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论文发表于2015年IAPRI学术研讨会
通过瓶盖氦泄漏率测量危险货物包装为潜在的评估货物集装箱爆炸性混合物
By Eva Schlick-Hasper, Oliver Seidler, Thomas Goedecke and Matthias Kraume
1联邦材料研究所和测试（BAM），柏林，德国
2TU柏林，化学和工艺工程，柏林，德国主席
我们的目标是找出是否爆炸性气体环境下可在货物集装箱由气态创建通过泄漏危险货物的包装填充的封闭蒸汽 - 空气混合物的泄漏流有害液体。因为洲际运输期间的高温，有一个表压在包装内的自由气相这会导致气体的泄漏流。两种不同被应用方法：
氦气泄漏限制率有关23定量重要危险液体的低爆炸极限（LEL）分别计算最坏情况搬送方案（方法1）。
五种封闭种危险品包装的氦泄漏率约为体积6升用由累积压力技术进行测定（方法2）。
所有钢种包装的瓶盖都是不加批判。最大测量泄漏为33％的极限泄漏率。塑料杰里罐的螺丝封闭的泄漏率可以超过LEL如果有是与生产相关的模式，如脖子上的封锁和闪烁的非同心度。 特别塑料包装它，以减少气体泄漏流是非常重要的，因为一个爆炸性的气氛还可以通过单独的填充物质的渗透或两种效应的组合达成。对于集装箱潜在的爆炸性混合物，无论是质量传递机制的评估必须被考虑在内。版权所有copy;2015年约翰·威利父子有限公司。
关键词：危险货物包装;密封性;渗漏率;表压;泄漏测试; 降低爆炸极限
简介
险货物运输洲际填充的包装物与液体中的有害物质集装箱运输是为这些填料的正常状态。这个搬送方案是最糟糕的就因为所涉及的工作条件爆炸性氛围的形成情况：在运输过程中的高温可引起在容器表压。这两种低气压变化率和长运工期青睐爆炸性环境的形成。为了保护人类健康，设备和环境中，应该防止潜在的爆炸性混合物的情况。
有害物质从容器的释放一般可发生在两种不同的方式。上通过包装的可渗透部件，塑料容器的实例壁一方面由液体有害物质的渗透。另一方面在表压液面上方自由蒸气空间可导致蒸汽 - 空气混合物的气态泄漏流通过包装封闭的泄漏。
理论模型来计算危险物品表压包装依赖具体的材料数据，充盈度，灌装温度和运输温度已提交并且在用于食品包装的小的泄漏的评价。A模型验证示于但不考虑在绝对压力的差别。
创作集装箱爆炸性环境中而造成液体渗透的风险在塑料容器中运输的有害物质不能排除.典型的空气变化率的测量货运集装箱。集装箱内温度测量运从汉堡到新加坡表明，30℃可以假定为平均运输温度。在于危险货物航空运输的不同瓶/关闭系统的渗漏进行了测试。当受到航空运输环境的模拟几个设计类型的泄露。
在国际规定的危险货物包装容器的密封性试验的标准方法联合国规章范本6.1.5.4（以及欧洲协定关于国际公路（ADR）6.1.5.4）运输危险货物在水中所谓的气泡试验。其在检测泄漏直径灵敏度进行了研究，测试程序是常用对于泄漏的位置，但定量泄漏速率测量。
Schilperoord和Schets集中在泡沫测试方法本身的量化。 为了泄漏内部层流和上升streamof气泡假设，一个模型被呈现给计算该方法作为气泡频率的函数，毛细管压力和高度所得灵敏度水柱。 Schilperoord和Schets建议进行定量密封性要求危险货物包装应得出有关安全方面的现实运输的基础上条件。目前没有定量的密封性要求表述为量化的限制泄漏费率危险货物包装存在。因此，在本次调查中泄漏率指标有关爆炸下限是根据最坏情况搬送方案来计算。
在一般情况下，一个危险的物质可以从包装或者通过气态泄漏流被释放通过在包装封或通过渗透泄漏蒸汽 - 空气混合物。两种不同的情况可以考虑：
- 案例1：填充物质的渗透可以忽略不计
- 案例2：填充物质的非渗透性可以忽略不计
案例1假定为氦限制泄漏率（方法1）计算。对于案例2，通用计算步骤都为质量传递机制的比较。 因为渗透的程度取决于许多因素，这种比较是在两个示范性填充物质进行。
今年工作重点放在造成气体在货柜内形成爆炸性气体通过泄漏危险货物的封闭蒸汽 - 空气混合物泄漏冲刷式包装充满了危险液体。此流被包装的气相内的表压挑起由洲际运输过程中的平均温度不会过高产生的。实验研究通过使用嗅探器技术以氦气为泄漏定位示踪气体表明关闭是泄漏流对这些设计类型的主要排放源。两个方法分别进行：
方法1：氦限制泄漏率计算
填充物质的可忽略不计的渗透假设（情况1）。的最大允许泄漏率相于它们的爆炸下限23液体的有害物质的蒸气释放（LEL）计算了最坏情况传输情况（20英尺集装箱;空气变化率：最大负荷0.012 h_1;平均运输温度：30℃;运输时间：8周）。六个示范设计容器类型的被认为是：钢铁和塑料包装具有三种不同体积（约为550升，60升和2161）个体的这些最大允许泄漏率运输条件下的化学物质转变为限制下的氦泄漏率测试条件。对于这种转换，需要运输的条件下，表压。该指数的压力正在使用的理论模型给出计算。
方法2：氦泄漏率的测量
五份封闭类型的具有约6卷危险货物包装的泄漏率我用测试气体氦测定。氦泄漏测试最成熟的示踪气体。 它无毒，不易燃和无反应。其他的优点是它的低且稳定的环境浓其高流动性。过积累的压力技术作为泄漏测试方法。最小可检测泄漏率这个等级是10_7 Pam3/s.
测得的氦泄漏率和氦气计算的极限泄漏率进行了比较。这提供了一个指征而封闭类型有形成爆炸性气体的危险由于气体泄漏流托架的条件进行。对于这种定量的方法评估密封性尚未建立危险货物包装直到现在。
有关泄漏率理论
对象的定量防漏通常是通过其气体泄漏的测量来确定率。泄漏率的定义是其中流过的特定流体的光伏通量q通过在特定条件下泄漏。它在单元PAM3/号第9条表示在定量泄漏测试领域两个不同的气体流动方式，通常考虑到：层流和分子流。层粘流通过下泄漏连续流条件，例如，平均自由程是非常小的相比的横截面泄漏。发生的条件下分子流，使得所述平均自由程比所述横向更大在泄漏节这两个制度之间的界限都没有明确规定。对于实际的目的，以下假设普遍接受，请参阅表1：
压力，温度和气体的类型的泄漏率的依赖性是对这些不同的流动状态。泄漏率与压力的关系在两种不同条件（I和II）可以由下面的等式来示。恒定泄漏几何假设这些转换这不是由施加pressure.9对于层流变化时，压力p1和p2是总在泄露的上游和下游侧的压力。
在分子流的情况下，压力p1和p2都是流动物质的分压
示踪气体的渗透
如果在测试样品的示踪气体氦槽可渗透部分的渗透，这种渗透泄漏率是在泄漏rate.16两种不同参数的测量的干扰可以计算来估计氦渗透的效果：
由下式给出的诱导time（时间滞后“）
这个表达式是一个近似的突破时间氦通过特定的材料的厚度d.
表1。边界对气体流动机制在实践中。
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层流条件 分子流条件 qgt;10_5 Pam3/s, 只有一个毛细管泄漏 qlt;10_7 Pam3/s [9] 存在于[9, 14] qlt;10_8 Pam3/s for single leaks [14, 15] qgt;10_6 Pam3/s 单泄露[15] qlt;10_6 Pam3/s [12] |
氦的稳态气体渗透速率,表示在单位泄漏率,是15
压力p1和p2 Helium.12渗透物质的部分压力。
材料
闭包类型
包装设计类型的卷大约6 l。在表2提供了一个概述规格不同的闭包系统测试方法2。一个闭包的关键组件类型有最小的氦,突破时间,计算方程3所示。只有关键组件由氦渗透相关的一个可能的干扰表示。在的塑料油桶、五加仑的容器的主体由铝制阻挡层封闭(见方法2,实验设置),因此被排除在测量氦积累。图1 - 5显示关闭类型。
方法
方法1:计算氦泄漏率限制
以下参数为限制泄漏率的计算是很重要的:
- 较低的爆炸极限(LEL)
表2。概述了闭包类型。
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名称 闭包类型 包装类型 关闭转矩(Nm) 关键组成部分 对氦渗透 |
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A 钢铁十字槽头闭螺钉关 钢桶 20 密封圈(LDPE) B 褶关闭与可伸缩的塑料倒槽 钢桶 — 倒槽(LDPE) C 压入盖子有可伸缩的塑料倒槽 轻量钢 — 倒槽(LDPE) D 塑料螺丝关闭 塑料五加仑的容器 12 密封圈(LDPE) E 塑料螺丝关闭 塑料五加仑的容器 12 密封圈(LDPE) |
图1。闭合式A。
图2.闭式B
图3。闭合式C
图4合式D
表3显示了较低的爆炸极限,沸点和最大填充程度根据ADR 4.1.1.47 23液体危险物质。这些物质被选中,因为它们定量Germany.20最重要的出口物质之一。
2。最大数量的包装材料容器
包装材料的最大数量的计算每20英尺集装箱Npack以下规范相关:
图5.合式E
表3.要的液体有害物质的规格
——货物集装箱的内部尺寸
——外尺寸的包装设计类型
——货物集装箱的最大载荷
一个20英尺的规范。通用容器(波纹壁和钢容器木地板,ISO大小22 g0类型代码,22 g1)中列出。22能力Vcont是33.2立方米。三个代表包装卷Vpack被选中是因为他们一般的范围很广使用包装尺寸:5.5 l(塑料五加仑的容器),60 l(塑料五加仑的容器)和216 l(滚筒)。计算的Npack使用负载规划软件进行多维数据集智商4.0(MagicLogic优化Inc .)。20英尺集装箱的内部尺寸和外部维度的模范包装设计作为输入数据类型。以下假设进行计算:
bull;容器完全充斥着只有一个设计类型的包装材料。
bull;5.5 l包装材料是固定在木1000毫米times;1200毫米托盘装载的容器。
由此产生的最大数量的包装材料Npack 216 l钢桶是80,306的60 l塑料五加仑的容器和3200的5.5升塑料五加仑的容器。的最大有效载荷容器和托盘不超过表3中列出的所有物质。
3.空气的体积在20英尺集装箱
空气的体积内的货运集装箱vfree是介质爆炸性环境中的可以创造。它可以通过集装箱Vcont减去总容量计算vpack，TOT的包装最大装载数量：
假定附加负载保护材料使用1立方米。由此产生的自由空气体积Vfree大约是15 m3 Vpack所有三个包装卷。
4.集装箱运价
方程6给出了空气变化率的定义：
这个因素往往表明内部免费房间的风量Vfree完全交换通过气流V_每个时间间隔压力引起的差异(例如风效应和温度差异)。3、4分别测量了不同类型的换气率20英尺集装箱不同的加载条件。22的被动喷口g1-container模拟22 g0-container密封。的这种情况下产生的换气率n(Vfree 15 m3)是0.012 h1.3为了选择一个换气率来代表一个最坏的情况下,这个值被选为当前的工作。
5.运输持续时间
泄漏率的要求更严格的洲际运输的时间越长需要。最重要的洲际贸易路线2012中列出。24洲际的实际时间集装箱船的路线中指定。25六周最大的运输时间集装箱船。考虑到额外的运输容器之前和之后的时期货物在集装箱港口,8周的运输时间是假定为最大运输时间ttransp。
6.运输过程中的平均温度
平均运输温度Ttransp假定在洲际运输危险集装箱货物包装材料是30°C.1,4计算氦泄漏率限制。所有23物质限制泄漏率计算在表3中列出。表4总结了个人计算步骤。被选中的术语根据气体泄漏测试方法。13在运输爆炸下限可以实现通过气体漏泄或渗透的危险物质。因此,最大容许质量流(步骤1和2)极限的值的总和都传质机制。但有一个基本的区别:气泄漏流,只有一部分apor-air-mixture相关的有害物质。在渗透的情况下,纯物质被释放。这需要一个不同的计算方法。因此,计算中所示表4关注气体泄漏流步骤2后(假设渗透可以忽略不计,案例1)。渗透速率的比较是在稍后进行文档的一部分(例2)。
表4.氦极限泄漏率计算方法综述
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