多仓混装铝合金油罐半挂车的研究

多仓混装铝合金油罐半挂车的研究

李金龙

东莞市永强汽车制造有限公司  广东东莞  523000

摘要: 对成品油配送运力得不到充分利用的情况进行分析，结合加油站各种油品的销量和比例，提出了多仓混装铝合金油罐半挂车的设计以及成品油的配送方案，包括分仓容积和顺序的计算分析，多仓混装的结构设计尤其是残余率指标实验验证，订油配送方案的分析。计算和分析结果表明，该油罐半挂车匹配加油站的需求，合理调度后运力得到充分利用，为以后的油罐半挂车设计提供了一种思路。

关键词: 多仓 混装 油罐 半挂车

1前言

在前些年，各地执行《道路危险货物管理规定》治理超载期间，由于对政策的理解不一，有些地方按“工信部汽车公告是什么介质，罐检报告就是什么介质，营运证就许可什么介质”执行，造成了事实上一车一品的状况。在这期间，很多运输车辆的运力得不到充分利用，造成了很大浪费，后来此种情况得到了纠正。

加油站里常见的车用汽油牌号有： 89#、90#、92#、93#、95#、97#、98#，车用柴油牌号有：-50#、-35#、-20#、-10#、0#、5#。牌号很多，如何在安全的前提下高效率地配送各个加油站所需要的油品和油量，这对配送车用汽油和车用柴油的油罐车是个不小的挑战。结合上文提到的运力利用不充分的情况，研究多仓混装铝合金油罐半挂车的设计以及配送方案就具有实际的指导意义。

2 油罐的设计分析和计算

2.1加油站油品调研

经过调研，以广东某城市运输快线边上的某加油站为例，该加油站提供0#柴油和92#、95#、98#汽油，根据往年的经营数据得知，0#柴油的需求量和92#、95#、98#汽油的需求总量几乎相等，而汽油中的92#汽油的占比最大，95#汽油次之，98#汽油最低。经过对各油品密度的测量，数据见表1。

表1 各油品的密度表（单位kg/m3）

2.2分仓数量

该加油站提供4种不同的油品，为了充分利用油罐半挂车的运力，分仓数量不应少于4仓，结合各油品销售量有一定波动性的情况，确定车辆5个分仓，提高车辆的适用性。

2.3实装容积

根据GB1589-2016可知，三轴半挂车最大允许总质量为40000kg，查询以往铝合金三轴油罐半挂车整车整备质量数据，初步估算5仓油罐半挂车自重约为7150kg，则装载质量32850kg。

若5仓均装载92#汽油，则Vq=M/ρq

式中，Vq：92#汽油总实装容积，单位m3；M：半挂车装载质量，单位kg；

ρq ：92#汽油在20℃的密度，单位kg/m3。计算得Vq=45.625 m3。

若5仓均装载0#柴油，则Vc=M/ρc

式中，Vc：0#柴油总实装容积，单位m3；M：半挂车装载质量，单位kg；

ρc ：0#柴油在20℃的密度，单位kg/m3。计算得Vc =39.578 m3。

则油罐的实装容积Vs应满足以下条件：Vc≤Vs≤Vq，即39.578 m3≤Vs≤45.625 m3。

由于加油站汽油和柴油需求量几乎相等，则Vs=（Vc+ Vq）/2，得Vs=42.6 m3。

考虑分仓和配送的便利性，Vs取整数，则Vs为42m3。

2.4各仓的容积

根据汽油和柴油需求量几乎相等的实际情况，则柴油实装容积为21 m3，汽油实装容积为21 m3。由于汽油分为92#、95#、98#，则汽油仓均分为3个仓为宜，则各仓实装容积为7 m3。柴油仓均分为2仓，则各仓实装容积为10.5 m3。

2.5 各仓的顺序

将5个仓排列组合，见表2。

表2  分仓容积排列组合表

注：表中是以半挂车车前为顺序起点，往车后排序。

表2中共有9中分仓组合，下面分析那种组合是最为适合的。

由于半挂车车前须设置牵引销和牵引车匹配成列车，则在牵引车后回转半径范围内不宜设置底部的紧急切断阀，因此，分仓组合5-9不选取。

分仓组合2-3，两种容积交叉顺序，容易引起操作人员的惯性思维错误，不利于防呆设计，因此不选取。

对比分仓组合1和4，分仓组合1更能体现10.5、7 m3两种容积的类型，故选取。

2.6油罐的总容积计算

考虑油品的膨胀和安全空间，油罐的气相空间按实装容积Vs的10%进行扩容，则油罐总容积Vz=Vs×（1+10%）=46.2 m3。

2.7油罐的设计计算

2.7.1设计条件

罐体设计代码：LGBF；运输介质：汽油（汽油比柴油危险性高，故选汽油作为计算）。汽油的物化特性：易燃（在空气中爆炸极限1.3%~6.0%），熔点<-60℃，沸点70℃~200℃；饱和蒸汽压（绝压）：0.00732MPa(50℃)，密度：720Kg/m

3。罐体设计压力p=0.030MPa，罐体设计温度取50℃。焊接接头系数：φ= 0.85；腐蚀裕量：C1 =0.3 mm；铝板厚度负偏差：C2 = 0 mm；罐体加工减薄量：筒体C3 =0mm，封头C3=0.3mm；罐体液压试验压力Pt = 0.045MPa。

罐体材质：筒体铝板5182H111 (抗拉强度280 MPa，屈服强度125 MPa，延伸率24%)，封头、隔仓板、阻浪板铝板5182-0(抗拉强度280 MPa，屈服强度125 MPa，延伸率26%)

2.7.2罐体壁厚计算

2.7.2.1罐体的截面面积为3.97m2，如图1：

罐体的内直径：= =2248mm

2.7.2.2罐体计算压力

Pc1=P1=2ρg H=2×H×1×10-3×9.8=0.0385MPa

式中：P1：两倍静态水压力，MPa；

      H：罐体内高尺寸，H取1.968m

Pc2=P2=0.03MPa

式中：P2：设计压力

Pc3=P3==0.163MPa＞0.035MPa

P3：等效压力，等于G2即最大充装质量乘以2倍的重力加速度并除以罐体纵向投影面积的商，并与0.035MPa比较取较大值。

罐体计算压力PC = PC2 + PC3 =0.193MPa＞PC1

2.7.2.3许用应力

罐体材料设计温度下许用应力=70MPa、=83MPa，选小值取70 MPa

罐体材料设计温度下许用应力[σ]t = 70MPa。

2.7.2.4最大充装率ψv

ψv ===96.427%

平均体积膨胀系数：ρ15取724kg/ m³，ρ50取694kg/ m³

则α==0.0012351

上文提到按10%扩容，则实际充装率为90.9%＜ψv

2.7.2.5罐体厚度计算

表3 罐体厚度计算表

综上所计算及实践经验，筒体名义厚度选取5.5mm，封头名义厚度选取6.5mm

3 车架的设计

车架采用已有成熟的一体式全铝合金的结构设计，采用铝板5083H111 (抗拉强度290 MPa，屈服强度145 MPa，延伸率17%)和铝型材6061-T6(抗拉强度265 MPa，屈服强度245MPa，延伸率8%)焊合而成，由于该车架经过多年的实践验证强度足够，故不在此计算验证。

4 多仓混装铝合金油罐半挂车的总体设计确定。

主要配置介绍：10T双胎空气悬挂，EBS，双回路制动气路，标准照明和灯光信号装置，铝圈，12R22.5-16PR轮胎，底部灌装系统，防溢流系统，油气回收系统，铝升降支腿，50#牵引销，铝卸油箱，铝工具箱，罐顶护栏，罐前扶梯，标识，导静电装置等。

图2 油罐半挂车的总体设计图

通过计算得知，整车整备质量约为7080kg，装载质量为32920kg，整车满载重心高度为2058mm。更新装载质量数据，校核筒体和封头名义厚度，≥计算数据，可行。

5侧倾稳定性

经过计算，满载侧倾稳定角为23.3°＞23°，是安全和符合标准的。在此计算过程中发现，当充装率低于90%后，车辆抗倾覆的能力下降，原因是气相空间增大后，液体重心偏移增大，当充装率在50%时最为明显。故油罐的充足率不应低于90%。

6纵向稳定性

分别对比图3与图4、图5与图6，从图上可以看出，油罐分仓的数量越多，对车辆在上下坡的时候抑制罐内液体重心偏移越明显，即车辆纵向稳定性更好。

图3  5仓半挂车上坡油品液面图             图4  1仓半挂车上坡油品液面图

图5   5仓半挂车下坡油品液面图            图6  1仓半挂车下坡油品液面图

7多仓混装的结构设计

7.1防窜仓设计

图7 防窜仓结构示意图

见图7，每个隔仓板的凸面设置了一道铝型材作为密封环，每相邻的两仓均有焊缝密封，保障两个仓分别独立密封。且在隔仓板、密封环和筒体三者形成的密闭空间设置了检漏口，顶底部各一个，制造的时候可以检测焊缝是否有泄漏，日常使用过程中，在检修期间扭开底部的塞头，观察是否有液体流出，以此检测焊缝是否有泄漏。这样，可以保障相邻两个仓装运的油品不会相互渗透造成污染。

7.2低残余率的设计

残余率设计为≤0.1‰，虽然对制造精度的控制要求非常苛刻，此指标也是为了更好满足混装的功能要求。

为了验证此残余率设计指标是否满足实际情况，不影响油品的本质，取4L车用汽油（样品A）和4L车用柴油（样品B）作为样品，送到了国家石油石化产品监督质量检验中心（广东）检测：取2L车用汽油加入1‰的车用柴油，作为一个新的样品（样品C），取2L车用柴油加入1‰的车用汽油，作为一个新的样品（样品D），分别对四个样品进行全分析检测，最终检验中心通过检测，出了报告，得出结论：

Ⅰ车用汽油加入1‰的车用柴油后，样品的总体质量变化不大，只有个别项目有较小变化，如：馏程的终馏点增加了1.8℃，蒸汽压降低了1.1kPa，密度增加了0.8 kg/ m³，这些变化没有对汽油本身的品质产生本质的影响。

Ⅱ车用柴油加入1‰的车用汽油后，样品的总体质量变化不大，运动粘度略有下降，降低了0.026mm2/S，闪点变化明显，降低了4℃，除了闪点外，其他项目的变化不会对柴油的品质产生明显的影响。

故残余率的设计指标满足要求，即某个仓本次配送装柴油，下次配送直接装汽油，或者反之，都不会对油品产生本质的影响。

6.3静电防护设计

Ⅰ 此油罐半挂车采用底部灌装方式装料，降低了油品进入罐车内的冲击和扰动强度，有利于减少静电产生，有效防止了因静电积聚可能引起的火灾爆炸事故的发生；

Ⅱ 设置了导静电拖带，一直联通大地，及时地将静电导入大地；

Ⅲ 油罐和车架采用铝合金材质，导电性能优越，及时地导走静电；

Ⅳ 设置了接地铜柱、铜片和导静电线盘，装料和卸料时，连接油库和加油站的接地装置，及时导走静电。

Ⅴ 各仓的控制系统

图8 装卸系统气路控制原理图

各仓的紧急切断阀、油气回收阀采用独立控制的气路系统，具体根据装卸的仓位控制阀门的开关，防止出现该仓装卸错误的油品，即装卸时，要求先开启气控总控阀，再开启分仓阀，拉开1号仓阀时，1号仓的底阀与罐顶的油气回收阀才打开，其它仓位的底阀与油气回收阀处于关闭状态。

7加油站配送方案

表4 订油配送方案表

从上表可得，加油站订油的时候，结合储罐余油量和油罐车的装载能力，选用方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，一站式卸料，效率最高。也因一次性得到需求油品和油量的补充，避免局部二次、三次订油，减少油罐车进站卸油次数，提高站内安全。

从方案Ⅳ、Ⅴ可得，订油方案不匹配油罐车的装载能力时，就会出现运力浪费或运力无法满足需求的情况。

8结束语

本文基于成品油的配送提出了多仓混装铝合金油罐半挂车的设计以及基于此车辆的配送方案分析，得出以下结论:

Ⅰ 加油站各油品的销售量和比例直接影响油罐半挂车的设计。

Ⅱ 多仓混装铝合金油罐半挂车装载多种油品的能力可以提高配送效率。

Ⅲ 油罐车一站式卸油是最理想也是最高效的配送方法，应是加油站、承运方、配送调配中心共同的展望。

Ⅳ 经过计算和分析，此车辆适用于多仓混装的技术使用工况。

成品油深度参与人们的生活，效率与安全一直都是值得探讨的问题，本文抛砖引玉，希望对成品油有关联的发展有一定促进作用。

参考文献：

1.Agreement concerning the International Carriage of Dangerous Goods by Road-2021

2.JT/T 617.1-2018 危险货物道路运输规则

3.陈铭年 雷治国 徐建前 横向隔板对液罐车纵向稳定性的影响 专用汽车 2004.2

4. 王士军 李宁 西团结 多仓罐车装油安全管理探讨 山东化工2018，47（17），203-204

5. GB18564.1-2019 道路运输液体危险货物罐式车辆 第1部分：金属常压罐体技术要求