CN103712763B - Lng铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法及装置，属于试验方法领域，采用的技术方案一是一种LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法步骤包括：确定检测LNG的重量、比重、重心及液面高度并标记；充填固定轻质固态物并充填安全液体至所记录液面高度，计算组合充填物的关键参数与充填LNG时的误差，调整直至符合测试模拟充填标准；技术方案二是与所述方法配套的试验用罐箱装置，结构中包括罐体、位于罐体上的充填孔及与充填孔配套的盖体，所述罐体内安装用于固定轻质固态物、高度可调节的索具。其有益效果是保证了模拟试验的真实性、安全性，制备配套装置有效保证了试验模拟的可行性，还有效降低了试验成本。

Description

LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法及装置

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安全性的一种检测方法，以及相关检测装置的设计方案。该方法用来检测专用罐箱的结构设计强度，具体涉及到铁路罐车冲击例行试验，特别是以模拟介质充填下进行的冲击试验过程中的具体方法和装置。

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铁路动态冲击试验。运输LNG的专用罐箱当然不能例外。但是，LNG实行铁路运输尚属新生事物，LNG属于低密度、危险品，几十吨的LNG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从而安全进行冲击试验。

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，但由于密度问题，模拟试验中难以实现与危险品介质的等重量等重心高度，罐箱或罐车的受力状态必然发生改变，不能真实反应实际受力状况，增加了冲击试验通过的难度，罐箱或罐车生产单位无法接受。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。

因此选用安全、理想的介质，采用合适的介质充填方法及装置，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

本发明要设计一种模拟介质组合形式、以及将其充填入专用罐箱中的步骤，使充填好的模拟介质与实际参加测试的LNG重量、体积、重心高度关键参数基本再现例行冲击试验的客观环境条件。

本发明为实现真实、安全的模拟危险品运输冲击试验所采用的技术方案是，LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法，所述方法包括以下步骤：

1）确定参加检测加入的LNG的重量，测定它的比重和计算它的体积；

2）在被检测罐箱内充入额定LNG，测定充入后液面高度和确定罐箱内液体重心高度H，并在罐内做出液面高度标志线；

3）选取安全液体和轻质固态物形成的混合模拟充填物充入被测罐箱中：

3.1在罐箱底部均匀设置并借助索具固定比重不大于25kg/立方米、吸水率在2.5-3.5kg/立方米的轻质固态物，轻质固态物的高度为液面高度的45%-68%，

3.2向罐内计量注入安全液体至所记录的LNG液面高度标志线，记录实际注入安全液体的总重量；

4）基于实测轻质固态物、包括定位索具和安全液体在内的模拟充填物总重量与额定LNG重量相同和所占据空间特征，测算并推定出模拟充填物重心位置距罐箱底的高度值H′，并与注入LNG状态下的重心高度相比较；

5）当高度误差率ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%，视为ΔH符合测试模拟充填标准，填充完毕；如该绝对值大于5%的误差率，则退回从执行从第3）步骤开始，首先调整轻质固态物的高度，H′－H＞0降低、反之升高；直至ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%为止。

为实现上述LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法，本发明还提供了一种与该方法配套的试验用罐箱装置，所述装置结构中包括罐体、位于罐体上的充填孔及与充填孔配套的盖体，所述罐体内安装有用于固定轻质固态物、高度可调节的索具。

上述技术方案中，首先确定要参加检测的LNG的重量，并测定它的比重和计算它的体积，根据计算确定或实际充填介质确定液面高度和重心高度，并在罐内做出液面高度标志线，然后选取安全液体和轻质固态物形成的混合模拟充填物充入被测罐箱中，具体操作为：将比重不大于25kg/立方米、吸水率在2.5-3.5kg/立方米的借助索具固定于罐箱底部并压紧防止漂浮，充填轻质固态物的高度为液面高度的45%-68%；紧接着向罐内计量注入安全液体至液面高度标志线，记录实际注入安全液体的总重量；测算并推定出模拟充填物重心位置距罐箱底的高度值H′，并与注入LNG状态下的重心高度H相比较，当高度误差率ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%，视为符合试验模拟充填标准，填充完毕；如果高度误差率大于5%，则返回重新调整轻质固态物的高度h，当H′－H＞0，降低h，反之升高，重新充填直至ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%为止，充填结束，其中，实际轻质固态物、包括定位索具和安全液体在内的模拟充填物总重量与额定LNG重量相同或为误差率不大于5%的近似相同。

本发明还提供了一种试验用配套装置，具体实施上述方法时，打开充填孔，通过充填孔向罐体内充填轻质固态物并借助索具固定于罐体底部，索具压紧在轻质固态物上使轻质固态物不漂浮，其中，索具的位置可调节，进而所填充轻质固态物的高度、体积可调节，然后同样通过充填孔向罐体内充填安全液体至液面高度与LNG注入时液面高度相等，上述装置中，借助位置可调的索具，轻质固态物和安全液体的位置相对且固定轻质固态物和安全液体在罐体内的充填高度、体积可调节。

本发明的有益效果是：（1）本发明一方面设计了轻质固态物和安全液体组合作为模拟介质充填入配套罐箱，满足了充填好的模拟介质与实际参加测试的LNG重量、体积及重心高度这些关键参数基本再现，保证了模拟试验的真实性、安全性；另外还制备了配套装置作为试验硬件，有效保证了冲击试验模拟的可行性。（2）进一步改进的方案中，模拟介质选用廉价、易得的水或者液氮、可发性聚乙烯泡沫，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1是本发明轻质固态物和安全液体充填的示意图；

图2是图1的右视图；

图3是本发明具体以水和泡沫充填的示意图；

图4是图3的右视图；

附图中，1代表轻质固态物，2代表安全液体，3代表充填孔，4代表罐体，5代表固定架，6代表连接架，B代表液面高度标志线，C代表分度线。

具体实施方式

实施例1

本发明涉及一种LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法，所述方法包括以下步骤：

1）确定参加检测加入的LNG的重量，测定它的比重和计算它的体积；

2）在被检测罐箱内充入额定LNG，测定充入后液面高度L和确定罐箱内液体重心高度H，并在罐内做出液面高度标志线B；

3）选取安全液体2和轻质固态物1形成的混合模拟充填物充入被测罐箱中：

3.1在罐箱底部均匀设置并借助索具固定比重不大于25kg/立方米、吸水率在2.5-3.5kg/立方米的轻质固态物1，轻质固态物1的高度h为液面高度L的45%-68%，

3.2向罐内计量注入安全液体2至所记录的LNG液面高度标志线B，记录实际注入安全液体2的总重量；

4）基于实测轻质固态物1、包括定位索具和安全液体2在内的模拟充填物总重量与额定LNG重量相同和所占据空间特征，测算并推定出模拟充填物重心位置距罐箱底的高度值H′，并与注入LNG状态下的重心高度H相比较；

5）当高度误差率ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%，视为ΔH符合测试模拟充填标准，填充完毕；如该绝对值大于5%的误差率，则退回从执行从第3）步骤开始，首先调整轻质固态物的高度h，H′－H＞0降低、反之升高；直至ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%为止。

首先确定要参加检测的LNG的重量，并测定它的比重和计算它的体积，根据计算确定或实际充填介质确定液面高度L和重心高度H，并在罐内做出液面高度标志线B，然后选取安全液体2和轻质固态物1形成的混合模拟充填物充入被测罐箱中，具体操作为：将比重不大于25kg/立方米、吸水率在2.5-3.5kg/立方米的轻质固态物1借助索具固定于罐箱底部并压紧防止漂浮，充填轻质固态物1的高度为液面高度的45%-68%；紧接着向罐内计量注入安全液体2至液面高度标志线B，记录实际注入安全液体2的总重量；测算并推定出模拟充填物重心位置距罐箱底的高度值H′，并与注入LNG状态下的重心高度H相比较，当高度误差率ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%，视为符合试验模拟充填标准，填充完毕；如果高度误差率大于5%，则返回重新调整轻质固态物的高度h，当H′－H＞0，降低h，反之升高，重新充填直至ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%为止，充填结束，其中，实际轻质固态物1、包括定位索具和安全液体2在内的模拟充填物总重量与额定LNG重量相同或为误差率不大于5%的近似相同。

所述的轻质固态物1包括可发性聚苯乙烯泡沫。

所述的安全液体2包括水或者液氮。

可发性聚苯乙烯泡沫密度低，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；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，以这些材料替代LNG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对应还设置高度对应体积分度线C。

液面高度标志线B的设置为填充安全液体2的量提供了参考，同时高度对应体积分度线C的设置也为填充介质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，尽量与要检测的LNG体积相等，减少体积误差。

本发明还提供了一种实现所述LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法的试验用罐箱装置，所述装置结构中包括罐体4、位于罐体4上的充填孔3及与充填孔3配套的盖体，所述罐体4内安装有用于固定轻质固态物1、高度可调节的索具。

所述装置结构中还包括指示罐体4内试验介质液面高度对应体积的分度线C，所述分度线设置在罐体4内壁或罐体4外侧、与罐体4相连通的微型指示装置中。

分度线C的设置为充填安全液体2的量提供了参考，分度线C为罐体内液面高度对应的液体体积做了详细说明，借助分度线C便于试验中实时、定量检测充填介质的高度、体积及其变化。该分度线C可设置在罐体4内借助充填孔3可以看见的区域，亦可设置于罐体4外，在罐体4外侧设置与内部相通的微型指示装置，如毛细柱等，当借助充填孔3向罐体4内充填液体时，微型指示装置中液面高度随充填液体量而变化，且与罐体4内液面高度持平，因此可用于指示罐体4内的液面高度及体积，而另一方面，相对于罐体4内部所容纳充填液体的体积，微型指示装置中所容纳液体量可忽略不计，不影响实验参数的估计。

所述索具结构中包括限位于罐体4内壁高度为h范围区域内、沿罐体4内壁具有滑动自由度的连接架6和与连接架6固定配合的固定架5。

所述固定架5为钢板网或丝网。

连接架6限位于罐体4内壁，沿内壁可上下滑动，滑动范围根据需要设定，具体到上述方法，滑动范围为高度h的区域，两侧壁上的连接架6之间安装有固定架5构成的平面，固定架5压紧在轻质固态物1的上表面从而保证轻质固态物1不漂移、不浮动，当充填后ΔH的绝对值大于5%而不符合要求时，可通过调节连接架6位置随轻质固态物1的高度变化而变化，固定架5高度也发生变化，同时保证仍然压紧在轻质固态物1的上表面，直至最终充填结果符合测试模拟的充填标准。当所要检测模拟的介质种类、体积改变时，同样可以通过调节连接架6和固定架5的位置从而符合充填标准，可见该装置使用方便，普适性高。

实施例2

与实施例1比较，本实施例具体选取罐箱设计充装介质为LNG，由筒体与两端标准椭圆形封头组成，容器直径为2210mm，参见图3，充装介质有效容积为34.9m³，安全液体2选取水，轻质固态物1选取泡沫块组合充填替代LNG来验证本发明所提供的一种铁路运输罐箱冲击试验中模拟介质的充填方法及实现所述铁路运输罐箱冲击试验中模拟介质的充填方法的试验用罐箱装置的可行性、可靠性、及实用性，其中所述泡沫吸水率为3.1kg/m³，密度20kg/m³，尺寸为长2000mm、宽330mm、厚150mm的长方体。

具体实施时，1）设计罐箱充装LNG的容积为34.9m³，重量为16500 kg，计算得LNG比重为472.78 kg/ m³；

2）计算或测定所充装LNG的重心高度H=934mm，液面高度L=1336mm，并在罐内做出液面高度标志线B。

3）根据h范围初步计算可知，泡沫从底部向上排列4-6行时，充填高度在设计范围，从减少试验次数角度考虑，5行为合适充填层数，此时充填高度为750mm时，h/L=750/1336=56.14%，结合内容器尺寸及泡沫尺寸计算，填充泡沫共需113块，填充泡沫体积为11.2m³。通过充填孔3将泡沫向从底部向上排列，最上层的表面以索具压紧，保证泡沫被压实不浮起。泡沫固定好后，向罐内计量注入水至所记录的液面高度标志线B，记录实际注入水的重量为16240kg，充装的水高出泡沫高度586mm。索具重量总计178kg，体积忽略不计，经测算和推定，模拟充填的介质组合其重心高度H′=962mm，则ΔH=（H′－H）/H=(962-934) /934=3% <5%；充装泡沫和水后模拟体系总重量为16665kg，与所设计罐内充装LNG重量16500kg相比较，误差仅1%，符合测试模拟充填标准，填充完毕。

以上部分以本发明提供的方法，采用模拟介质组合形式、以及将其充填入专用罐箱中的步骤，使充填好的模拟介质与实际参加测试的LNG重量、体积、重心高度关键参数基本再现，达到了模拟试验真实性、安全性的标准，还有效降低了试验成本。

Claims (8)

1.一种LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1）确定参加检测加入的LNG的重量，测定它的比重和计算它的体积；

2）在被检测罐箱内充入额定LNG，测定充入后液面高度L和确定罐箱内液体重心高度H，并在罐箱内做出液面高度标志线（B）；

3）选取安全液体（2）和轻质固态物（1）形成的混合模拟充填物充入被测罐箱中：

3.1在罐箱底部均匀设置并借助索具固定比重不大于25kg/立方米、吸水率在2.5-3.5kg/立方米的轻质固态物（1），轻质固态物（1）的高度h为液面高度L的45%-68%，

3.2向罐箱内计量注入安全液体（2）至所记录的LNG液面高度标志线（B），记录实际注入安全液体的总重量；

4）基于实测轻质固态物（1）、包括定位索具和安全液体在内的模拟充填物总重量与额定LNG重量相同和所占据空间特征，测算并推定出模拟充填物重心位置距罐箱底的高度值H′，并与注入LNG状态下的重心高度H相比较；

5）当高度误差率ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%，视为ΔH符合测试模拟充填标准，填充完毕；如该绝对值大于5%的误差率，则退回从执行第3）步骤开始，首先调整轻质固态物（1）的高度h，H′－H＞0降低、反之升高；直至ΔH=（H′－H）/H的绝对值小于5%为止。

2.根据权利要求1所述的一种LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法，其特征在于所述的轻质固态物（1）包括可发性聚苯乙烯泡沫。

3.根据权利要求1所述的一种LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法，其特征在于所述的安全液体（2）包括水或者液氮。

4.根据权利要求1所述的一种LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法，其特征在于所述的液面高度标志线（B）相应还设置高度对应体积分度线（C）。

5.一种实现权利要求1所述的一种LNG铁路运输罐箱冲击试验的模拟介质充填方法的试验用罐箱装置，所述装置结构中包括罐体（4）、位于罐体（4）上的充填孔（3）及与充填孔（3）配套的盖体，其特征在于所述罐体（4）内安装有用于固定轻质固态物（1）、高度可调节的索具。

6.根据权利要求5所述的试验用罐箱装置，其特征在于所述装置结构中还包括指示罐体（4）内试验介质液面高度L对应体积V的分度线（C），所述分度线设置在罐体（4）内壁或罐体（4）外侧、与罐体（4）相连通的微型指示装置中。

7.根据权利要求5所述的试验用罐箱装置，其特征在于所述索具结构中包括限位于罐体（4）内壁高度为h范围区域内、沿罐体（4）内壁具有滑动自由度的连接架（6）和与连接架（6）固定配合的固定架（5）。

8.根据权利要求7所述的试验用罐箱装置，其特征在于所述固定架（5）包括钢板网或丝网。