压力容器的重要品种，主要用 于储运天然气、氢气、氦气、高纯电子气体，我国是 目前世界上长管拖车保有量最多的国家，它在国民经 济发展及人民生活中发挥着重要的作用。

长管拖车技
作者简介：程亮（！988 ~)，男，硕士，工程师，主要从事移动式承压设备定期检验和安全评价工作。

基金项目：由国家重点研发计划项目“移动式承压类特种设备风险防控与治理关键技术研究”（2017YFC0805600)，课题4 “移动式承压类特种设备高效检测、监测与评价关键技术研究”(2017YFC0805604)基金资助。

通讯作者：薄柯，E-mail:boke2@。

(收稿日期：2020—07—20)术（设计、制造、检验、试验等）发展在我国只有十 几年的历史，但由于重视程度高、科技投人大、应用 范围广、经验积累多，充分借鉴和引进了国外的先进 成果，因此经过短短的十来年时间，我国长管拖车技 术已经达到了国际先进水平[11。

目前国内长管拖车数 量约1.5万台，随着氢能和工业气体的发展，长管拖 车作为重要的储运装备会得到越来越广泛的应用。

当前长管拖车的主要类型有大容积钢质无缝气瓶 (I型气瓶）组成的I型长管拖车和大容积钢内胆纤 维缠绕气瓶（n型气瓶）组成的n型长管拖车。

它一 般穿行于公共安全重点区域，一旦发生泄漏、火灾、
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|f]P|H i n y,
〒目麵备安全风险评估
爆炸等安全事故，将给人民的生命财产安全带来极大 的威胁，这需要在长管拖车全生命周期加强安全管理。

但长管拖车在实际使用中还存在短板，在日常使用方 面，对长管拖车在使用过程中的事故不能提前预判和 报警，对事故的事前预警缺少有效的方法和手段；在 检验检测方面，当前的检验主要采用超声、磁粉、水 压等传统检验手段，还没有引人基于风险的检验模式，检验中对所有设备“一视同仁”，没有针对性，检验 效率和方法有待进一步提升。

物联网传感器.大数据等新一代技术正在经济社会各领域以及人民生活中大力推广应用[21。

新技 术的出现，为长管拖车的安全保障提供了新的手段，采用物联网传感器.大数据等新技术实现使用过程中的提前预警和基于风险的检验，是特种设备安全保障的趋势13_41。

本文以长管拖车为讨论对象，结合十几年来长管 拖车的典型事故案例和相关试验数据，分析了长管拖 车运行过程中的风险以及事故发生的原因，针对引起 这些风险和事故的具体原因和物联网传感器的应用情 况，提出物联网传感器在线监控的关键参数，能够为 以后长管拖车在安全管理分析、实时检测监测、基于 风险的检验等方面开展相关工作提供技术指导。

1长管拖车运行风险与事故原因分析
1.1腐蚀
我国天然气储量较大，分布广泛，有些地方气质 成分含有杂质较多，主要的杂质成分有H2S、c o2和水。

长管拖车气瓶材料为4130X或30CrMo,为低合金钢，根据GB/T 30579—2014《承压设备损伤模式识别》，该类材料在潮湿的C02和H2S等酸性气体中会发生全 面腐蚀减薄，并可能形成蚀坑或蚀孔，见图1。

在含硫(如 H2S)气体介质中，在应力和腐蚀的共同作用下会导 致应力腐蚀开裂151。

所以充装前必须充分脱除这些杂 质。

但某些地方由于管理相对不严，企业为提高效率，压缩成本，并未将这些杂质成分完全脱除，甚至不脱 除杂质直接充装，导致气瓶发生腐蚀。

腐蚀严重时，可能导致气瓶开裂泄漏，见图2。

根据历年来的检验情况，发生腐蚀的长管拖车气 瓶，绝大多数都是用于充装压缩天然气的。

按照标准 要求，长管拖车气瓶充装的压缩天然气的气质应该满 足GB18047《车用压缩天然气》的要求11]，见表1。

图2因腐蚀引起泄漏的长管拖车气瓶
表1车用压缩天然气成分含量要求
成分含量
总硫 / (m g/m3)< 200
硫化氢/(m g/m3)<15
二氧化碳/%< 3.0
氧气/%< 0.5
注：保证水露点比最低环境温度低5T；，且不高 于一13T：
如果充装介质满足上述标准要求，气瓶不会发生 腐蚀。

大量的长管拖车气瓶发生内腐蚀的原因都是因 为充装了超标介质。

检验中对某送检长管拖车气瓶内 残气的成分含量进行了检测，发现介质的H2S含量 为2005.09mg/m3,超出标准要求的100倍以上，同时气瓶底部还存在有大量的油泥，见图3和图4。

在 这种介质环境下，气瓶内腐蚀具有较大的腐蚀速率，很多长管拖车气瓶在运行3年后定检时，其壁厚就已 经不满足使用要求。

随着腐蚀的进行，气瓶壁厚进一 步变薄
，气瓶会在局部高应力和腐蚀的双重作用下会
风险评估第36卷第1 1期
发生穿孔、开裂，可能会引起泄漏、爆炸等安全事故，
见图2。

图4气瓶内的油泥
表2统计了不同外径的长管拖车用气瓶或内胆的
设计壁厚，同一外径下大容积钢质无缝气瓶的壁厚比
纤维缠绕气瓶的内胆壁厚高2倍以上。

长管拖车用n
型气瓶其内胆壁厚设计壁厚仅为7.4 ~ 9.5mm,—旦
充装腐蚀性介质超标的气体，其腐蚀失效的风险较大。

表2长管拖车用钢瓶或内胆的设计壁厚统计表
气瓶类型大容积钢质无缝气瓶（I型）大容积纤维缠绕气瓶(内胆>(n型）
外径/mm559671715559715
壁厚/mm16.5 ~16.819.821.0 ~ 21.37.49.5
1.2疲劳
我国长管拖车用I型和n型气瓶型式试验中对常 温压力循环试验的要求见表3:
I型气瓶的公称工作压力为20MPa,而疲劳试验 的压力上限为33.4MPa，通过该类气瓶历次的型式试 验数据，I型气瓶型式试验通过后有比较大的安全裕 度，其疲劳失效风险总体可控。

表3长管拖车用气瓶常温压力循环试验要求气瓶类型
大容积钢质无缝气瓶（I型气
瓶）
大容积纤维缠绕气瓶（n型气
瓶）压力循环范围 2.0 ~33.4
MPa 2.0 ~ 26.0MPa 合格循环次数1.5万次1.5万次
备注
按照气瓶设计寿命为20年，每年充装750次，合计 1.5万次来
要求压力循环次数
但n型气瓶的疲劳风险较大，n型气瓶在压力循 环次数和循环压力上限要求方面的安全裕度非常小。

压力循环次数方面，国内长管拖车用大容积纤维缠绕 气瓶设计寿命为20年，疲劳试验按照750次/年，即压力循环次数为1.5万次进行试验。

但国内某些长 管拖车的充装频率较高，通过查看一些长管拖车的运 行与充装记录，国内长管拖车充装次数一般为1〜2 次/天，部分使用单位在用气高峰时每天充装次数可 达3次。

压力循环试验压力方面，20M Pa甲烷在6(T C 温升压力约为26MPa,与疲劳试验的压力上限相同。

大容积纤维缠绕气瓶疲劳试验数据分散性较大，疲劳寿命受纤维材料和树脂材料性能、内胆性能、自紧、加工工艺和使用工况等综合因素的影响。

表4为部分 型号的大容积纤维缠绕气瓶设计阶段疲劳试验结果统 计，引起该类气瓶疲劳寿命较低的主要原因是内胆的 微小缺陷或表面损伤。

表4大容积玻璃纤维缠绕气瓶疲劳试验结果统计表设计型式
公称工
作压力
/MPa
有效循
环次数/
次
失效原因
公称工作压力为20MPa，
爆破系数为2.5的玻璃纤
维缠绕气瓶
208445
泄漏处钢内胆外壁有炉辊
划痕
2017926合格
2012334泄漏处内胆内壁存在划伤
2014053泄漏处内胆存在夹层缺陷
2019626合格
2013428泄漏处内胆存在夹层缺陷
2022310合格
公称工作压力为25MPa，
爆破系数为2.5的玻璃纤
维缠绕气瓶
2513506内部有折叠缺陷
2513122内壁细微缺陷因此n型在使用寿命内发生疲劳失效的风险较大，而且实际使用中，气瓶是在腐蚀、疲劳、应力等复合
!'
63
議备安全
风险评估
工况下服役，进一步降低了它的疲劳性能，在其使用 寿命内存在一定的疲劳失效风险。

1.3介质混装
2017年，某加气站场一辆长管拖车在静置过程中， 突然发生爆炸，现场爆炸威力非常猛烈，见图5、图6。

事故后经调查分析，该长管拖车可能由于工艺控制不 严，气瓶内混入空气，导致可燃气体与易燃易爆气体 混装，而发生化学爆炸。

化学爆炸具有突发性，发生 前毫无征兆，常规检查往往无法发现，一旦发生爆炸， 毁灭性强。

图6
爆炸后的气瓶碎片
1 .4火灾
2016年，某企业所属一台n 型长管拖车发生火灾 后，并未按照有关法规标准的要求委托检验机构对该 长管拖车进行检验和评估，而是私自修理后继续使用，
由于气瓶缠绕层受热后强度不足，长管拖车在充装时 发生物理爆炸，见图7。

2017年，某加气站场由于违规操作导致装卸用高 压软管断裂，引起气体泄漏后发生火灾，天然气形成 喷射火焰，对气瓶进行局部加热，其受火部分强度迅 速降低，在气瓶内压下发生物理爆炸，见图8。

图8轮胎起火导致的长管拖车火灾事故
长管拖车火灾事故时有发生，引起长管拖车火灾
的原因有可燃气体泄漏、轮胎起火等。

表5为近年来 长管拖车火灾事故基本情况的统计表161。

长管拖车受 火以后，当气瓶温度达到一定程度时，气瓶材料力学 性能会显著降低。

如果气瓶在火灾中未发生爆破，而 使用单位心存侥幸心理，忽视设备安全，对火灾事故 隐瞒不报，对车辆自行处理后继续使用，很容易发生 爆炸。

定期检验过程中也很难发现气瓶的受火历史，
从而无法针对性的进行检验和评定，容易导致力学性 能受热下降的气瓶继续使用，安全隐患较大。

表5
长管拖车发生火灾事故基本情况统计
火灾分类发生火灾事故车辆/台
受火气瓶数量/台
道路（轮胎起火）33272加气站（可燃气体起火）
3
69
64 I
.
2长管拖车动态监测
长管拖车在我国保有量大，移动性强，而且使用 单位的安全管理水平参差不齐，有些单位安全意识比 较淡薄，管理非常欠缺。

长管拖车的事故一般发生在 使用环节，这也往往是安全监管的薄弱区，给长管拖 车的安全运行带来了较大的不确定性，很容易导致事 故的发生。

当前并不能对长管拖车运行中的突发事故 进行提前预判和报警，对事故的事前预警缺少有效的 监测方法和手段。

如何降低和避免事故发生是特种设备监管面临的 主要问题。

随着科技的发展，物联网传感器技术已在 少部分长管拖车中得到应用，但监控的参数比较单一，一般进行压力和温度的监控，主要应用于车辆的调度，见图9、图10。

图1〇用于监测的传感器
运用物联网传感器技术来实现长管拖车运行期间的动态监测，单一的参数监控显然不行。

通过对 长管拖车实际运行风险和事故原因的分析，可以针对性的对传感器监控的参数提出具体要求。

针对长 管拖车气瓶腐蚀风险，传感器应该能够监控^123、〇02等，保证充装气质符合标准规定要求；针对气 瓶疲劳风险，传感器应该能有效监控压力循环次数、充装压力等，如果存在充装次数过高或者超压充装等情况，可以考虑在定期检验中缩短检验周期或缩减长管拖车的使用年限；针对介质混装问题，传感 器应该能够监控气体介质的氧含量，一旦发现氧含量超标，立即停止使用并及时处理，针对火灾发生的原因，传感器应该能够监测气体泄漏以及气瓶温度等，一旦发生气体泄漏后可以及时维修，同时长 管拖车在经历火灾后，也能了解气瓶的实际受火历史，为气瓶的安全评定提供数据支撑。

见表6，如 果传感器能够有效地对这些参数进行实时监测，通 过对数据的分析研判并及时采取相应措施，填补了 当前长管拖车安全监管的薄弱区，可以有效减少和 避免事故的发生。

表6物联网传感器监测参数分析
序号
长管拖车风险与
事故引发因素
原因分析监控参数1腐蚀
直接充装未经脱硫脱水
的井口气（气体内含有
H:S、c o2，水）
监控H^，（：02等2疲劳
n型气瓶疲劳性能分散性
较大.设计时疲劳性能的
安全裕度较小，使用过程
中充装频率可能较高，超
压充装
监控压力循环次数和
压力范围3介质混装
易燃易爆介质中混入
氧气
监控氧禽蹶
轮胎起火监控气瓶温度4火灾天然气起火监控气瓶温度、压力
易燃易爆介质泄漏胳控介质泄_同时，通过对长管拖车运行数据的采集以及分析 汇总，检验中也可以制定针对不同使用情况的长管拖 车个性化检验方案，避免过度检验同时又能针对性的 检出设备问题，实现长管拖车基于风险的检验，使检 验更有针对性，更高效，更智能。

3结论
本文结合长管拖车具体的检验和事故案例，试验 数据等，对长管拖车运行中的风险和事故原因进行分 析，针对具体的风险和原因，提出通过应用传感器和 物联网技术，对长管拖车关键参数进行监测，同时指
(下转第69页〉
I、
65
阶段循环进行风险分级与隐患排查与治理工作。

一年 来，作业人员的职业素养与管理人员的专业水平得当 了大幅提升，设备状况不断改善，作业人员的职业素 养与管理人员的专业水平得当了大幅提升，隐患呈显 著下降趋势（隐患数量趋势如图6所示），安全管理 措施与体系制度得到了持续落实。

从这一年的特种设备安全管理成效看，将风险管 控关口前移，建立并落实特种设备风险分级与隐患排 查治理机制，能符合工程施工用特种设备专业性安全 管理要求，对减少隐患、遏制事故发生，起到了明显 的作用。

—隐患数量一•一重大隐患数最
图6 —年期隐患排查数量统计
我国的交通施工类企业在工程建设中发挥出了极 强的专业力量，不断刷新了我国的基建水平，但是特 种设备的相关法规、技术规范与标准伴随着发展而动 态变化，也具有较强的专业性。

此二类专业领域联合 建立一套适用于施工过程中的特种设备风险管控与隐 患排查治理机制，将大大巩固施工特种设备的安全防 线，并促进特种设备技术的稳步发展，形成互补良性 循环。

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(上接第65页）
出可以将监测数据应用于基于风险的检验，实现智能、
高效检验，主要结论如下：
1)长管拖车运行风险和事故原因主要有腐蚀、疲 劳、介质混装和火灾等导致其发生安全事故。

2)针对长管拖车运行中的具体风险和事故发生的 具体原因，提出物联网传感器在线监控的关键参数，
对长管拖车安全运行进行有效监测，发现异常情况立
即处理，可以有效减少或避免事故的发生。

3)根据物联网传感器的监测数据，可以逐步推进 实现长管拖车基于风险的检验，使检验更有针对性，
更高效，为实现智能检验奠定基础。

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jijvinmn mkh I
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