液体危险货物罐式车辆充满率的探讨

扬州中集通华专用车有限公司 房坤

对我国液体危险货物罐式车辆充满率的要求和ADR标准进行了简要的对比，并对液体危险货物罐式车辆的充满率进行了计算和说明，推断出液体危险货物罐式车辆应根据介质特性控制充满率，且充装量不得超过该车的额定载质量。

液体危险货物罐式车辆充装率的相关规定

液体危险货物罐式车辆（简称液罐车）运输的介质具有易燃、腐蚀和毒性等危险特性，并广泛应用于我国的各行各业。液罐车在运输过程中一旦发生事故将会对人民的生命财产安全造成重大的危害，如2012年发生的陕西延安特大交通事故、2014年发生的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等，都分别导致了数十人的重大伤亡，因此国家各部门出台了很多相关的管理规定，并制定了相关标准加以规范。

罐体材料的选择、罐体结构的确定、安全附件和装卸附件的配置、充装介质的多少等是关系到罐车安全运行的几个主要方面。为了防止超载，中机车辆技术服务中心从源头抓起，在公告审查过程中严格控制罐车容积，从严管控充装的介质容量。2006年版《车辆生产企业及产品公告管理培训材料》要求[1]：“运输GB 12268－2005《危险货物品名表》以内危险货物的罐式车：罐体额定容积=额定载质量/密度”，“对于运输液体罐体，有效容积≤额定容积×110%”，“运输按GB 6944－2005《危险货物分类及品名编号》属于同一类且对罐体要求相同的不同品名、不同密度的介质时，按密度最大的核算有效容积”。根据该公式，气象空间最大为10%，即要求最小充装率为90%，最大充装率即充满率没有要求。

2010年版《车辆生产企业及产品公告管理培训会资料汇编》要求[2]：“1.0≤罐体总容量/(载质量/介质密度)≤1.05”；“同一罐体运输对罐体要求相同的不同品名、不同密度的介质时，应按密度最大的介质核算罐体总容积，该罐体总容积应保证最小密度的介质也符合上述公式”。根据此要求，气象空间至多为5%，即要求最小充装率为95%，对充满率也没有要求。其本来目的是既可严格控制超载，也可适当扩大车辆适用的范围，增加同一车辆可运输介质的数量，这在一定程度上减少运输企业营运车辆的数量，降本增效，符合当下建设节约型社会的主旨。

液罐车充满率对罐体的影响

气象空间究竟多少合适呢？现以日常生活中最常见的93号汽油为例进行探讨，看看不同的充装率会产生什么结果。93号汽油的密度与温度关系为[3]：

式中：ρt为温度达到t时93号汽油的密度；ρ20为温度20℃时93号汽油的密度，ρ=725 kg/m3；t为93号汽油在罐体内的实际温度。

常温状态下应考虑到环境温度不低于50℃的情况，而一般汽油储存温度为15℃。当汽油装入油罐车后，不考虑出现火灾等事故状态，在正常运输过程中由于受环境温度影响，罐体内汽油温度则有可能会达到50℃。那么，如果按原储存温度15℃的汽油在装车后变成50℃的情况来计算，从安全和实际使用性能两方面看会出现什么情况呢？

当t=50℃和t=15℃时，93号汽油密度由式(1)分别计算可得：ρ=699.5 kg/m3，ρ=729.25 kg/m3。

那么，一个42 m3的油罐车按最低充装率95%计算不同环境温度下的气象空间（汽油从充装时的15℃上升到50℃时），汽油体积增加到：V=42×95%×729.25/699.5=41.59 m3，充装时气象空间50是V=42×(1－0.95)=2.1 m3， 上升到50℃时 气象空间是42－15 41.59=0.41 m3。

装载汽油的罐车，其罐体可分别按LGBF（罐顶带有安全泄放装置）、L4BH进行设计，如按L4BH设计，则是一个密闭罐，可不带安全泄放装置，下面按不带安全泄放装置的状况对罐内压力进行计算，罐内气象空间中的气体可近似看作理想气体。理想气体状态公式为[3]：

式中，P为理想气体的绝对压强，P=0.1 MPa；V为理想气体的体积，V=2.1 m3；n为气体物质的量 ； R为理想气体常数，是一定值；T为表示理想气体的热力学温度，K。

在罐内气体物质的量n不变的情况下，由式(2)可得到15℃和50℃的平衡关系式为：

由于日常对压强指标均用表压表示，表压等于绝对压强减去1个大气压（0.1 MPa）。所以计算结果转换成表压则为0.47 MPa，已超过罐体的强度试验压力0.4 MPa，罐体极有可能出现破裂，如果装载量再稍多一点，情况将更为严重；如果装料温度为10℃ ，按以上公式进行计算，罐内表压则为1.38 MPa，远超过罐体的强度试验压力0.4 MPa，罐体肯定会破裂。所以如罐体没有安全泄放装置，在实际使用过程中必须降低充装率，然而这又会导致油罐车载荷不足，油车实际运营效率低，造成资源浪费的问题；即使安装了安全泄放装置，虽可保证罐体不会破裂，但介质溢出，也会浪费能源、污染环境。

液罐车充满率的相关标准要求

联合国早在20世纪50年代就介入了国际危险品运输法规的制定工作，并颁布了《欧洲危险品道路运输协定》（简称ADR）[4]。在ADR中，常压液体罐车的装载介质根据介质特性主要分为第三类易燃液体、第六类6.1项毒性物质和第八类腐蚀性物质，根据其危险程度，包装类别又分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。如：有的介质仅少量渗漏，不会造成对环境的危害；有的介质即使是微量泄漏也会严重危害环境。因此对于前者，最大允许充装率即额定充满率可大一些，而后者则应严格控制额定充满率，额定充满率公式为：

式中，Φv为 罐体的额定充满率；η为充装系数，具体见表1；tf为充装期间液体的平均温度，℃；α为15℃～50℃范围内液体的平均体积膨胀系数，α=(ρ15－ ρ50) /(35×ρ50)。

根据ADR要求，汽油等易燃介质如果采用密闭罐装运，15℃～50℃范围内液体的平均体积膨胀系数计算可得：α=1.215×10-3。93号汽油温度为15℃时，其额定充满率按式(4)计算可得：Φv=93%。

表1 不同介质情况下的充装系数

那么，一个42 m3的罐车，当汽油从充装初始时的15℃上升到50 ℃时，按额定充满率93%计算，汽油体积增加到：V=42×0.93×729.25/699.5=40.72 m3，装载时气象空间为42×(1－0.93)=2.94 m3，上升到50 ℃ 时气象空间为42－40.72=1.28 m3。罐内压力变化可根据式(3)计算得到：P50=0.258 MPa。

将此绝对压强转换成表压，得出罐内压力为0.158 MPa，远小于罐体的强度试验压力0.4 MPa，按ADR要求，充装时汽油温度越低，该温度下允许的额定充满率也越低才可确保安全，而且额定充满率是充装上限，应严格控制。

液罐车实际使用状况

装载汽油的液罐车，其罐体如按LGBF设计，则罐顶带有由呼吸阀和紧急泄放装置组成的安全泄放装置，那么再看看这样配置的油罐半挂车在公路上行驶时会产生什么问题。

我国幅员辽阔，各地道路条件不一致，而油罐半挂车应能满足各种等级公路的行驶路况。我国公路等级标准如表2所示。

油罐半挂车与牵引车挂接后一般前后有一定的高度差，现仍以42 m3的油罐半挂车为例，不考虑油罐半挂车前后高度差和运输过程中液体的膨胀，只考虑上下坡的路况，按公告允许的最低充装率95%的情况来看，油罐半挂车停放在平路上的状况时（如图1），罐内液体到罐顶尚有一定的气象空间；油罐半挂车停放在5%的坡道上的状况时（如图2），从模拟图中可以清晰地看到罐顶后部的人孔已完全浸没在汽油当中，而油罐半挂车的呼吸阀通常都集成在人孔上（如图3），罐内压力只要达到6～8 kPa，呼吸阀就会开启向外呼气，此时由于罐内压力升高或因运输过程中的液体冲击，皆会导致呼吸阀开启，汽油则会从呼吸阀中溢出。这既造成安全隐患，也不环保。

考虑到油罐半挂车主要配送的是油品，行驶道路复杂，极少在高速公路上行驶。通常多以一、二级公路为主，也有三、四级公路的现实，因此坡度如果达到7%以上，那么在此情形下，溢油情况会更加严重。为防止发生溢油情况，部分厂家违规做大容积来赢合市场需求；然而这对于严格按规定设计、制造的厂家来说，其产品由于溢油或不能装载到额定吨位便会导致没有市场；也使得购买违规产品的运输单位能够足额的正常运输，购买合规产品的运输单位只能少装；如果不能用足其额定承载，就会造成资源浪费，而且因运输效率低，也必然会被市场所淘汰。

液罐车应按不同介质的特性控制充装率

目前我国的油罐车已与国际接轨，标配底部加载系统，因此油罐装油不再采用顶部加载而采用底部加载。当进行底部加载时，为防止因误操作导致汽柴油装载过量溢出罐体酿成事故，油罐车还配置有防溢系统。防溢系统的传感器安装在罐体顶部，在误操作导致加载过量时，当油液上升到传感器的感应部位，传感器便会发出电信号而自动停止加载。为解决反应滞后问题，美国石油协会的《罐式车辆的底部加载和油气回收推荐规程》API 1004规定[5]：传感器感应部位上方应至少留有227 L的可装油空间。由于在底部装载过程中，油面会不停的波动，为防止正常加载时油液接触到传感器的感应部位误发信号，传感器感应部位距额定加载时的液面则应有一定的距离。即使不考虑传感器感应部位与液面应有的间距，当油罐各仓容积较小时，如小于2.3 m3时，最大充装率也应小于90%。

ADR仅规定了上限，所以设计人员根据道路情况，可适当加大罐车容积，保证气象空间；运输人员可根据每次运输路线，调控充装率，保证运输途中不会发生溢油现象，这样从理论上来说较为合理。

有些介质如三氯化磷等，容易吸收空气中的水分形成盐酸，会使罐体严重腐蚀破坏。因此，在运输过程中需要采取氮封；如果充满率过高，那么氮气充装量就会太少，从而使氮封达不到理想效果。

再比如黄磷，在常温下与空气接触就会发生自燃，所以在运输过程中通常需要用水密封；为了保证密封效果，水的深度一般应不小于120 mm，这样黄磷的额定充满率通常仅有80%左右。如果按照大于95%的要求充装，由于用于密封的水的深度不够，车辆在行驶过程中由于液体晃动等原因黄磷易暴露出水面导致自燃，则会存在安全隐患。

当介质的充装率在大于80%或小于20%时，液体晃动较小，防波板起到的作用也很小；而当充装率在20%～80%时，液体晃动大，防波板才真正起到作用。在GB 18564.1－2006及ADR、DOT等液罐车标准中，明确要求应安装防波板，就是考虑到液罐车在实际运营过程中，其充装率会有不足80%的因素。罐箱由于主要是在海上长距离运输，一般充装率都较高，所以就没有安装防波板的强制要求。

文章开头列举的恶性事故中罐车所充装的介质是甲醇，为Ⅱ类包装，危险性虽然相对较低，但是事故后果却很严重；还有很多介质要求Ⅰ类包装，如剧毒、强腐蚀介质等。这些罐车一旦发生事故，其后果更是不堪设想。

结语

综上所述，如要严格控制超载现象，应加强在充装和运输过程中的监督和监管的检查力度，只要哪个环节出现问题，就应在哪个环节中加以解决；如果仅是在设计、制造环节通过限制容积解决运输环节中存在的超载等问题，则针对性差，随之会产生更多问题和矛盾而埋下安全隐患，并且容易造成车辆设计制造单位与车辆使用单位的纠纷，因此该问题值得政府各有关部门加以重视。

[1] 车辆生产企业及产品公告管理培训材料[G].2006.

[2] 车辆生产企业及产品公告管理培训资料汇编[G].2010.

[3] GB/T 1885-83石油计量换算表[G].1983.

[4] European Agreement Concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road[S].2012.

[5] Bottom Loading and Vapor Recovery for MC-306 & DOT-406 Tank Motor Vehicles[S].2003.