朱學(xué)平

蕪湖中集瑞江汽車有限公司 安徽蕪湖 241000

1 前言

粉粒物料運(yùn)輸半掛車[1]又稱粉罐半掛車，在國(guó)內(nèi)發(fā)展的歷史已有約30年[2]。然而，目前與粉粒物料運(yùn)輸半掛車相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，QC/T 560-2010《散裝水泥車技術(shù)條件及性能試驗(yàn)方法》及SY/T 5439-2003《下灰車》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粉粒物料運(yùn)輸半掛車的設(shè)計(jì)、制造及檢驗(yàn)缺乏足夠的指導(dǎo)，并且上述標(biāo)準(zhǔn)涉及的粉粒物料種類單一。在實(shí)際生產(chǎn)中，粉粒物料運(yùn)輸半掛車運(yùn)輸?shù)奈锪虾軓V泛，而且隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、環(huán)境治理的日益嚴(yán)格，以及粉粒物料運(yùn)輸車技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)散裝運(yùn)輸?shù)姆哿Ｎ锪戏N類不斷增加，導(dǎo)致目前缺少與粉粒物料運(yùn)輸半掛車相適應(yīng)的的標(biāo)準(zhǔn)。

2 主要內(nèi)容解讀

2.1 適用范圍

JT/T 1332-2020《粉粒物料運(yùn)輸半掛車》適用于裝運(yùn)介質(zhì)為粉粒物料、罐體由金屬材料制造、卸料工況時(shí)額定工作壓力為0.2 MPa、其他工況時(shí)罐體內(nèi)部壓力為零的半掛車；其他粉粒物料運(yùn)輸車可參照?qǐng)?zhí)行。

“罐體由金屬材料制造”涵蓋絕大多數(shù)粉粒物料適用范圍，據(jù)了解目前國(guó)內(nèi)還未出現(xiàn)非金屬材料罐體的粉粒物料運(yùn)輸半掛車。而國(guó)外已有的非金屬材料的粉粒物料運(yùn)輸半掛車技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則與金屬材料大不相同，不是本標(biāo)準(zhǔn)討論的范疇。

“卸料工況時(shí)額定工作壓力為0.2 MPa”與歐洲標(biāo)準(zhǔn)一致，符合國(guó)情，基本適應(yīng)國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)和儲(chǔ)存條件。額定工作壓力的增大，車輛的制造成本、綜合營(yíng)運(yùn)成本、氣力輸送的能耗都明顯增加；壓力增大，車輛重量增大，制造成本增加更多，空壓機(jī)成本和能耗也大幅增加；同時(shí)實(shí)際裝載量減少，管道磨損加快，經(jīng)濟(jì)性明顯下降。

粉粒物料運(yùn)輸車與地面物料塔實(shí)際是一個(gè)氣力輸送系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)、可靠、維護(hù)方便為首要選擇。壓力加大的好處是輸送速度可以加快，輸送行程可以加大，物料塔高度相應(yīng)可以增高。在工程實(shí)踐中，卸料時(shí)額定工作壓力為0.2 MPa，能夠較好地平衡粉粒物料運(yùn)輸車和物料塔之間的關(guān)系，達(dá)到系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益最大化。對(duì)粒物料運(yùn)輸半掛車工作壓力的規(guī)范，同時(shí)也是對(duì)使用散裝粉粒物料企業(yè)單位物料塔的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行規(guī)范。

“其他工況時(shí)罐體內(nèi)部壓力為零的半掛車”明確規(guī)定了非卸料工況壓力，與移動(dòng)式壓力容器的定義區(qū)分開。粉粒物料運(yùn)輸半掛車從法規(guī)監(jiān)管層面來看，不屬壓力容器，應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分。

“其他粉粒物料運(yùn)輸車可參照?qǐng)?zhí)行”，指單車型粉粒物料運(yùn)輸車可參照?qǐng)?zhí)行。額定工作壓力大于0.2 MPa，或非工作工況時(shí)罐體內(nèi)部有壓力的粉粒物料運(yùn)輸車，必須執(zhí)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收規(guī)則，本標(biāo)準(zhǔn)僅可作為參考。

2.2 物料范圍

粉粒物料指適合于正壓氣力輸送，含水量不大于14%的粉末或粒徑不大于3.3 mm的顆粒。

根據(jù)《粉粒體氣力輸送設(shè)計(jì)手冊(cè)》（全國(guó)化工化學(xué)工程設(shè)計(jì)技術(shù)中心站、全國(guó)化工粉體工程設(shè)計(jì)技術(shù)中心站出版），物料的粒度分為四類[3]：

a.粉末狀：粒徑小于0.147 mm；

b.粉粒狀：粒徑小于3.3 mm；

c.顆粒狀：粒徑小于12.7 mm；

d.塊狀：粒徑大于12.7 mm。

為了確定氣力輸送的可行性和經(jīng)濟(jì)性，確定相適應(yīng)的車型及卸料方式，明確提出了含水量范圍和粒徑。在工程實(shí)踐中，面粉含水量最大可達(dá)14%。因此對(duì)粉粒物料運(yùn)輸半掛車所運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)“粉粒物料”進(jìn)行了定義，為“適合于正壓氣力輸送，含水量不大于14%的粉末或粒徑不大于3.3 mm的顆?！薄：看笥?4%或粒徑大于12.7 mm塊狀物體，氣力輸送的經(jīng)濟(jì)性差，一般不選擇氣力輸送。粒徑大于3.3 mm的顆粒，由于空隙率大，其輸送特性差異性大，暫時(shí)沒有納入本標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。因此，對(duì)粉粒物料運(yùn)輸半掛車所運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)“粉粒物料”進(jìn)行了定義，為“適合于正壓氣力輸送，含水量不大于14%的粉末或粒徑不大于3.3 mm的顆粒”。

然而，在國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐中，立式、舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車所能運(yùn)輸?shù)娘暳稀C(jī)制砂等顆粒料的粒徑大于3.3mm，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粉粒物料運(yùn)輸半掛車所運(yùn)輸?shù)摹胺哿Ｎ锪稀倍x范圍相對(duì)偏小、偏狹隘。

2.3 粉粒物料運(yùn)輸半掛車的定義及分類

本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粉粒物料運(yùn)輸半掛車進(jìn)行了定義，并將粉粒物料運(yùn)輸半掛車按罐體結(jié)構(gòu)及卸料方式分為臥式、立式、舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車：

粉粒物料運(yùn)輸半掛車——裝運(yùn)介質(zhì)為粉粒物料，一般由罐體、安全附件、管道、氣源、行走機(jī)構(gòu)組成，可實(shí)現(xiàn)正壓氣力輸送的半掛車。

臥式粉粒物料運(yùn)輸半掛車——罐體底部設(shè)有流化床，流化床平面與水平面的夾角介于粉粒物料的安息角和臨界流化角度之間，依靠流態(tài)化向卸料口流動(dòng)（懸浮型）卸料的粉粒物料運(yùn)輸半掛車。

立式粉粒物料運(yùn)輸半掛車——罐體下部為錐體，錐體與水平面的最小夾角大于粉粒物料的安息角、內(nèi)摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，依靠重力向卸料口流動(dòng)（重力型）卸料的粉粒物料運(yùn)輸半掛車。

舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車——罐體可舉升，卸料時(shí)罐體的舉升角度大于粉粒物料的安息角、內(nèi)摩擦角、壁面摩擦角中的最大值，依靠重力向卸料口流動(dòng)（重力型）卸料的粉粒物料運(yùn)輸半掛車。

GB/T 17350-2009《專用汽車和專用掛車術(shù)語、代號(hào)和編制方法》對(duì)低密度、中密度、高密度粉粒物料運(yùn)輸半掛車的定義為“裝備有專用裝置，采用壓縮空氣使粉粒物料流態(tài)化后，通過管道輸送到一定的距離和高度，用于運(yùn)輸堆積密度≤700 kg/m3、700＜堆積密度≤1 200 kg/m3、堆積密度＞1 200 kg/m3粉粒物料介質(zhì)的罐式專用汽車”[4]。然而按堆積密度大小對(duì)粉粒物料運(yùn)輸半掛車定義不能一目了然地區(qū)分車輛類型，按車輛結(jié)構(gòu)分為臥式、立式、舉升式粉罐半掛車（如圖1～圖4）更為合理。歐洲對(duì)臥式、立式、舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車描述為“banana silo semi-trailers”、“silo semi-trailers non tipping”、“tipping silo semi-trailers”類型。由于臥式粉粒物料運(yùn)輸半掛車適用運(yùn)輸?shù)姆哿Ｎ锪戏秶僖约皻堄嗦势叩仍?，在發(fā)達(dá)國(guó)家臥式粉粒物料運(yùn)輸半掛車已基本被淘汰。

圖2 鋁合金臥式單倉(cāng)粉粒物料運(yùn)輸半掛車

圖3 立式粉粒物料運(yùn)輸半掛車

圖4 舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車

本標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)粉粒物料運(yùn)輸半掛車的定義中，提到了臨界流化角、安息角、內(nèi)摩擦角、壁面摩擦角，其釋義分別如下。

a.臨界流化角：臨界流化角特指標(biāo)準(zhǔn)工況下，穿過流化床的氣流速度達(dá)到粉粒物料的臨界流化速度，粉粒物料處于臨界流化狀態(tài)，類似沸騰液體具有了流動(dòng)性。流化床傾斜使臨界流化狀態(tài)的粉粒物料向下流動(dòng)。當(dāng)向下流動(dòng)量穩(wěn)定，且達(dá)到平均卸料速度時(shí)，流化床與水平面的夾角。臨界流化角度是臥式粉粒物料運(yùn)輸半掛車的主要特征技術(shù)參數(shù)，是對(duì)空氣流量、流化床特征性能、流化床面積、流化床傾角的綜合要求，一般需要試驗(yàn)測(cè)試確定。臨界流化速度按下式[5]進(jìn)行計(jì)算：

式中，ds為粉狀介質(zhì)的顆粒直徑，m；ρs為設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力下粉粒物料的真實(shí)密度，kg/m3；ρg為設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力下氣體的密度，kg/m3；η為氣體的動(dòng)力黏度，Pa·s。

b.安息角：指散體堆積層的自由表面在靜止平衡狀態(tài)下，與水平面形成的最大角度。

c.內(nèi)摩擦角：指粉粒物料顆粒相互間的摩擦角。

d.壁面摩擦角：指飛粉粒物料與壁面間的摩擦角。

對(duì)于一般流化性能較好的粉粒物料，安息角、內(nèi)摩擦角、壁面摩擦角中，安息角最大。所以一般生產(chǎn)單位都忽視了內(nèi)摩擦角、壁面摩擦角的測(cè)定，忽視了內(nèi)摩擦角、壁面摩擦角對(duì)粉粒物料氣力輸送速度和剩余率的影響，甚至造成粉粒物料運(yùn)輸車專項(xiàng)性能不理想，不適用。

2.4 罐體計(jì)算壓力

粉粒物料運(yùn)輸半掛車的額定工作壓力為0.2 MPa，罐體的計(jì)算壓力應(yīng)不小于1.3倍額定工作壓力。

額定工作壓力、計(jì)算壓力的確定參考了歐洲SPITZER、FFB的立式、舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車技術(shù)規(guī)范，及QC/T 560《散裝水泥車技術(shù)條件及性能試驗(yàn)方法》，明確額定工作壓力（Operating pressure）為0.2 MPa，試驗(yàn)壓力（Test pressure）為0.3 MPa[6]。同時(shí)根據(jù)NB/T 47003.1《鋼制焊接常壓容器》試驗(yàn)壓力與設(shè)計(jì)壓力之間的關(guān)系[7-8]：

p氣壓試驗(yàn)=1.15p設(shè)計(jì)

p液壓試驗(yàn)=1.25p設(shè)計(jì)

建立設(shè)計(jì)壓力與額定工作壓力的關(guān)系：要求計(jì)算壓力應(yīng)不小于1.3倍的額定工作壓力。同時(shí)符合ADR（危險(xiǎn)貨物國(guó)際道路運(yùn)輸歐洲公約）[6]對(duì)罐體設(shè)計(jì)代碼為“G”類粉粒物料運(yùn)輸罐車的罐體計(jì)算壓力要求[9]。

2.5 卸料性能

平均卸料速度分別用體積流量和質(zhì)量流量描述。粉粒物料運(yùn)輸半掛車的卸料性能和剩余率宜滿足如下要求：在垂直高度15 m，水平距離5 m，上下部連接彎頭半徑為6倍管道直徑，額定工作壓力為0.2 MPa的條件下，平均卸料速度不小于1.3 t/min或1.1 m3/min；臥式粉粒物料運(yùn)輸半掛車剩余率不大于0.3%，立式、舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車剩余率不大于0.1%。

參考QC/T560《散裝水泥車技術(shù)條件及性能試驗(yàn)方法》4.2中要求“在垂直高度15m，水平距離5 m，工作壓力為0.2 MPa的條件下，平均卸料速度應(yīng)不小于1.2 t/min，剩余率不大于0.3%”，同時(shí)根據(jù)工程實(shí)踐，提出粉粒物料運(yùn)輸半掛車的卸料性能和剩余率宜滿足如上要求。給定試驗(yàn)輸送管道尺寸參數(shù)，是為了在同一工況條件下有可比性。明確彎頭的曲率半徑，是因?yàn)閺濐^的曲率半徑大小對(duì)卸料效果影響很大。

由于粉粒物料的多樣化，不同粉粒物料的氣力輸送特性差異很大，特別是堆積密度的差異，很難用同一量綱的平均卸料速度作要求，選擇質(zhì)量流量和體積流量來表達(dá)，主要是區(qū)分不同堆積密度的粉粒物料。一般對(duì)于堆積密度大于等于1.2 t/m3的物料，宜用質(zhì)量流量，對(duì)于堆積密度小于1.2 t/m3的物料，宜用體積流量。

不同的粉粒物料不僅堆積密度不同，其含水量、含油量、顆粒粒徑、顆粒形狀、粘度等氣力輸送特征參數(shù)都不相同，其經(jīng)濟(jì)的平均卸料速度因此也不同，故對(duì)平均卸料速度不作強(qiáng)制性要求，有利于粉粒物料運(yùn)輸半掛車的發(fā)展。

受臥式、立式、舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車罐體結(jié)構(gòu)及卸料方式的影響，不同結(jié)構(gòu)的粉粒物料運(yùn)輸半掛車卸料后的剩余率不同。故給出臥式粉粒物料運(yùn)輸半掛車物料剩余率不大于0.3%，立式、舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車物料剩余率不大于0.1%。

2.6 罐體強(qiáng)度試驗(yàn)

罐體強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為1.5倍額定工作壓力；罐體在1.5倍額定工作壓力下持續(xù)5 min，不得損壞或發(fā)生永久變形。

QC/T 560《散裝水泥車技術(shù)條件及性能試驗(yàn)方法》4.2中要求“工作壓力為0.2 MPa”，4.3.5中要求“罐體在1.5倍的工作壓力下持續(xù)5min，不得損壞或發(fā)生永久變形”。本標(biāo)準(zhǔn)中額定工作壓力為0.2 MPa，同時(shí)參考了歐洲SPITZER、FFB的立式、舉升式粉粒物料運(yùn)輸半掛車技術(shù)規(guī)范中的試驗(yàn)壓力，故對(duì)QC/T 560的要求進(jìn)行擴(kuò)展，將其適用范圍擴(kuò)大到粉粒物料運(yùn)輸半掛車。

2.7 罐體密封性能試驗(yàn)

半掛車氣密性試驗(yàn)壓力為額定工作壓力；罐體和管道在達(dá)到額定工作壓力、停止供氣5 min后，其氣壓的降低值應(yīng)不大于15 kPa。

QC/T 560《散裝水泥車技術(shù)條件及性能試驗(yàn)方法》4.2中要求“工作壓力為0.2 MPa”，4.3.4中要求“罐體總成和氣路系統(tǒng)，在工作壓力達(dá)到0.2 MPa、停止供氣5 min后，其氣壓的降低值應(yīng)不大于15 kPa”，本標(biāo)準(zhǔn)中額定工作壓力為0.2 MPa，故對(duì)QC/T560的要求進(jìn)行擴(kuò)展，將其適用范圍擴(kuò)大到粉粒物料運(yùn)輸半掛車。

2.8 安全附件

粉粒物料運(yùn)輸半掛車安全附件包括人孔總成、安全泄放裝置、壓力表等。針對(duì)目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的人孔總成，其耐壓能力有高有低，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)際使用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)人孔總成失效，造成安全事故的情況，為了確保正常卸料過程的安全性，提出人孔蓋的耐壓能力不應(yīng)小于0.4 MPa，且設(shè)置有防止誤操作的安全保護(hù)。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，目前市場(chǎng)上各廠家主要配置微啟式安全閥，微啟式安全閥在超壓情況下只能起到報(bào)警作用，而全啟式安全閥可以起到大流量泄放，罐體壓力升高在控制范圍內(nèi)，因此為了確保正常卸料過程的安全性，提出粉粒物料運(yùn)輸半掛車應(yīng)配置全啟式安全閥，且公稱通徑不應(yīng)小于DN40 mm，安全閥的整定壓力取額定工作壓力的1.05～1.1倍。

3 結(jié)語

用于運(yùn)輸散裝粉粒物料介質(zhì)，裝備有專用裝置，通過充入壓縮氣體使罐體內(nèi)的粉粒物料流態(tài)化，再經(jīng)管道輸送到一定距離和高度，卸料到指定的容器或場(chǎng)地的罐式運(yùn)輸半掛車稱之為粉粒物料運(yùn)輸半掛車。因此，粉粒物料運(yùn)輸半掛車的罐體計(jì)算壓力、罐體強(qiáng)度、密封性能、卸料性能、安全附件等至關(guān)重要。車輛的合規(guī)性設(shè)計(jì)、制造非常必要，它不僅顯示了粉罐設(shè)計(jì)師、制造者對(duì)企業(yè)負(fù)責(zé)任的態(tài)度，更是企業(yè)對(duì)社會(huì)負(fù)責(zé)任的表現(xiàn)。