玻璃鋼儲(chǔ)罐生產(chǎn)應(yīng)重視厚度的設(shè)計(jì)計(jì)算

謝春良 駱立剛

（浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種化工產(chǎn)品的用量逐年增加。化工產(chǎn)品中許多屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，具有易燃、易爆、腐蝕、有毒等特性，這就決定其儲(chǔ)存容器許多是由玻璃鋼材料制作的。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)玻璃鋼儲(chǔ)罐不僅數(shù)量越來(lái)越多，而且容積越來(lái)越大。

然而，玻璃鋼儲(chǔ)罐的產(chǎn)品質(zhì)量并沒(méi)有同步提升，泄漏和爆炸事故時(shí)有發(fā)生。危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏和爆炸事故，不僅造成人身傷亡事故和直接經(jīng)濟(jì)損失，而且由于許多危險(xiǎn)化學(xué)品具有揮發(fā)性，一旦泄漏，就會(huì)導(dǎo)致大量的有毒有害物質(zhì)擴(kuò)散，甚至需要疏散附近方圓幾公里內(nèi)的居民，搞得人心惶惶，還造成環(huán)境污染，嚴(yán)重影響和諧社會(huì)建設(shè)。

自2003年開(kāi)始，依據(jù) 《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》 （國(guó)務(wù)院令），我國(guó)對(duì)儲(chǔ)存危險(xiǎn)化學(xué)品的玻璃鋼儲(chǔ)罐實(shí)行工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證管理，申證企業(yè)不僅要有完善的質(zhì)量管理體系，而且玻璃鋼儲(chǔ)罐產(chǎn)品質(zhì)量要符合相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求。

筆者從事危險(xiǎn)化學(xué)品包裝物、容器產(chǎn)品生產(chǎn)許可證發(fā)證的檢驗(yàn)工作已有十多年，在工作實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)我國(guó)玻璃鋼儲(chǔ)罐的產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，問(wèn)題相對(duì)比較多的是儲(chǔ)罐壁厚不足和內(nèi)外表面質(zhì)量不符合要求等。造成這些問(wèn)題的一個(gè)重要原因是生產(chǎn)企業(yè)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的忽視，以及對(duì)玻璃鋼儲(chǔ)罐壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算的不重視。

由于玻璃鋼儲(chǔ)罐制造所要求的設(shè)備投入并不高，因此大部分玻璃鋼儲(chǔ)罐制造企業(yè)規(guī)模都比較小，技術(shù)力量也不足，許多企業(yè)根本就沒(méi)有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，或者根本就不會(huì)設(shè)計(jì)計(jì)算，完全是憑著所謂 “經(jīng)驗(yàn)”直接生產(chǎn)。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下難免會(huì)出現(xiàn)惡性競(jìng)爭(zhēng)，因此玻璃鋼儲(chǔ)罐的壁厚有做得越來(lái)越薄的趨勢(shì)，這種狀況實(shí)在令人擔(dān)憂。

眾所周知，玻璃鋼儲(chǔ)罐的壁厚是儲(chǔ)罐使用的最重要質(zhì)量安全指標(biāo)，因此強(qiáng)調(diào)玻璃鋼儲(chǔ)罐壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算的重要性很有必要。玻璃鋼儲(chǔ)罐的內(nèi)外表面質(zhì)量，不僅僅是好看與難看的問(wèn)題，更重要的是它與儲(chǔ)罐的防腐蝕性能和儲(chǔ)罐的使用壽命直接相關(guān)。

1 玻璃鋼儲(chǔ)罐壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行的玻璃鋼儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)制造的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾項(xiàng)：

（1）GB 18564.2—2008《道路運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物罐式車輛 第2部分：非金屬常壓罐體技術(shù)要求》；

（2）JC/T 587—2012《玻璃纖維纏繞增強(qiáng)熱固性耐腐蝕立式貯罐》；

（3）JC/T 718—2012《玻璃纖維纏繞增強(qiáng)熱固性耐腐蝕臥式貯罐》；

（4）HG/T 20696—1999《玻璃鋼化工設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)定》；

（5）HG/T 21504.1—1992《玻璃鋼儲(chǔ)槽標(biāo)準(zhǔn)系列》。

這5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，GB 18564.2—2008適用于車載運(yùn)輸用儲(chǔ)罐，JC/T 587—2012、JC/T 718—2012、HG/T 20696—1999、 HG/T 21504.1—1992適用于普通儲(chǔ)罐。對(duì)玻璃鋼儲(chǔ)罐壁厚計(jì)算及內(nèi)外表面質(zhì)量要求比較明確的是GB 18564.2—2008、JC/T 587—2012、HG/T 20696—1999這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

我們知道，玻璃鋼儲(chǔ)罐的罐壁是層合結(jié)構(gòu)，由內(nèi)層 （內(nèi)表面層+次內(nèi)層）、結(jié)構(gòu)層 （強(qiáng)度層）和外層組成。內(nèi)層主要起防腐作用，結(jié)構(gòu)層承受載荷并保護(hù)內(nèi)層，外層起保護(hù)罐體和防紫外線作用。因此，玻璃鋼儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)層的厚度和內(nèi)外層表面質(zhì)量直接決定了玻璃鋼儲(chǔ)罐產(chǎn)品質(zhì)量。

各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)玻璃鋼儲(chǔ)罐內(nèi)外表面質(zhì)量的要求為：罐體內(nèi)外表面應(yīng)平整光滑，色澤均勻無(wú)泛白，纖維充分浸透樹(shù)脂，無(wú)夾雜物，無(wú)纖維外露。不允許有層間分層、脫層、樹(shù)脂瘤等缺陷。

各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)玻璃鋼儲(chǔ)罐內(nèi)層 （包括內(nèi)表面層和次內(nèi)層）、結(jié)構(gòu)層、外層的具體要求歸并如表1所示。

表1 各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)玻璃鋼儲(chǔ)罐壁厚的質(zhì)量要求

由表1可見(jiàn)，3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的具體要求不盡相同，好在它們之間并無(wú)明顯矛盾。從表1還可看出，內(nèi)層和外層均要求有一定厚度，而且內(nèi)層和外層均為樹(shù)脂含量很高的富樹(shù)脂層。如果設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)高度重視，并在玻璃鋼儲(chǔ)罐的施工圖上對(duì)內(nèi)層和外層作出明確要求，玻璃鋼儲(chǔ)罐內(nèi)外表面質(zhì)量是完全能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的，也能避免纖維外露等現(xiàn)象的發(fā)生。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)介

2.1 名義厚度和設(shè)計(jì)厚度

玻璃鋼儲(chǔ)罐施工圖上所注明的厚度稱為名義厚度。名義厚度系指設(shè)計(jì)厚度向上圓整至整數(shù)后的厚度。設(shè)計(jì)厚度系指計(jì)算厚度、內(nèi)層、外層和厚度附加量之和。

2.2 厚度附加量

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 20696—1999，考慮制造中產(chǎn)生的厚度不均勻及設(shè)備吊裝、運(yùn)輸?shù)葎偠鹊囊?。?dāng)計(jì)算厚度小于5 mm時(shí)，厚度附加量為3 mm；當(dāng)計(jì)算厚度大于或等于5 mm、小于10 mm時(shí)，厚度附加量為2 mm；當(dāng)計(jì)算厚度大于或等于10 mm、小于15 mm時(shí)，厚度附加量為1 mm；當(dāng)計(jì)算厚度大于或等于15 mm時(shí)，不需要厚度附加量。

標(biāo)準(zhǔn)GB 18564.2—2008還提出了腐蝕裕量的概念，本文也把它歸為厚度附加量。腐蝕裕量由設(shè)計(jì)單位確定或由用戶提供。

2.3 計(jì)算厚度

對(duì)于計(jì)算厚度，標(biāo)準(zhǔn)JC/T 587—2012是從最大許用應(yīng)變0.1%出發(fā)根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算的。標(biāo)準(zhǔn)GB 18564.2—2008、 HG/T 20696—1999是從許用應(yīng)力角度出發(fā)根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算的，其計(jì)算方法與其他材料儲(chǔ)罐的常規(guī)計(jì)算方法一致。以下簡(jiǎn)單介紹受內(nèi)壓儲(chǔ)罐的壁厚計(jì)算。

式中 δ——計(jì)算厚度，mm；

p——設(shè)計(jì)壓力，MPa；

Di——儲(chǔ)罐內(nèi)徑，mm；

K——橢圓形封頭形狀系數(shù)；

hi——橢圓形封頭曲面深度，mm；

M——碟形封頭形狀系數(shù)；

Ri——碟形封頭球面部分的半徑，mm;

ri——碟形封頭過(guò)渡區(qū)的半徑，mm;

［σ］——玻璃鋼材料的許用應(yīng)力，MPa；

σb——玻璃鋼材料在設(shè)計(jì)溫度下的環(huán)向拉伸強(qiáng)度，MPa；

n——安全系數(shù)。

需要特別說(shuō)明的是，標(biāo)準(zhǔn)HG/T 20696—1999第1.10.1條明確要求安全系數(shù)n≥10。實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)GB 18564.2—2008第6.2.7.3款也是隱含著要求安全系數(shù)n≥10。

鑒于玻璃鋼儲(chǔ)罐制作方式的特殊性，對(duì)安全系數(shù)提出了較高要求。有的玻璃鋼儲(chǔ)罐壁厚沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，雖然在使用過(guò)程中暫時(shí)還未發(fā)生破裂等事故，但犧牲了安全系數(shù)。換句話說(shuō)，也就是存在著嚴(yán)重的事故隱患。這正是讓我們深深憂慮的地方。

3 結(jié)論

（1）玻璃鋼儲(chǔ)罐生產(chǎn)應(yīng)重視壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算。

（2）按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的玻璃鋼儲(chǔ)罐，不僅強(qiáng)度能滿足要求，而且內(nèi)外表面質(zhì)量也均合格。

（3）壁厚沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的玻璃鋼儲(chǔ)罐存在著嚴(yán)重的事故隱患。

[1] GB 18564.2—2008.道路運(yùn)輸液體危險(xiǎn)貨物罐式車輛第2部分：非金屬常壓罐體技術(shù)要求 [S].

[2] HG/T 20696—1999.玻璃鋼化工設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)定 [S].

[3] JC/T 587—2012.玻璃纖維纏繞增強(qiáng)熱固性耐腐蝕立式貯罐[S].