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1、军用运加油车底阀的设计和应用军用运加油车底阀的设计和应用韩 凯,张起欣,张赞牢(后勤工程学院 军事供油工程系，重庆 401331)摘要：摘要：近年来运加油设备泄露事故呈上升趋势，各国为此也制定了相关的新标准，原有的运加油设备不再适应新的安全形势，因此具备应急切断、超温自动关断和高液位保护功能为一体的双向紧急切断高液位新型控制阀成为当今研究和应用的趋势。本文根据相关新制定的标准，结合国内外相关发展情况，对此种新型控制阀的优点及主要存在的研究问题和相关解决方法做简单概述，旨在为相关技术人员提供参考，提升危化品运输安全性，达到降低安全事故发生率的目标，推动国家军队危化品运输健康发展。关键词：关键词：
2、运加油装备；底阀；高液位保护；紧急切断运加油装备以其运行机动、灵活，保障快速、准确、高效的特点，各国军队都将其作为平、战时油料运输和油料加注的骨干保障装备，运加油装备的技术水平直接影响平、战时油料保障工作1。我军根据自身需要也装备大量不同类型、不同规格的运加油装备，由于相关标准滞后和设备技术水平限制，军内外运加油设备都未配备带紧急切断功能、温度超标紧急切断功能的专用进出油阀门，大部分车辆也未安装高液位保护装置(除飞机加油车以外)2。油罐车装油冒油事故，车辆发生意外，管路受损不能够紧急切断致使油料泄漏事故时有发生，火灾隐患和油料泄漏环境污染隐患大，严重影响油料装卸作业和运输安全。同时，部分安装有
3、高液位保护装置的车辆，由于高液位保护装置只能够单向工作，致使油料装卸两条通道，工艺复杂3。本文通过分析国内外先进底阀、高液位控制阀的基础上，结合军队使用需要，提出一种具备紧急切断、高液位保护、超温自动关断功能为一体油料可双向流动的控制阀。本文就相关现状和拟采用的相关技术阐述如下。1 1 国内外现状情况分析国内外现状情况分析1.1 相关标准的发展国外早在上世纪 70 年代就为保障危化学品运输安全，制定了相应的法规，并根据法规相关条款要求，开发制造了配套产品，同时也制定相关标准。欧洲危险货物国际公路运输协定ADR4就是典型的代表，在德国、英国、意大利、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士等欧洲国家强制执行，适
4、用于各类型公路运输危化学品槽车。EN 13308 危险品运输槽罐车槽罐车的辅助设备非压力平衡底阀、EN 13316 危险品运输槽罐车槽罐车的辅助设备压力平衡底阀等标准对相应产品的设计、制作、检验、试验等进行了规范。国外使用的底阀主要有压力平衡型和非压力平衡型两大类型，底阀主要由阀体、驱动气缸、阀芯、易溶保护装置等组成。可利用气动、液压或机械方式控制其启闭。典型产品有 ALFONS HAAR 公司DN80、DN100 系列底阀、OPW 的各类型底阀系列等。其中 EURO 100 底阀主要技术参数如下：尺寸：DN100工作压力：500 kPa爆破压力：2 500 kPa最大流量：2 500 L/m
5、in工作温度：-20 +70 近年来，我国也逐渐重视危化品运输的安全性。2012 年我国颁布了QCT 9322012 道路运输液体危险货物罐式车辆紧急切断阀5行业标准，但该规范只对 DN100 紧急切断阀进行了规范，其它形式、其它规格未做要求。2014 年我国国家安全监管总局工业和信息化部、公安部、交通运输部、国家质检总局联合下发安监总管三201474 号文件，规定在用液体危险货物罐车必须加装紧急切断装置6。相信随着我国相应标准的颁布，相应配套的产品也会越来越完善，危化品的运输也会越来越安全。1.2 军用运加油车紧急切断阀和液位控制阀的发展前苏军将运油车作为战役后方特别是战术后方油料前送的主要
6、装备，各级油料运输部队都配备大量的运油车。前苏军在 19551964 年间生产的第二代汽车改装的运加油车上使用紧急切断阀，大大增加了运加油车的安全性能。目前，其 ATM3-5-4320、AT3-60 等型号运加油车都已经加装紧急切断阀。美军在 20 世纪 50 年代初开始装备的 M49 系列运油车就已经装备第一代机械式紧急切断阀，该阀能够适应运加油车的越野性。1989 年，美军大量采购的 M1061 系列运加油车装备了性能完备的紧急切断阀和液位控制装置，大大增强了运加油车的安全性能7。目前我军全部运加油装备都已经装备具有双向流动功能的紧急切断阀，但该阀不具备高液位控制功能，高液位控制装置需要另
7、外通道进行单独设计，使用较为繁琐。紧急切断阀也被称之为事故隔离阀，它是一种在紧急情况下，能够阻断上游危险物料来源，以免发生事故的一种闸阀。紧急切断阀应用在加工处理或者贮存运输高危险物料的过程中，在油料的运输和装卸作业情况下，运加油车上装备的紧急切断阀一般是在现场进行安全操作。紧急切断阀的结构主要是阀体与执行机构两个部分，通过相互配合起到紧急切断功能。紧急切断阀起初第一代是机械式紧急切断阀，现在发展到第三代远控电动紧急切断阀8。其中典型的机械式紧急切断阀内部结构如图 1 所示。1.杠杆； 2.易熔元件自动切断装置； 3.阀体； 4.小弹簧；5.过流阀瓣； 6.先导式阀杆； 7.大弹簧； 8.阀罩
8、图 1 典型运加油车紧急切断阀内部结构目前我军运加油装备少量已经装备高液位控制装置。国内外高液位控制主要采用电控，通过检测危险品罐车各个油罐的液位，将检测信号传输至固定发油控制系统，当达到设定液位后，控制系统控制固定发油系统停泵、关阀，防止油料外溢。国内危化学品运输罐车高液位控制主要采用两种形式，一种类似于国外的电控；一种采用差压式高液位阀控制。典型结构如图 2 所示。通过分析目前国内外运加油车紧急切断阀和高液位控制装置，我们可以得知我军运加油装备有如下特点：传统底阀(紧急切断阀)将主阀安装于运加油装备罐体内，在主阀法兰与管路法兰设置结构薄弱点。管路发生意外受损或外部火灾等原因温度升高时，底阀
9、可自动关闭，将油罐中油料封闭在罐体内，防止发生泄漏。传统高液位控制阀主阀安装在独立于底阀的另一条管路上，在罐体内部设置液位限定浮子阀，当达到限定液位后，自动关闭防止冒油事故发生，不具备应急切断保护，管路受损油料外泄。我军运加油装备根据需要也加装了带快速切断功能的底阀和高液位控制装置，基本选用民用产品。为满足部分特殊加油装备需要，也开发了一些特种高液位控制阀，如图 3 所示。由于军队运加油装备在作业功能要求比民用运加油车更多、更完善，作业安全性要求更高，迫切需要功能更完善的可同时实现紧急切断与高液位控制功能为一体的控制阀，满足油料进出控制和高液位控制需要。图 2 典型电控液位控制系统图 3 装甲
10、运加油车用高液位控制阀2 2 新型控制阀的优点新型控制阀的优点1) 双向紧急切断高液位控制阀功能齐全、完备，技术优势明显。双向紧急切断高液位控制阀集成传统底阀、高液位控制阀功能，同时具备管路应急切断、超温自动关断和高液位保护功能，解决了传统底阀与高液位控制阀功能单一，可有效防止运加油装备事故管路受损油料外泄和装油冒油事故发生，完善了运加油装备的保护功能，增强了运加油装备油料运输与装卸的安全性。2) 双向紧急切断高液位控制阀可减少一条油料进出通道，优化了运加油装备工艺流程，增强运加油装备可靠性、可维修性和经济性。传统运加油装备为实现管路应急切断保护、高液位保护等功能，在工艺流程上必须设置进出油两
11、条油料通道，分别安装传统底阀和高液位控制阀，如图 4 所示为某类型加油车工艺流程，完成油料装卸油作业。双向紧急切断高液位控制阀将传统底阀和高液位控制阀功能集成为一体，一个阀门可取代传统底阀和高液位控制阀两个阀门，在工艺流程上减少了一条油料进出通道，减少了相应管路、阀门、接头、连接部件和油罐开口，优化了运加油装备工艺流程，同时增强了装备可靠性、可维修性，降低了装备制造费用和后续维护费用9。图 5 为采用双向紧急切断高液位控制阀后流程，该流程与传统相比减少 4 个阀门，并且功能更完善。19.球阀； 10.油罐； 11.高液位计 12.高液位控制阀； 13.排污阀； 14.气控底阀； 15.地井软管
12、接头； 16.油泵； 17.目测取样器； 18.集油箱； 19.过滤分离器； 20.压差计； 21.呆得曼控制手柄； 22.压力流量应急控制器； 23.流量计； 24.文氏管； 25.蓄能器； 26、27.加油卷盘图 4 某类型加油车工艺流程图 5 某类型加油车采用双向紧急切断高液位控制阀后工艺流程3 3 新型阀门关键技术新型阀门关键技术3.1 自动流向识别与气液联动控制技术双向紧急切断高液位控制阀要实现进出油双向控制，必须能够判断双向紧急切断高液位控制阀处于的工作状态，根据判定工作状态实施气液联动切换至相应工作状态。控制阀两项主要功能由同一主阀实现。两种功能相互矛盾，既要保护装油不冒油，管路
13、关断；又要能够将管路打开卸油。需要研制一套自动流向识别与气液联动控制装置完成功能切换。自动流向识别与气液联动控制技术是控制阀功能实现和可靠工作的前提，要求自动流向识别与气液联动控制必须动作准确、稳定、可靠。根据以上要求，自动流向识别与气液联动控制技术路线是在主阀前端设置流向识别导阀，流向识别导阀驱动气动连锁控制开关。气动连锁控制开关切换气路，功能切换导阀动作实现功能转换。功能切换导阀是实现两种功能结合在一起的关键，功能切换导阀结构如图 6 所示功能切换导阀由阀体、活塞、阀芯等组成，主要与自动流向识别与气液联动控制装置联动开启或关闭控制阀中腔泄压流道，实现紧急切断功能和高液位功能切换。1.功能切
14、换进气口； 2.活塞； 3.控制阀中腔泄流流道(接浮子导阀)； 4.阀芯； 5.接控制阀中腔图 6 功能切换导阀结构功能切换导阀主要用于开启或关闭控制阀中腔泄流流道，进行紧急切断阀和高液位功能转换。实现紧急切断阀功能时，自动流向识别与气液联动控制装置关闭功能转换导阀进气口，功能切换导阀液体泄压流道关闭。实现高液位控制功能时，自动流向识别与气液联动控制装置打开功能转换导阀进气口，功能切换导阀活塞推动阀芯打开泄压流道，控制阀中腔泄压流道打开。3.2 开关阻尼缓冲与水击防控技术双向紧急切断高液位控制阀带压开关时，阀门突开压力突降，造成压力波动大，引起主阀频繁开关发生水击，因此需要对功能切换开关进行控
15、制，防止水击发生损坏设备。通过双小孔阻尼控制与输送油料阻尼相结合控制阀门开关速度，防止水击发生。通过变化差压面积、合理控制弹簧弹力等措施，防止主阀频繁开关。3.3 误操作安全保护联动技术阀门误操作有可能发生冒油等事故发生，控制阀要求对卸油与装油进行联动安全保护，防止卸油时高液位保护功能缺失发生事故。通过主阀启闭阀杆与防倒流止回机构联动，实现误操作联动保护。3.4 一体式控制主阀研制控制阀两种主要功能共用同一主阀，主阀功能即要满足应急切断，又要能够简便打开装卸油，还要实现高液位保护自动关闭。需要研制多功能实现、启闭可靠的控制主阀。一体式控制主阀采用差压式结构形式，由内外两个腔体组成，主阀芯安装在内腔体内，通过建立与取消内腔压力实现高液位控制功能。通过联动气缸油料双向流动控制功能。4 4 结论结论双向紧急切断高液位控制阀可取代传统底阀和高液位控制阀两个阀门的作用，同时具备应急切断、环境温度超标自动关断、油罐高液位保护功能。该控制阀已经研制成功，目前正推广到军队使用中。该底阀的出现可完善我军运加油装备油料运输安全性和装卸油安全性，降低由于油料外泄、冒油等引发的火灾、环境污染等事故，同时也提高了装备的维修性、可靠性和经济型性。
