乙二醇罐式集裝箱設計

李斌斌

乙二醇是一種重要的基礎性大宗化工原料，聚酯產業(yè)是其主要下游領域。近年來，隨著我國聚酯產業(yè)規(guī)模不斷擴大，市場對乙二醇的需求不斷增長。我國是乙二醇的主要生產國和最大消費國，2020年我國乙二醇產量達到863萬t。為了滿足乙二醇公路、鐵路、水路運輸需求，提高乙二醇運輸經濟性，有必要研發(fā)設計乙二醇罐式集裝箱（以下簡稱“罐箱”）。本文介紹乙二醇罐箱設計標準、選材要求、設計要求、防腐要求、仿真分析要求、試驗要求、出廠和定檢要求等，并分析乙二醇罐箱經濟性。

1 乙二醇罐箱設計標準

乙二醇罐箱設計應當符合相關國際公約和國家標準的規(guī)定和要求。乙二醇為非危險液體貨物，乙二醇罐箱設計主要參考NB/T 47003.1―2009《鋼制焊接常壓容器》 、GB/T 1413―2008《系列1集裝箱 分類、尺寸和額定質量》、GB/T 1836―2017《集裝箱 代碼、識別和標記》、GB/T 16563―2017《系列1集裝箱 技術要求和試驗方法 液體、氣體及加壓干散貨罐式集裝箱》、GB/T 17423―1998《系列1集裝箱 罐式集裝箱的接口》以及《1972年集裝箱關務公約》、國際鐵路聯盟5920R規(guī)定、中國船級社《集裝箱檢驗規(guī)范》（2021年）、《材料與焊接規(guī)范》（2018年）、《鐵路技術管理規(guī)程》和《鐵路主要技術政策》等。

2 乙二醇罐箱選材要求

2.1 罐體選材要求

選擇罐體材料時應當考慮使用條件、材料性能、制造工藝和經濟合理性等因素：使用條件包括設計溫度、設計壓力、介質特性和操作特點等;材料性能包括力學性能、工藝性能、化學性能和物理性能等。為此，在設計乙二醇罐箱的過程中須注意以下幾點。

（1）確定鋼材設計溫度限界。不同鋼材的設計溫度下限不同。我國罐箱常用環(huán)境溫度為 40～50℃;若罐箱投放區(qū)域為東北地區(qū)，則按設計溫度下限 40℃選取材料。此外，隨著設計溫度上限的提高，部分鋼材的許用應力會有所下降。

（2）確定腐蝕裕量。根據乙二醇腐蝕鋼材的速率和罐體設計使用年限合理預估腐蝕裕量，同一罐體的不同部件可以根據使用情況選擇不同的腐蝕裕量。

2.2 框架選材要求

框架材料應當具有較高的強度以及較好的耐大氣腐蝕性、沖擊韌性和焊接性能。乙二醇罐箱主要結構材料參數見表1。

3 乙二醇罐箱設計要求

乙二醇罐箱適用于公路、水路和鐵路多式聯運，設計時除了須滿足相關設計標準及要求外，還應當注意以下幾點。

（1）盡量采用全框架結構。仿真和試驗研究表明，全框架結構有利于罐箱在鐵路運輸工況下抵抗車輛之間的縱向力和減小罐箱本身的沖擊變形，能夠為罐體提供更好的保護。

（2）罐體與框架組裝時，罐體的前端應高于后端5～10 mm，以便于下卸閥卸凈貨物。

（3）罐箱頂部步道應盡量鋪滿，框架頂部梁與相鄰步道板之間以及溢流盒與相鄰步道板之間的距離不超過100 mm。

（4）對罐箱爬梯梯凳實施防滑設計。

（5）在罐箱氣相閥與下卸閥之間配備聯動鎖閉裝置，以免因卸貨時氣相閥關閉而造成罐體損壞。

（6）下卸閥采用夾持式三段閥，確保閥蓋卸料口底部與端下梁之間有一定距離，以便于下卸閥的使用和維護。

4 乙二醇罐箱防腐要求

不銹鋼罐體噴涂對不銹鋼表面具有良好附著力的特定底漆和聚氨酯面漆;框架依次噴涂富鋅底漆、環(huán)氧中間漆和聚氨酯面漆。所有漆面依據GB/T 9286―1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》實施漆膜劃格試驗檢測。

5 乙二醇罐箱仿真分析要求

按照NB/T 47003.1―2009《鋼制焊接常壓容器》對罐體部分實施規(guī)則計算，并按中國船級社《集裝箱檢驗規(guī)范》（2021年）中罐箱有限元計算指南的要求，仿真分析罐箱在運輸工況下承受的慣性力載荷，其中：運行方向的慣性力載荷為最大質量的2倍乘以重力加速度;與運行方向垂直的水平方向的慣性力載荷為最大質量乘以重力加速度（若運行方向不明確，則為最大質量的2倍乘以重力加速度）;垂直向上的慣性力載荷為最大質量乘以重力加速度;垂直向下的慣性力載荷為最大質量的2倍乘以重力加速度。該部分仿真計算按照JB 4732―1995《鋼制壓力容器――分析設計標準》規(guī)定的應力強度進行判定。

6 乙二醇罐箱試驗要求

乙二醇罐箱投入使用前，除了須按照設計標準的規(guī)定通過所有型式試驗外，還須通過沖擊試驗、鐵路敞車工況試驗和容積檢測。

（1）沖擊試驗 一般委托有沖擊試驗資質的專業(yè)試驗室按照聯合國《關于危險貨物運輸的建議書：試驗和標準手冊》和GB/T 16563―2017《系列1集裝箱 技術要求和試驗方法 液體、氣體及加壓干散貨罐式集裝箱》實施沖擊試驗，并由監(jiān)造機構和客戶代表現場見證。

（2）鐵路敞車工況試驗 截至2020年，我國鐵路貨車保有量達到91.2萬輛。鐵路敞車回送集裝箱是我國鐵路集裝箱運輸的特有工況。鐵路敞車工況試驗按照中國船級社《集裝箱檢驗規(guī)范》（2021年）中的鐵路敞車運輸罐箱附加要求進行。

（3）容積檢測 容積檢測采用稱重法和激光檢測法：稱重法即分別稱重空載和裝水后的被驗罐箱，兩次稱重的差值除以水的密度即為罐體容積;激光檢測法即將特定的激光探頭自罐體頂部人孔伸入罐內，通過激光掃描成像和后期建模計算得出罐體容積。

7 乙二醇罐箱出廠和定檢要求

乙二醇罐箱出廠前須完成所有樣箱型式試驗和沖擊試驗，并取得中國船級社的樣箱型式認可證書。在乙二醇罐箱營運使用過程中，按照中國船級社《集裝箱檢驗規(guī)范》（2021年）中的集裝箱營運檢驗要求對罐箱實施定期檢驗。

8 乙二醇罐箱經濟性分析

乙二醇罐箱為乙二醇介質專用的20英尺標準罐箱。與傳統(tǒng)的20英尺標準罐箱相比，乙二醇罐箱在經濟性上具有一定優(yōu)勢：（1）傳統(tǒng)罐箱的罐體采用圓形截面設計，而乙二醇罐箱的罐體為非圓形截面設計，在罐箱外形尺寸相同的情況下，后者的容積增加11.5%;（2）乙二醇罐箱設計總質量為35 000 kg，在額定充裝率下罐箱的容重比為1 113 kg/m3，與常溫下的乙二醇密度相同，也就是說罐箱滿載時的總質量為罐箱設計總質量，具有較好的經濟性。

9 結束語

在設計制造乙二醇罐箱時，通過結構優(yōu)化減輕罐箱質量，在規(guī)定的罐箱外形尺寸下增大罐體容積，使得罐箱容重比與介質密度相匹配，從而實現較好的經濟性。隨著集裝箱多式聯運和“一帶一路”的加快發(fā)展，乙二醇罐箱運輸具有廣闊的發(fā)展前景。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2021-12-20）