CN103712762B - 危险介质罐箱冲击试验模拟介质充填方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质充填方法，属于试验方法领域，采用的技术方案是一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质充填方法，以安全的模拟液体和低密度物体均匀混合充装入试验罐箱以等质量、等体积、等重心的模拟危险介质在进行罐箱结构强度例行试验时的在线状态。本发明有益效果是以廉价、安全的模拟介质替代危险介质全方位模拟冲击试验中的动态运动情况进行，有效保证了模拟试验的真实性、安全性，还显著降低了试验成本。

Description

危险介质罐箱冲击试验模拟介质充填方法

技术领域

本发明涉及到易燃、易爆、或严重污染环境的液体在采用铁路运输时对专用罐箱结构强度检测的一种方法。具体涉及到该例行试验时以模拟介质替代高危介质进行冲击试验过程中的具体方法。

背景技术

近年来，随着国民经济的持续快速发展，社会对各类危险化学品的需求逐年扩大，危险品运输过程中发生的事故数量也呈现出明显上升的趋势。然而众所周知，危险化学品具有易燃、易爆、有毒和强腐蚀等特性，一旦出现运输事故则是一种危害性极大的灾害，给许多地方造成了巨大的生命和财产损失。

为防止危险品运输过程中事故的发生，降低由于危险品运输而造成的危害，相关部门机构对运输系统、危险品储存装置、运输状态检测系统都进行了严格的规定。铁道部相关标准规定，铁路运行中应用的封闭式车厢的需进行动态冲击试验。如LNG实行铁路运输尚属新生事物，且属于低密度、危险品，几十吨的LNG实际充入后进行冲击试验无疑是附带很大的危险性。唯一的方法是采用模拟介质充填替代LNG后再进行冲击试验。

然而，以其他介质代替上述危险品，也存在一些困难。水或者液氮，作为安全、易得且廉价的液态物质，是理想的试验介质，但由于密度相差甚远，在模拟试验中难以实现与危险品介质的等重量等重心高度，罐箱或罐车的实际受力状态必然发生偏差，不能真实反应实际受力状况，如此模拟冲击试验结果难以反应实际的效果，罐箱或罐车生产单位和使用单位均无法接受。以运输LNG介质的罐箱或罐车为例，水的密度是LNG的2.4倍，液氮的密度是LNG的2倍，按等重量充装进行试验，无法满足等重心高度的原则；按等容积充装进行试验，虽可满足等重心高度的原则，但试验时介质重量与运行时介质充装质量又相差较大，罐箱或罐车的受力状态必然发生改变，不能真实反应实际受力状况，引起模拟失真，试验数据不可信，对实际情况估计不准确，由此造成的危险性难以估计，也使得安全设计标准可能偏离实际。

因此选用安全、理想的介质，采用合适的介质充填方法，以保证冲击试验模拟的真实性、安全性，对危险化学品运输风险的估计、事故预警和应急救援决策具有重要作用，是危险品运输领域的研究重点。

发明内容

本发明涉及对危险品，主要是液态下的，所用储运罐箱进行结构强度例行试验时所采用的一种模拟方法。该方法采用两种不同密度的安全介质均匀混合充装入试验罐箱以模拟等质量、等体积、等重心的高危介质在线状态，以此为模型的冲击试验过程和结果不但可以真实反应出冲击试验的数据、而且可以确保安全性。

本发明为真实、安全的模拟危险介质冲击试验采用的技术方案是，一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质的充填方法，所述方法包括以下步骤：

1）确定参加试验所需加入危险介质的质量M₀、比重ρ₀和体积V₀；

2）确定在被检测罐箱内充入质量M₀的危险介质时的液面高度H₀和重心H_w高度，并做出液面高度标志线；

3）选取两种安全介质均匀混合充填入被测罐箱中，其中两种介质分别为比重ρ₂>ρ₀的模拟液体和N个体积为V₁、浸没于模拟液体中平均比重ρ₁<ρ₀的低密度物体，具体操作如下：

3.1确认没入模拟液体中所需低密度物体的总个数N=(ρ₂-ρ₀)V₀/(ρ₂-ρ₁)V₁；

3.2借助索具将N个低密度物体分别串联成n串，将每串串尾定位在罐箱底部，形成N个、n串低密度物体在罐箱底部的预定位；

3.3向罐箱内注入模拟液体直至液面达到步骤2）中所述的高度标志线,所有低密度物体均匀悬浮于模拟液体液面之下。

上述技术方案中，首先确定参加试验所需加入危险介质的质量M₀、比重ρ₀和体积V₀，计算并确定所充入介质的液面高度H₀和重心H_w位置，并在罐箱内做出液面高度标志线；然后根据实际条件选取两种安全介质，一种为比重ρ₂>ρ₀的模拟液体，另一种为N个低密度物体，每个物体的体积为V₁，且所述低密度物体在浸没于模拟液体中后平均比重ρ₁<ρ₀，将两种介质形成的混合模拟充填物均匀混合充装入被测罐箱中，具体操作为：首先，基于充填物总重量及总体积均与额定危险介质重量M₀、体积V₀相同，索具的质量、体积相对于体系可忽略，则有N×ρ₁×V₁+ρ₂×V₂=M₀且N×V₁+V₂=V₀，联合计算得到低密度物体所需总个数N=(ρ₂-ρ₀)V₀/(ρ₂-ρ₁)V₁；然后根据液面高度及低密度物体的大小，借助索具将N个低密度物体分别串联成n串，每串总长度都小于液面高度值，将每串的串尾固定在罐箱底部，n串总个数为N的低密度物体在罐箱底部形成了预定位；最后，向罐箱内注入模拟液体，直至其液面达到步骤2）中所做出的液面高度标志线，由于低密度物体的密度小于模拟液体且低密度物体形成的串联结构每串总长度都小于液面高度值，此时低密度物体均匀悬浮在模拟液体的液面之下，充装完毕。

本发明的有益效果是：（1）本发明设计了以安全的液体和低密度物体作为模拟介质均匀混合充装入罐箱进行罐箱结构强度例行试验时介质的充填方法，满足了充填的模拟介质真实安全的反映等质量、等体积、等重心的危险介质的在线状态，是一种全方面模拟，保证了模拟试验的真实性和安全性，且方法简单实用；（2）进一步改进的方案中，增加了精确调整步骤或者精确控制低密度物体的填充分布，有利于试验精确性的进一步提高；模拟介质选用廉价、易得的水或者液氮、泡沫等，有效降低了模拟试验的成本。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1A是本发明低密度物体和模拟液体充填的示意图；

图1B是图1A的右视图；

图2是低密度物体的结构及连接示意图；

图3是真空吸盘结构示意图；

附图中，1代表低密度物体，2代表模拟液体，3代表充填孔，4代表罐体，5代表真空吸盘，6代表尼龙索，7代表环扣，B代表高度标志线，C代表分度线。

具体实施方式

实施例1

本发明涉及一种危险介质罐箱冲击试验全方位模拟的介质充填方法，所述方法包括以下步骤：

1）确定参加试验所需加入危险介质的质量M₀、比重ρ₀和体积V₀；

2）确定在被检测罐箱内充入质量M₀的危险介质时的液面高度H₀和重心H_w高度，并做出液面高度标志线B；

3）选取两种安全介质均匀混合充填入被测罐箱中，其中两种介质分别为比重ρ₂>ρ₀的模拟液体2和N个体积为V₁、浸没于模拟液体2中平均比重ρ₁<ρ₀的低密度物体1，具体操作如下：

3.1确认没入模拟液体2中所需低密度物体1的总个数N=(ρ₂-ρ₀)V₀/(ρ₂-ρ₁)V₁；

3.2借助索具将N个低密度物体1分别串联成n串，将每串串尾定位在罐箱底部，形成N个、n串低密度物体1在罐箱底部的预定位；

3.3向罐箱内注入模拟液体2直至液面达到步骤2）中所述的高度标志线B,所有低密度物体1均匀悬浮于模拟液体2液面之下。

上述技术方案中，首先确定参加试验所需加入危险介质的质量M₀、比重ρ₀和体积V₀，计算并确定所充入介质的液面高度H₀和重心H_w位置，并在罐箱内做出液面高度标志线；然后根据实际条件选取两种安全介质，一种为比重ρ₂>ρ₀的模拟液体，另一种为N个低密度物体，每个物体的体积为V₁，且所述低密度物体在浸没于模拟液体中后平均比重ρ₁<ρ₀，将两种介质形成的混合模拟充填物均匀混合充装入被测罐箱中，具体操作为：首先，基于充填物总重量及总体积均与额定危险介质重量M₀、体积V₀相同，索具的质量、体积相对于体系可忽略，则有N×ρ₁×V₁+ρ₂×V₂=M₀且N×V₁+V₂=V₀，联合计算得到低密度物体所需总个数N=(ρ₂-ρ₀)V₀/(ρ₂-ρ₁)V₁；然后根据液面高度及低密度物体的大小，借助索具将N个低密度物体分别串联成n串，每串总长度都小于液面高度值，将每串的串尾固定在罐箱底部，n串总个数为N的低密度物体在罐箱底部形成了预定位；最后，向罐箱内注入模拟液体，直至其液面达到步骤2）中所做出的液面高度标志线，由于低密度物体的密度小于模拟液体且低密度物体形成的串联结构每串总长度都小于液面高度值，此时低密度物体均匀悬浮在模拟液体的液面之下，充装完毕。

所述低密度物体1是泡沫实体、或充气塑料体、或薄壳空心球体。

低密度物体1选用廉价、易得的物品，如泡沫实体、或充气塑料体、或薄壳空心球体，其中泡沫密度低，且生产成本低，在日常生活及工业中有广泛应用，如用于一次性塑料杯、抗震包装、隔热材料等；充气塑料体，或薄壳空心球的质量、体积及平均比重的数据易于得到，方便计算。

所述模拟液体2是水或液氮。

水作为自然界广泛存在的物质，在常温常压下，为无色透明无味无毒无危险性的液体；液氮无色无臭无腐蚀性、不可燃，呈化学惰性，密度低于水，以这些材料替代危险介质进行冲击试验的模拟，不仅保证了模拟试验的安全性，还有效降低了试验成本。

所述的液面高度标志线B结构中包括分度线C。

液面高度标志线B的设置为填充液体2的量提供了参考，而进一步设置分度线C，为填充液体的高度变化时所对应体积的变化提供了参考，便于试验中实时、定量检测组合介质的体积及其变化。

所述低密度物体1的结构中包括定位在其上下两端的环扣7，低密度物体1借助系在环扣7上的尼龙索6连接成串，并定位于罐体4内底面上的真空吸盘5上，形成均匀分布的形式。

所述低密度物体1连接成串并预定位在罐体4内底面上的限定条件是充液浮起后低密度物体1围绕重心H_w对称均匀分布。

在低密度物体1的上下两端设置环扣7，尼龙索6穿过环扣7或两端系在环扣7上，将低密度物体1连接成串，串的尾端同样借助环扣7和尼龙索6与真空吸盘5相连，将真空吸盘5均匀定位在罐体4的内底面。这样，充入模拟液体2后低密度物体1将均匀悬浮在模拟液体2中。

实施例2

一种危险介质罐箱冲击试验全方位模拟的介质充填方法，与实施例1不同的是其步骤中还包括充装完毕后的精确调整，确定混合模拟充填物重心Hw′位置后并与注入危险介质状态下的重心H_w相比较，H_w′与H_w距离为s，当误差率ΔH=s/H₀的绝对值大于3%，则退回从执行第3）步骤开始，调整低密度物体1的位置或个数N，直至ΔH=s/H₀的绝对值小于3%。

根据实施例1中所述的方法，理论上讲，混合模拟充填物体系的总质量、总体积与危险介质充填时均相等，而实际低密度物体1虽然为均匀分布，但由于个数、体积有时并不是整数，加之实际所配备的低密度物体1块或球体与计算数据有偏差，会引起的体系的微小误差，将误差限定在一定范围即可近似实现全方位模拟的要求，由于低密度物体1密度小的特点可知对低密度物体1总体积上的微小调整并不会对体系总质量有较大影响，误差以重心H_w位置参考，即在质量、体积误差很小的前提下，推定混合模拟充填物重心Hw′的位置，与注入危险介质状态下的重心H_w位置相比较，设Hw′与H_w距离为s，若误差率ΔH=s/H₀的绝对值大于3%，则退回从执行第3）步骤开始，调整低密度物体1的位置或个数N，直至ΔH=s/H₀的绝对值小于3%。

实施例3

一种危险介质罐箱冲击试验全方位模拟的介质充填方法，与实施例1不同的是所述步骤3.2中N个、n串低密度物体1在罐箱底部的预定位原则是:充液浮起后保持以重心H_w为参照点对称分布。

基于实施例1，充液后N个、n串低密度物体1以重心H_w的位置为对称中心悬浮于模拟液体2的液面之下，则必然的，低密度物体1及液体2的重心位置都位于H_w，不仅实现了模拟充填物体系与危险介质质量、体积相等，还可精确实现重心位置的重合，有效保证了试验的真实性。

Claims (8)

1.一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质的充填方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1）确定参加试验所需加入危险介质的质量M₀、比重ρ₀和体积V₀；

2）确定在被检测罐箱内充入质量M₀的危险介质时的液面高度H₀和重心H_w高度，并做出液面高度标志线（B）；

3）选取两种安全介质均匀混合充填入被测罐箱中，其中两种介质分别为比重ρ₂>ρ₀的模拟液体（2）和N个体积为V₁、浸没于模拟液体（2）中平均比重ρ₁<ρ₀的低密度物体（1），具体操作如下：

3.1确认没入模拟液体（2）中所需低密度物体（1）的总个数N=(ρ₂-ρ₀)V₀/(ρ₂-ρ₁)V₁；

3.2借助索具将N个低密度物体（1）分别串联成n串，将每串串尾定位在罐箱底部，形成N个、n串低密度物体（1）在罐箱底部的预定位；

3.3向罐箱内注入模拟液体（2）直至液面达到步骤2）中所述的高度标志线（B）,所有低密度物体（1）均匀悬浮于模拟液体（2）液面之下。

2.根据权利要求1所述的一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质的充填方法，其特征在于所述步骤还包括充装完毕后的精确调整，确定混合模拟充填物重心Hw′位置后并与注入危险介质状态下的重心H_w相比较，Hw′与H_w距离为s，当误差率ΔH=s/H₀的绝对值大于3%，则退回从执行第3）步骤开始，调整低密度物体（1）的位置或个数N，直至ΔH=s/H₀的绝对值小于3%。

3.根据权利要求1所述的一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质的充填方法，其特征在于所述步骤3.2中N个、n串低密度物体（1）在罐箱底部的预定位原则是:充液浮起后保持以重心H_w为参照点对称分布。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质的充填方法，其特征在于所述低密度物体（1）是泡沫实体、或充气塑料体、或薄壳空心球体。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质的充填方法，其特征在于所述模拟液体（2）是水或液氮。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质的充填方法，其特征在于所述的液面高度标志线（B）结构中包括分度线（C）。

7.根据权利要求1所述的一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质的充填方法，其特征在于，所述低密度物体（1）的结构中包括定位在其上下两端的环扣（7），低密度物体（1）借助系在环扣（7）上的尼龙索（6）连接成串，并定位于罐体（4）内底面上的真空吸盘（5）上，形成均匀分布的形式。

8.根据权利要求7所述的一种危险介质罐箱冲击试验模拟介质的充填方法，其特征在于所述低密度物体（1）连接成串并预定位在罐体（4）内底面上的限定条件是充液浮起后低密度物体（1）围绕重心H_w对称均匀分布。