刘玉红，郭淑芬，崔玉景，宋新海，韩晓燕，张志辉

(石家庄安瑞科气体机械有限公司，石家庄 051430)

液化气体长管拖车与压缩气体长管拖车的异同探讨

刘玉红，郭淑芬，崔玉景，宋新海，韩晓燕，张志辉

(石家庄安瑞科气体机械有限公司，石家庄 051430)

主要针对液化气体长管拖车和压缩气体长管拖车在适用标准、制造和结构形式、安全装置的设置、充装和使用以及安全泄放面积计算等方面进行了论述。结果表明：液化气体长管拖车和压缩气体长管拖车在适用标准、制造和结构形式以及安全装置是否设置方面是相同的，但是在充装系数选择以及充装使用和安全泄放面积的计算方面是不同的。

压缩气体；液化气体；长管拖车；充装

随着国民经济的持续快速发展，人们生活水平和生产能力的不断提高，大大促进了各种工业气体的应用，典型的高压气体储运设备长管拖车也得到推广使用。长管拖车是将多支大容积无缝气瓶与集装箱标准框架组装后，并放置在集装箱半挂车底盘上，实现储运高压气体的功能[1]。装运气体按介质的临界温度分为压缩气体和液化气体。TSG R0006-2014《气瓶安全技术监察规程》规定：压缩气体，是指在-50℃加压后完全是气态的气体，包括临界温度低于或者等于-50℃的气体；而液化气体分为高压液化气体和低压液化气体。在温度高于-50℃加压后部分是液态的气体，包括临界温度在-50～65℃的气体为高压液化气体；临界温度高于65℃的气体为低压液化气体[2]。

压缩气体一般采用大容积无缝气瓶充装使用，液化气体一般采用中小容积的焊接气瓶或无缝气瓶进行充装使用，如果用量大的一般采用罐车进行装运，而高压液化气体使用范围较低压液化气体更广泛，但是由于容积的限制，大量使用受到限制，而且近年来用大容积无缝气瓶装载高压液化气体的长管拖车需求日益旺盛。

液化气体和压缩气体长管拖车从车辆外观看似乎一样，但实际区别很大。本文主要就二者的共同点和不同点进行对比探讨，旨在使气体生产厂家和设备使用者能正确进行设计和使用，以保证气体储运设备的安全使用。

1 相同点

1.1 适用标准

无论是压缩气体长管拖车或者是液化气体长管拖车，均为移动式压力容器，均按特种设备进行管理，均应接受TSG R0005—2011《移动式压力容器安全技术监察规程》的监察，装载气瓶应接受TSG R0006—2014的监察。TSG R0005—2011中规定：长管拖车仅适用于压缩气体介质的储运，而液化气体未纳入监管范围内。因液化气体长管拖车目前尚无相应的国家标准和行业标准，一些长管拖车厂家按照TSG R0005—2011第1.7条，将有关的设计、研究、试验等依据、数据、结果及检验检测报告等技术资料报国家质量监督检验检疫总局，由国家质检总局委托有关的技术组织或者技术机构进行技术评审。经过评审合格后方可进行制造[3]。

1.2 制造和结构形式

不管是压缩气体还是液化气体，长管拖车制造过程是一样的，其主要流程是：材料入库验收→无缝钢管复验(外观、尺寸、厚度、成分、组织、超声检测和磁粉检测等)→加热→旋压/锻压收口成型→淬火热处理→内外表面喷丸处理→检测检验(表面宏观检查、硬度测试、磁粉检测、按批量取样作拉伸、冲击、金相和压扁试验等)→机加工(瓶口螺纹加工和内外螺纹磁粉检测)→水压试验(外测法)→气密试验→最终检验(超声检测、测厚和磁粉检测)→组装拖车→整车气密→抽真空充氮[4]。

液化气体长管拖车和压缩气体长管拖车的主要承压部件均为大容积无缝气瓶。其结构形式为两端旋压/锻压收口，并在气瓶端部加工内外螺纹，通过端塞与管路连接。目前该种气瓶已有成熟的设计制造经验，公称工作压力一般有16.6、20、25 MPa等压力等级，根据需要还可以达到35、45 MPa或者更高的压力等级。

1.3 选材原则

气瓶原材料为无缝钢管，材料一般选用高强度铬钼钢，铬钼钢具有优良的综合机械性能，它的最大优点就是在高强度水平上仍能保持良好的塑性和足够的韧性，甚至在-40℃条件下还具有出色的韧性[1]。选用具体材料牌号时需要根据介质与材料的相容性要求选取气瓶材料、螺塞材料、管路及密封垫材料等。如对于压缩气体氢气，根据ISO11114-1标准，氢气为致脆介质，标准限定材料最大抗拉强度不大于950 MPa，根据市场上大直径无缝钢管供应情况，一般选用4130X。

而对于属于高压液化气体的三氟甲烷介质，根据ISO11114-1标准，该介质是非致脆介质，材料最大抗拉强度不超过1100 MPa。根据市场上大直径无缝钢管供应情况，可以选用4140、4142、4145或强度相当的气瓶材料。

1.4 安全附件设置原则

移动式压力容器根据TSG R0005—2011及行业标准等的要求，均需要设置安全附件。安全附件一般包括：安全泄放装置、测压仪表、测温仪表，根据需要设置紧急切断装置等。

2 不同点

2.1 充装量

2.1.1 压缩气体的充装

压缩气体在储运过程中一直处于气体状态，长管拖车的充装量是按压力进行充装计算的。如对于一只2.25 m3，公称工作压力为20 MPa的压缩天然气(简称CNG)气瓶，在充装温度为20℃时可以充装CNG到20 MPa，按介质的压缩比253可以得到充装质量为253×2.25×0.717=408 kg(其中0.717为CNG标况下的密度)。但是对于同样的充装压力，如果在不同的充装温度下充装，充装质量也是不同的。介质的压缩比随着温度的升高而降低，充装质量随着温度的升温也降低。

2.1.2 液化气体的充装

液化气体在充装时是液态或气液两态，所以充装量的计量与控制就不能像压缩气体那样，按照不同的充装温度控制充装压力，而是直接控制其充装密度(充装系数)，即单位容积下的气体质量(kg/L)。当然，在相同的限定原则下，充装系数是根据气瓶的许用压力确定的[6]。

2.1.2.1 低压液化气体的充装

按TSG R0006—2014的规定：对于低压液化气体，充装系数应当不大于在气瓶最高使用温度下液体密度的97%。在温度高于气瓶最高使用温度5℃时，瓶内不满液。

低压液化气体如果“满液”充装，当温度再继续升高，瓶内液化气体急剧膨胀，造成压力急剧升高，很容易发生气瓶爆破等恶性事故。以液氯钢瓶为例,“满液”钢瓶温度升高1℃,其瓶内压力将增加1～2 MPa[5]。

用高压无缝气瓶装载低压液化气体是不经济的，一般低压液化气体根据用量采用罐车或者中小容积气瓶进行充装使用。但如果使用长管拖车进行低压液化气体的储运，应严格控制气瓶的充装量，严禁过量充装。

2.1.2.2 高压液化气体的充装

对于临界温度在-50～65℃的高压液化气体，在充装温度超过临界温度时，已完全是气态，则可以按压缩气体进行管理。但是在临界温度以下充装时，仍为液化气体状态，仍需严格遵守充装量的规定。

对于高压液化气体充装系数按以下公式(摘自TSG R0006—2014和IMDG《国际海运危险货物规则》)：

Fr=PM/ZRT

式中，Fr为充装系数；P为气瓶许用压力(按TSG R0006—2014规定，P取公称工作压力；按IMDG的规定，P取水压试验压力)；M为气体分子量；T为气瓶最高使用温度；R为气体常数；Z为气体在压力P，温度T时的压缩系数。

此公式是依据理想气体状态方程推导得出的。可知，按国内规范，高压液化气体在气瓶使用过程中最高压力均不会超过公称工作压力，而按国际规范IMDG设计的多单元气体容器，其气瓶最高压力不会超过气瓶水压试验压力。故国内对于液化气体充装限制更为严格。

2.2 使用方面

2.2.1 压缩气体长管拖车按压力控制充装

长管拖车充装压缩气体按压力控制充装量，加气站一般设定某一压力限值，当充装达到此压力时，即停止充装。

所有气瓶可以同时进行充卸作业，无需单瓶充装和卸放。

2.2.2 液化气体长管拖车按质量控制充装

液化气体长管拖车每支气瓶必须设置瓶口根部阀，必须专瓶专用，在充装过程中，必须严格防止气瓶中气体混装。用完的气瓶应留有余压，以防止倒灌混入其他气体或杂质。

在充装或卸液时只允许开启要充卸作业的气瓶根部阀，其余气瓶根部阀门应予以关闭，以防止液化气体出现混流现象，造成称量不准现象。

每支气瓶的充装质量均不得超过充装系数计算得到的最大允许充装量。所有气瓶充装量不得超过长管拖车最大允许充装量。

2.3 安全泄放量计算

根据TSG R0005—2011的规定，除了剧毒和自燃介质外，长管拖车均应设置安全泄压装置。但是对于压缩气体和液化气体气瓶的安全泄放量计算不同。对于安全泄放量的计算有很多标准，常用的为CGA S1.1和GB 16918，下面分别介绍两种标准对压缩气体和液化气体安全泄放量的计算方法。

2.3.1 美国压缩气体协会标准CGA S1.1—2011

根据CGA S1.1—2011《压力泄放装置标准 第一部分 充装压缩气体的气瓶》，对于压缩气体，气瓶的安全泄放量为：

Qa=9.6×10-3Wc

式中，Qa为试验压力为690 kPa时自由气体的流量；Wc为气瓶容积。

从公式可以看出，CGA S1.1对于压缩气体钢瓶的安全泄放量进行了简化，只和钢瓶的容积大小有关系。对于液化气体钢瓶，CGA S1.1也简化认为液化气体钢瓶的安全泄放量取相应压缩气体气瓶的2倍即可。

2.3.2 GB 16918—1997《气瓶用爆破片技术条件》

对于永久气体气瓶，气瓶的安全泄放量

式中，WS为气瓶的安全泄放量；M为介质分子量；V为气瓶容积。

该公式表明气瓶的安全泄放量既和气瓶容积大小有关，也考虑了不同介质的影响，较CGA S1.1更精确一些。

对于液化气体钢瓶，当V≤450 L时，

当V>450 L时，

式中，P为爆破片的设计爆破压力；q为介质泄放压力下的汽化潜热；Ar为气瓶受热面积。

该公式表明对于小容积的液化气体钢瓶，气瓶的安全泄放量除与容积大小，不同介质有关外，也考虑了设计爆破压力的影响，较CGA S1.1更精确。而对于大容积的液化气体钢瓶，考虑的是气瓶暴露在火灾环境下时，液化气体在吸收热量全部气化而需要的安全泄放量。

3 结语

比较了压缩气体和液化气体长管拖车的异同，结论如下：

1.压缩气体和液化气体长管拖车在适用标准上、制造和结构形式、材料的选用以及如何判断是否采用安全装置方面是相同的。两者均遵循移动式压力容器相应规范，在结构上均采用两端旋压/锻造收口的无缝结构，材料均为铬钼钢，均需要设置安全装置。

2.压缩气体和液化气体长管拖车在充装、使用和安全泄放量的计算上所遵循的原则是不一样的。压缩气体的充装是由压力控制，液化气体的充装是由质量控制，在计算泄放面积时，如果按照CGA S1.1计算，液化气体的泄放面积为压缩气体的2倍，如果按照GB 16918计算，在容积小于450 L时，液化气体的泄放面积也为压缩气体的2倍。

3.本文对压缩气体和液化气体长管拖车的异同分析的目的在于保证液化气体长管拖车的正确安全使用，促进气体行业的发展。

[1] 秋长鋆，吴红．管式拖车气瓶介绍[J].中国锅炉压力容器安全，1997，15(4)：30-33．

[2] TSG R0006—2014 气瓶安全技术监察规程[S].

[3] TSG R0005—2011移动式压力容器安全技术监察规程[S].

[4] 王丽娜．压缩天然气运输和长管拖车制造及检验[J]．河北工业科技，2011,28(1):52-54．

[5] 巢建伟，张晶，等．液氯钢瓶超装爆破危险性的计算[J]．石油化工设备，1991,23(10):35-36．

[6] 吴粤燊．我国气瓶法规、标准在设计参数上与国际标准的主要差异[J]．中国特种设备安全，2007,23(10):47-50．

Discussion on Similarities and Differences Between Liquefied Gas Tube Trailer and Compressed Gas Tube Trailer

LIU Yuhong，GUO Shufen，CUI Yujing，SONG Xinhai，HAN Xiaoyan，ZHANG Zhihui

(Shijiazhuang ENRIC Gas Equipment Co.,Ltd.，Shijiazhuang 051430，China)

In this paper, applicable standards, manufacturing and structural form, setting of safety device, filling and use and the calculation of safety discharging areas of liquefied gas tube trailer and compressed gas tube trailer were discussed. The results show that it is same in the applicable standards, manufacturing and structural form and setting of safety device while it is different in the choose of filling coefficient, filling and use and the calculation of safety discharge areas.

compressed gas；liquefied gas；tube trailer；filling

2017-03-16

TB658

A

1007-7804(2017)03-0005-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.03.002

刘玉红(1973)，女，本科，高级工程师，主要从事压力容器的设计工作。