液化石油气铁路罐车运输安全风险及对策分析

2020-02-15刘洪亮朱艳锋

设备管理与维修 2020年20期

刘洪亮，朱艳锋

（中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司锅炉压力容器检验所，新疆乌鲁木齐 830011）

0 引言

铁路高质量发展离不开安全的保驾护航，一起重大事故不仅给铁路形象带来恶劣影响，而且会造成人民重大的生命和财产损失。杜绝和减少铁路运输重大事故是铁路企业的至高追求，而危险品的货物运输是可能导致重大事故发生的重要因素之一。

液化石油气铁路罐车承运的LPG（Liquefied Petroleum Gas，液化石油气）属于危险货物，其运输业务主要集中在中国铁路乌鲁木齐局集团公司。现从LPG 的物化性质、运输条件、在用铁路罐车结构等方面分析存在的安全风险，并提出应对措施。

1 安全风险分析

1.1 LPG 物化性质存在的主要风险

（1）易燃、易爆、不稳定性。LPG 的爆炸浓度极限范围为1.5%～9.5%，可以看出只需少量泄漏就可以达到此范围，遇火就会发生爆炸事故，一旦发生爆炸，对周围环境和财产的损失超乎想象。

（2）毒性。LPG 是各种低分子烃类的混合物，在常温下是有毒气体，当LPG 泄漏到空气中的浓度10%以下时，人吸入会产生头痛、恶心、呕吐现象；当LPG 泄漏到空气中的浓度超过10%时，人吸入会产生中枢神经麻痹，吸入几分钟之内会失去知觉；当LPG 泄漏到空气中的浓度达到25%以上时，人处于当中会有生命危险。除此之外，LPG 还具有比空气重、低沸点、受热快速膨胀、腐蚀性等特点，这些物化性质决定了它的不稳定性，极易挥发，在运输过程中只要产生泄漏，变成蒸汽的LPG 会与空气夹杂到一起构成蒸汽云团，遇到火源发生爆炸，具有极大的燃烧、爆炸危险性。

1.2 应急处置方面存在的主要风险

（1）事故初期处置存在的风险。事故发生的初期及时处置是避免事故扩大的最有效措施，比如安全阀发生非正常泄漏，随车押运员第一时间登车处置，处置得当可以避免事故的进一步扩大。但随着电气化铁路的普及，在高压线路通电状态下，不允许随车押运员登顶进行紧急处置，当列车制动停靠在相对安全地点，线路停电后进行处置，已经错过初期泄漏时的最佳处置时间，此过程中可能因泄漏量扩大使局部LPG 达到爆炸浓度，高压线产生的电弧、火车制动产生的电火花有可能引爆LPG，进而发生灾难性的后果，同时随车押运员生命安全得不到保障。

（2）事故应急救援存在的风险。事故发生后，及时得当的应急救援可以最大限度的减少损失，但铁路罐车运输过程中是移动的，无法预计可能发生事故的地点，而且LPG 的物化性质决定了它一旦发生火灾、爆炸事故，发展是非常迅速的，所以应急救援工作很难在事态发展达到最大化前有效开展起来。

1.3 安全附件存在的风险

铁路罐车的罐体上镶嵌着各种各样的安全附件，它们各司其职保护着铁路罐车在运输、装卸过程中的安全。LPG 铁路罐车发生的事故现象为泄漏、爆炸、火灾，首先产生泄漏，之后发展成爆炸、火灾，而泄漏的大部分原因是安全附件潜在的风险所致。从LPG 铁路罐车在铁路运输时发生的事故案例看，安全附件失效导致LPG 泄漏的情况主要有：

（1）安全阀由于列车运行振动或介质腐蚀等原因造成其处于不正常工作状态，未及时发现并修理，导致其发生低于整定压力起跳、起跳后不能回位等现象。

（2）液位计、温度计护管或角焊缝腐蚀破裂，此种情况导致的泄漏，现场很难处置。

（3）高、低液位检查阀或紧急切断阀密封面失效。

（4）高、低液位检查阀松动。

（5）LPG 超装导致安全阀超量排放。

1.4 LPG 超装存在的风险

铁路罐车装载时，会因为各种各样的原因导致过多充装，比如作业人员没有经过培训就上岗、专业知识掌握不足以及缺乏适当的计算等。如果按照规定计算充装，罐内LPG 是由气相和液相组成，罐内压力由LPG 的气相压力决定；若罐内充满液体，罐内压力由LPG 受热以后膨胀压力决定。所以外部温度升高时，罐内压力在充装系数不同时的增加值是不同的，当充装量≤安全允许值时，温度每升高1 ℃，罐内压力约增加0.03 MPa；若过量充装，温度每升高1 ℃，罐内压力增加可达到2.3 MPa。对于LPG罐车的最大允许工作压力一般设置为2.0 MPa，若过量充装导致没有气相空间，罐内压力随外部温度的增大而增大的速率很快，在很短的时间内就会达到甚至超过罐体的承受压力，此时若没有采取措施释放多余的能量来减少压力，罐车有可能因超压产生爆炸事故。

2 对策分析

从LPG 铁路罐车存在的安全风险来看，在LPG 物化性质方面，目前尚未发现可以在不改变其本身用途的前提下，能够增强物化稳定性且价格可承受的稳定剂或添加剂；在应急处置方面，受铁路罐车运输硬件条件和特点限制，很难在此方面有所突破；在LPG 过量充装方面，由充装单位和铁路有关部门双重控制，只要加强日常管理、作业人员培训，且作业过程中严格执行标准，过量充装的可能性较低；在安全附件方面，现有铁路罐车上安全附件的设置符合相关标准的要求，但其可靠性还有待提高，从已经发生的事故案例看，大部分是由于安全附件的安全性能不可靠造成的。从LPG 铁路罐车运输过程中的风险分析看，在铁路罐车设计、制造过程中以最大限度满足正常运输条件、正常装载工况下杜绝或减少泄漏为目标，接近或达到设备的本质安全是必要的。随着技术的不断发展，提升铁路罐车安全附件的安全性能具有可行性，下面就此观点进行着重论述。

在用LPG 铁路罐车安全附件有：弹簧内置式安全阀2 只，其作用是控制罐内压力以保证行车安全；紧急切断阀3 只，其作用是当装卸管路损坏或周围温度≥70 ℃时切断介质；液位计1套，其作用是测定罐内液位，控制容积；温度计1 套，其作用是测定罐内介质温度；压力表1 块，其作用是测定罐内压力；高、低液位检查阀各1 只，其作用是检查罐内液位。

（1）爆破片安全装置与安全阀串联使用，并采用密闭式或其他适用的可靠性更高的安全阀。爆破片安全装置密封稳定性好，正常的运输条件和介质工况下，失效的概率很低，通过爆破片安全装置将介质和安全阀隔开，可最大限度地避免安全阀低于整定压力起跳而导致的LPG 泄漏事故。安全阀的作用是罐内介质超压时泄压以保证罐体安全的，如果在充装时充分考虑温度等外界条件确定安全的充装系数，以确保在运输过程中压力不超限，性能良好的安全阀是不应起跳的，所以采用爆破片安全装置作为介质正常工况下安全保护装置是可行的，并不影响性能良好的安全阀在介质非正常工况下的安全保护作用。现行的有关主要技术规范GB 150—2011《压力容器》针对爆破片安全装置与安全阀串联使用也有所规定。

GB 150.1—2011 附录B3.8 规定：为了最大限度减少贵重介质、有毒介质或其他危害性介质通过安全阀向外泄漏，为了防止来自泄放管线的腐蚀性气体进入安全阀内部，可以把安全阀与爆破片安全装置串联使用。

GB 150.1—2011 附录B5.2 规定：爆破片安全装置适用于压力快速增长的场合，也常用于保护安全阀的性能而与之串联使用。

GB 150.1—2011 附录B5.3 规定：爆破片安全装置不能单独用于排放介质毒性程度为极高、高度危害或易爆及LPG 等场合，在这些场合可以和安全阀组合使用。

从以上条款可以看出，将爆破片安全装置与安全阀串联使用是可行的，可以显著提高铁路罐车安全阀装置的安全性能。同时针对目前采用的非封闭式安全阀，可以考虑采用封闭式安全阀，隔开介质和弹簧的接触，避免介质腐蚀导致的安全阀弹簧失效，或采用其他在防振和密封方面性能更佳的安全阀，以提高其综合的安全性能，总之在保证安全阀有效起到作用的前提下，杜绝发生非正常的LPG 泄漏。

（2）设计时最大限度减少罐体开孔，减少罐体结构上的几何不连续；尽量减少或加固现有人孔盖上的安全附件，杜绝或减少安全附件在运输过程中发生泄漏的概率。从电气化铁路运输安全的角度考虑，紧急切断阀、液位计、高、低液位检查阀、温度计、压力表均可以考虑不在罐体上设置，确有必要应采取加固措施。紧急切断阀是在装卸过程中起作用的，可以考虑将其移至固定的装卸地点；液位计、温度计、压力表的作用分别是测定罐内液位、介质温度、压力，在目前的运输条件下，运输过程中应急处置非常困难，即使随车押运员及时通过温度表、压力表发现罐体出现超温、超压情况，亦难以采取有效的控制措施进行降温、降压，而且超压通过安全阀泄压，排放量达到一定值后存在安全隐患，易导致安全事故，因此可以考虑不在罐体上安装上述装置，重点在充装环节进行精确控制，充装过程中充分考虑运输过程中温度的变化，精确确定充装量，确保运输过程中液位、温度、压力在安全范围内。液位计、高低液位检查阀、温度计、压力表为测量和检查装置，也可以考虑采用智能芯片作为监测手段。

除此之外，可以借鉴国外同类产品安全附件的设计理念。据现场了解，哈萨克斯坦在用的LPG 铁路罐车安全附件结构简单，紧急切断阀、液位计、高低液位检查阀及温度计均未设置，罐车也没有设置押运间。

鉴于运输过程中发生LPG 泄漏的大部分原因是安全附件潜在的危险所致，建议采取优化安全附件结构，功能分解至固定地点，借鉴国外铁路罐车安全附件结构等方式对现有的安全附件进行改造，提升铁路罐车安全附件的安全性能，保障LPG 铁路罐车运输安全。