金屬管浮子流量計(jì)的設(shè)計(jì)

金屬管浮子流量計(jì)即國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)罐箱，其可以方便地實(shí)現(xiàn)在多種運(yùn)輸工具之間的接駁和倒裝，集安全與經(jīng)濟(jì)于一體的特點(diǎn)，上海上自儀公司在化工物流行業(yè)大量使用。伴隨著化工品物流業(yè)務(wù)的發(fā)展，金屬管浮子流量計(jì)的需求量越來(lái)越大，品種也越來(lái)越多，對(duì)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。但目前鮮有關(guān)于罐箱設(shè)計(jì)的文章借鑒，極不利用行業(yè)的發(fā)展。本文主要介紹了 金屬管浮子流量計(jì)的設(shè)計(jì)。

1 確定所運(yùn)輸物質(zhì)

確定所運(yùn)輸物質(zhì)是罐箱設(shè)計(jì)工作的開(kāi)始。首先要明確罐箱所要運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)是什么或提供化學(xué)品安全技術(shù)說(shuō)明書(shū)（MSDS）。因每一種危化品對(duì)應(yīng)不同的材料腐蝕性能及相應(yīng)的國(guó)際規(guī)則要求，決定了罐體材料選擇及附件配置要求，如 ：含氯離子介質(zhì)不能直接接觸鐵基金屬罐體，需要做內(nèi)襯 ；某些危險(xiǎn)或劇毒介質(zhì)則不允許有低于液位的開(kāi)孔等。化學(xué)介質(zhì)的腐蝕性能可以查腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)。

2 罐體設(shè)計(jì)

2.1 壁厚計(jì)算

選定罐箱所用的材質(zhì)之后，就可以按照國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則或其他相關(guān)規(guī)則的規(guī)定，設(shè)計(jì)計(jì)算罐壁厚度。一般按照 ASME Ⅷ -1常規(guī)設(shè)計(jì)分別計(jì)算筒體厚度和封頭厚度，比較危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸規(guī)則中列明的非常低等效鋼厚度和非常小允許厚度，選用大者。另外要按照罐箱設(shè)計(jì)使用年限及腐蝕速率，計(jì)算罐箱的腐蝕余量。有效厚度需要用壓力試驗(yàn)應(yīng)力進(jìn)行校核。有一點(diǎn)需要指出的是 ：計(jì)算壁厚時(shí)，對(duì)于需要較厚的筒體，采用1.0的焊接接頭系數(shù)對(duì)具有較低探傷成本的企業(yè)可能會(huì)降低制造成本。

2.2 外壓計(jì)算

對(duì)于 金屬管浮子流量計(jì)，設(shè)計(jì)外壓一般按照國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)規(guī)則的要求來(lái)取值，對(duì)于不同類別的貨物要求罐殼的耐外壓能力不同。如對(duì)于運(yùn)輸?shù)?類和第3~9類物質(zhì)的罐式集裝箱要求罐殼在裝有釋放壓力不超過(guò) -0.021MPa 安全閥的情況下耐壓能力大于0.021MPa，未設(shè)置真空安全閥的要求罐殼須能承受至少0.04MPa 的外部壓力而不發(fā)生yongjiu性變形。外壓計(jì)算主要是驗(yàn)算罐體的失穩(wěn)性，在罐體抽真空或外接泵卸料時(shí)會(huì)造成內(nèi)外壓差，如果此壓差較大就可能引起罐體失穩(wěn)破壞，因此必須對(duì)罐體進(jìn)行外壓計(jì)算。

2.3 加強(qiáng)圈計(jì)算

對(duì)于外壓計(jì)算不能通過(guò)時(shí)，可通過(guò)設(shè)置內(nèi)部或外部加強(qiáng)圈的方式來(lái)提高罐體的耐壓能力。加強(qiáng)圈的截面宜設(shè)置成組合慣性矩大的形狀，若罐體需要保溫且保溫厚度較薄，則應(yīng)注意加強(qiáng)圈高度不要超過(guò)保溫厚度，以避免給保溫施工帶來(lái)困難。對(duì)于20尺 金屬管浮子流量計(jì)的加強(qiáng)圈一般設(shè)置為3道，截面形狀有梯形、矩形和半圓形，制造廠可根據(jù)加工條件選擇適用的截面形狀。

2.4 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算

罐箱一般都開(kāi)有人孔、底出料孔、安全閥孔、氣相孔、頂出料孔等。由于開(kāi)孔對(duì)筒體的削弱作用，因此需要計(jì)算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)。罐箱的開(kāi)孔相對(duì)于罐體內(nèi)直徑來(lái)說(shuō)都不太大，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)按照等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于筒體自身、凸緣及焊接金屬補(bǔ)強(qiáng)不能滿足要求的，要設(shè)置附加的補(bǔ)強(qiáng)圈。在罐箱行業(yè)中，因?yàn)殚y件配套已相當(dāng)成熟，開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)已經(jīng)由閥件制造廠完成了，一般開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)都是符合要求的，設(shè)計(jì)時(shí)只需要校核就行，不需要重新設(shè)計(jì)。

2.5 安全閥泄放量計(jì)算

安全閥的設(shè)置壓力已經(jīng)在國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則中列明，由運(yùn)輸貨物所對(duì)應(yīng)的罐箱設(shè)計(jì)導(dǎo)則，可以計(jì)算出罐箱安全閥的設(shè)置壓力。安全閥的泄放能力考慮為 ：當(dāng)整個(gè)罐體包裹在火中時(shí)，安全閥的排放能力。因此安全閥的泄放量與罐體的外表面積相關(guān)，計(jì)算時(shí)可以按照國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則中相關(guān)列表進(jìn)行插值計(jì)算，校核安全閥的泄放能力。需要注意的是：加裝有防火網(wǎng)的安全閥，泄放量要乘以0.9系數(shù)。罐箱所用安全閥也是非常成熟的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)只需要根據(jù)計(jì)算選型就可以。

2.6 幾點(diǎn)特別補(bǔ)充

對(duì)于某些介質(zhì)需要配置加熱系統(tǒng)，如蒸汽加熱，此時(shí)需要在罐體內(nèi)或外加裝伴熱管 ；有時(shí)某些貨物運(yùn)輸不能滿足安全充裝容積的要求，如20%~80%，就需要加裝隔板分成單艙容積不大于7 500L 的區(qū)間 ；對(duì)應(yīng)設(shè)置有巖棉或玻璃棉保溫層的不銹鋼罐體，一定要控制保溫材料中氯離子含量，避免滲入雨水后造成應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕。

3 框架設(shè)計(jì)

罐體設(shè)計(jì)完成后，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)支撐罐體的框架。罐式集裝箱的框架有很多種，比如常見(jiàn)的有 ：連接圈式、梁式、鞍式等。所有樣式的框架都是為了滿足同樣的要求 ：即滿足1972年《國(guó)際集裝箱安全公約》和《液體、氣體及加壓干散貨罐式集裝箱》標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)要求。

3.1 堆碼試驗(yàn)要求

堆碼試驗(yàn)是驗(yàn)證罐箱在堆垛偏碼時(shí)，罐箱角柱的承載能力。其加載載荷為單根角柱受壓力86 400kg。因而設(shè)計(jì)時(shí)必須保證角柱具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，作為非常主要的受力構(gòu)件，角柱一般采用成型冷軋方管，方管的截面尺寸越大，壁厚越厚越滿足條件，但相應(yīng)的成本也會(huì)增加。

3.2 頂?shù)踉囼?yàn)要求

頂?shù)踉囼?yàn)是驗(yàn)證罐箱由四個(gè)頂角件起吊時(shí)，框架承受罐內(nèi)加速載荷情況下的能力。其加載載荷為2倍罐箱額定重量。該試驗(yàn)主要檢驗(yàn)頂角件與角柱之間及罐體與框架之間的連接強(qiáng)度。因此，為了滿足此項(xiàng)要求，角件與角柱的焊接為全熔透焊縫，角柱兩端四周需要加工焊接坡口。而罐體與框架的連接形式較多，一般需要校核焊縫強(qiáng)度，必要時(shí)需要借助有限元分析軟件做計(jì)算，針對(duì)此處做強(qiáng)度分析。

3.3 底吊試驗(yàn)要求

底吊試驗(yàn)是驗(yàn)證罐箱由四個(gè)底角件起吊時(shí)，框架承受罐內(nèi)加速載荷情況下的能力。其加載載荷為2倍罐箱額定重量。該試驗(yàn)主要檢驗(yàn)罐體與框架的連接強(qiáng)度及底側(cè)梁的剛性。底側(cè)梁作為罐箱的重要部件，設(shè)計(jì)時(shí)要尤其注意，優(yōu)先選用橫軸慣性矩大的截面形狀，常用的底側(cè)梁型材有方管和 H 型鋼等。

3.4 外部縱向栓固試驗(yàn)要求

外部縱向栓固試驗(yàn)是驗(yàn)證罐箱在公路或鐵路運(yùn)輸時(shí)，機(jī)車制動(dòng)情況下框架的承載能力。其加載載荷為2倍罐箱額定質(zhì)量力。該試驗(yàn)主要檢驗(yàn)底側(cè)梁剛性和罐體與框架整體的剛性及底側(cè)梁與角件的連接強(qiáng)度。底側(cè)梁與角件的焊接為全焊透焊縫，罐體設(shè)計(jì)時(shí)重心要盡量放低，以便加大下部結(jié)構(gòu)的整體剛性。為防止底側(cè)梁對(duì)端口的應(yīng)力破壞，必要時(shí)需要做局部加強(qiáng)，可采用加強(qiáng)筋板或加強(qiáng)角盒加強(qiáng)。

3.5 內(nèi)部縱向栓固試驗(yàn)要求

內(nèi)部縱向栓固是驗(yàn)證罐箱框架和連接處受到本身縱向加速度影響時(shí)的承載能力。其加載載荷為1倍罐箱額定重量。該試驗(yàn)主要檢驗(yàn)罐體和框架連接處的強(qiáng)度，因此要求連接件要有足夠的截面積，盡量沿罐體軸線呈圓周均勻布置，常見(jiàn)的連接圈結(jié)構(gòu)和梁式結(jié)構(gòu)就是這樣的情形。

3.6 內(nèi)部橫向栓固試驗(yàn)要求

內(nèi)部橫向栓固試驗(yàn)是驗(yàn)證罐箱框架和連接處受到橫向加速度時(shí)的承載能力。其加載載荷為1倍罐箱額定重量。該試驗(yàn)從另一個(gè)角度檢驗(yàn)罐體和框架連接處的強(qiáng)度。

3.7 橫向剛性試驗(yàn)要求

橫向剛性試驗(yàn)是驗(yàn)證罐箱承受船舶在航行中所產(chǎn)生的橫向擠壓的能力，加載載荷為單側(cè)頂角件150kN。該試驗(yàn)主要檢驗(yàn)端框的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，因此在端框上常常設(shè)置斜撐來(lái)確保穩(wěn)定性。

3.8 縱向剛性試驗(yàn)要求

縱向向剛性試驗(yàn)是驗(yàn)證罐箱承受船舶在航行中所產(chǎn)生的縱向擠壓的能力。加載載荷為單側(cè)頂角件75kN，該試驗(yàn)主要檢驗(yàn)罐箱側(cè)面結(jié)構(gòu)的剛性和穩(wěn)定性，因此頂側(cè)梁和底側(cè)梁也設(shè)置有斜撐。在罐體本身直徑夠大，罐體與框架連接后具有很好的穩(wěn)定性，可以承受較大的縱向或橫向力時(shí)，可省去頂側(cè)梁，但此時(shí)需要嚴(yán)格校核連接件的強(qiáng)度，以防連接件破壞對(duì)罐體造成影響。

3.9 鐵路動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)要求

鐵路動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)是驗(yàn)證罐箱本身及連接件在機(jī)車發(fā)生意外撞擊時(shí)，罐箱整體結(jié)構(gòu)的耐受能力。其加載載荷為1倍罐箱額定重量。運(yùn)行速度是由絞盤將裝載罐箱的機(jī)車?yán)聊骋桓叨妊剀壍老铝锏贸?。該試?yàn)從另一個(gè)角度檢驗(yàn)罐箱的縱向剛性及端框的強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

上海上自儀公司金屬管浮子流量計(jì)的樣式多、種類雜，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮周全。罐體和框架是罐箱的根本，是設(shè)計(jì)首先要做好的內(nèi)容。罐體設(shè)計(jì)部分和框架設(shè)計(jì)部分內(nèi)容是設(shè)計(jì)者要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和提出的建議可供相關(guān)從業(yè)者參考。