在LNG低温鹤管中低温拉断阀的拉断力的标准要求分析

介绍了低温拉断阀的在流体介质装卸中的使用情况，探讨了相关标准对低温拉断阀的拉断力的规定原因和数据来源，提出了在LNG低温鹤管中GB50156标准的规定是值得商确的，对鹤管软管用的低温拉断阀合适的拉断力进行了分析计算。

一、 低温拉断阀的使用

安全低温拉断阀，可以视为两个常开的止回阀连接在一起使用，在一定外力作用下能够自动拉断，断开后的两部分可以分别自行密封。在流体介质的装卸中，低温拉断阀能防止装卸软管因意外拉力断裂而造成泄漏事故，广泛应用于公路、铁路的槽罐装卸以及其他固定和移动流体的储存。

目前常温低温拉断阀在加油站已经得到广泛使用,大都安装在加油软管与加油机之间，或者油枪与软管的连接处。随着国家对环境保护的要求,很多城市逐渐开始推广使用清洁能源,刚开始是用高压的CNG燃料汽车，目前在大量推广LNG燃料的汽车，在继承CNG的节能环保的优势之外，由于LNG的高密度,使得汽车一次鹤管的行驶里程大大增加在城市公交、货物运输上都得大量使用。因此给汽车加气的LNG加气站得到大量的发展，并且带动了LNG工厂和LNG接收站的发展。

只要涉及到LNG转运的地方，都会使用低温拉断阀。不过，由于LNG的储存、低温鹤管的温度只有-162。，并且LNG一旦泄漏，除了带来火灾危险外，喷发的低温介质还容易导致人员冻伤。因此,对于这种低温拉断阀的使用提出了很高的要求，除了可靠性之外，还要求具备低温工况下的密封性。

二、 低温拉断阀的标椎要求

对于低温拉断阀,保证密封之外，合适的拉断力是关键的，过大，起不到保护软管的作用，过小，则容易发生误动作。以往旧版的标准只对加油机有明确的设置低温拉断阀的要求,很多LNG站都没有设置低温拉断阀，而更新后的GB50156-2012版,对于常用的汽车燃料加注,如加油、LPG、CNG、LNG,均规定了必须设置低温拉断阀，加油的橡胶软管的拉断力为800~1500N,LPG、CNG、LNG软管的拉断力为400-600N（其中CNG卸气柱为600-900N）。

实际操作中，在LNG低温鹤管管路中保护软管的低温拉断阀，此标准规定的400-600N拉断力是相当保守的，原因如下：

LNG低温鹤管一般采用的是带金属网套的不锈钢波纹管，与橡胶软管比，其重量大,刚性强，因此操作力比较大，标准规定的过小拉断力容易导致低温拉断阀误动作。

一般LNG从站房鹤管到LNG车载瓶的软管口径为DN25，从槽车鹤管到LNG站的软管口径为DN50,该口径的不锈钢波纹管,本身强度极高，非橡胶软管可比。

因此，合理的设置拉断力，不仅可以降低了制造难度,使得低温密封更加可靠，还可以让低温拉断阀具备很好的环境适应性。要想确定一个合理的拉断力，就必须了解GB50156中拉断力数据的来源。

三初拉邮的分离拉力

虽然GB50156-2012对于拉断力有要求，但是并无相关数据来源的说明,2006版则只提到LPG低温拉断阀的拉断力400-600N是参考国外标准制定的，对于其他介质的低温拉断阀参数则没有出处。不过，该标准规定了加油软管必须符合GB10543-2003的标准,如果根据GB10543对软管的技术要求，还是可以计算出软管能够承受的拉力，并以此推算低温拉断阀的设定要求。

GB10543对加油的橡胶软管要求内衬层和外覆层的抗拉强度为p^7MPa,已知抗拉强度p,如果知道截面积A,那么,软管的拉断时所承受的力就是：F=p^A以GB10543规定的小的橡胶管为例，内径d为19mm,内衬加外覆层壁厚小为3.2mm,则外径D为25.4mm,那么其抗拉力F,为F=p"=p*旳=1563GB50156对于加油软管保护的低温拉断阀，设定的拉断力为800-1500N,可见设定值的安全系数大概范围为0.5-1,并且GB10543标准所要求的抗拉强度7MPa是小保证值，因此，实际软管可以承受的拉力还会更大一些。

四、低温拉断阀既雌既力的确定

要确定低温拉断阀的拉断力，必须先了解低温鹤管软管的结构参数，计算其可以承受的拉力。

在以LNG为燃料的汽车中，国内的主流的的LNG气瓶产品的设计工作压力为1.59MPa,实际鹤管LNG时工作压力大概为0.65MPa。按GB50156规定.LNG卸车软管的公称压力不得小于装卸系统工作压力的2倍,其小爆破压力不应小于公称压力的4倍。故软管的设计压力设定为1.6MPa,小爆破压力6.4MPao

LNG装卸的金属软管，因为处于-162。的介质工作温度下，所以一般采用带金属网套的奥氏体不锈钢波纹软管。由于鹤管作用不同,LNG软管口径是不同的,对于从槽车往LNG站卸车的口径一般为DN50,LNG加气站对车载气瓶的鹤管一般为DN25。波纹软管软管应该符合GB/T14525的要求。

对于带金属网套的波纹管，除了波纹管本身的强度可以承受拉力，作为防护的金属网套,在金属波纹管与橡胶软管中所起到的作用是不同的，由于金属波纹管横向刚度比纵向刚度大得多,所以介质压力引起的很大一部分横向的负荷是由波纹管承受的，而轴向的拉伸负荷则主要是由金属丝网来承受了。

因此,软管可以承受的拉力，也就取决于波纹软管本身的抗拉强度和金属网套的强度,也受制于软管内的介质推力。

下表是某个LNG低温鹤管软管生产厂家的产品参数，其中金属网套参数是按照文献1选择的。

根据上表的软管参数,我们可以计算出LNG鹤管软管的能承受的拉力。

波纹软管的材料一般是06Crl9Nil0,其抗拉强度#515MPa，已知抗拉强度p,截面积为A,那么，软管的拉断时所承受的拉力就是：F»=pXA经计算,DN50波纹软管的小拉力F»是32601N,DN25波纹软管的小拉力F。是12273N。金属网套可以承受的拉力按照文献2的介绍，已知爆破压力负荷Pb,爆破时网套承受的拉F。为：f=9“4cosa计算可知，DN50软管的F。为25568N,DN25软管的F。为7047N。本文按照4倍PN爆破压力来计算拉力，没有实际测量过金属网套的具体参数，爆破压力是标准给定的小值，因此该方法计算的网套承受的拉力是偏小的保证值，如果有具体产品参数，还可以根据其参数按照文献2中4-32公式进行详细计算。

低温介质本身的推力

在LNG低温鹤管时，流体介质的压力对波纹管也有一个导致波纹管拉伸的轴向推力。其值为为波纹管有效截面积和管道内截面积之差的推力，根据文献3附录IV的介绍，压力推力的值由以下公式决定，F广p"=px 其中:P-介质压力,0.65MPaA-有效截面积和管道内截面积之差,mn?计算可知,DN50软管的F,为561N,DN25软管的F,为187N。低温拉断阀的大允许拉断力作为保护软管的低温拉断阀,其允许的拉断力，应该比软管本身允许的拉力小，还必须考虑介质压力对软管施加的推力，软管的轴向负荷则主要是由金属丝网套来承受，因此，考虑低温拉断阀的大拉断力，主要考虑金属网套允许的拉力（或者与波纹管允许拉力的相对较小值），减去介质推力。按照前述的计算,汇总如下表。

符号DN50DN25

五、工程设计中的曲断力的选择

GB50156-2012对LNG低温鹤管的低温拉断阀要求拉断力为400~600N,而我们实际计算得知，在鹤管工况下,DN50软管网套可以承受25007N的拉力,DN25软管网套可以承受12086N的拉力。由此可见.GB50156的规定是相当的保守并且毫无必要的。

工程设计中，应该根据实际的金属软管性能,正确选择低温拉断阀的拉断力。

国外同类产品的拉断力设置

我们可以看看国外的同类产品是如何选择拉断力的。

RomanSeliger公司的ABV型低温拉断阀，口径为DN50-100,在1.6MPa介质压力下拉断力为5.6~11.5kN,基本上是按照软管承受拉力的0.5倍。

TODO的低温拉断阀，口径从DN50-DN80,是根据工况选择拉断力,在无介质压力影响下小的拉断力为12.5kN。当有介质压力时,低温拉断阀的外部允许拉断力会相应地减少。

在国内低温行业，使用比较多的还有KLAW的低温拉断阀，如图，该公司的规格依据标准的拉断安全螺栓规格设置了几档拉断力规格，小的为20kN。

工程设计中的拉断力的选择

加油机低温拉断阀的拉断力安全系数为0.5-1。本文也设定低温拉断阀的安全系数为0.5-1,其基准参考拉力可以选择相对薄弱的金属网套能够承受的拉力。LNG低温鹤管，由于鹤管作用不同，因此，软管口径是不同的，对于从槽车往LNG站卸车的DN50软管，其拉断力可以设置为12.5-25kN,对于从LNG站鹤管到LNG燃料车的DN25软管,其拉断力可以设置为6-12kN。在液氧、液氮等低温液体的贮运鹤管中，也可以参考本文计算拉断力。

对于采用安全拉断螺栓结构的低温拉断阀，由于拉断螺栓的制造要求比较高，并且材料标准所规定的性能均仅为为保证值，因此对于每批次的原材料都应做机械性能试验,低温拉断阀产品则应做实际工况的抽样破坏试验。