T11/L4BN兩艙罐式集裝箱設(shè)計(jì)壓力的確定

沈紅美

（中集安瑞環(huán)科技股份有限公司，江蘇省南通市226003）

液體危險(xiǎn)貨物罐式集裝箱是指由兩個(gè)基本部分即單個(gè)罐體或多個(gè)罐體以及框架組成的用于裝運(yùn)液體危險(xiǎn)貨物的移動(dòng)式容器。設(shè)計(jì)壓力是罐體設(shè)計(jì)必須確定的參數(shù)之一。其取值直接影響罐體材料的厚度，決定罐箱的安全性及經(jīng)濟(jì)性。罐箱技術(shù)規(guī)范及總圖上規(guī)定的最大允許工作壓力MAWP是指在正常工作(充裝、卸料)狀態(tài)下，罐體頂部測(cè)得的不小于以下壓力中最高的一個(gè)壓力值：

a) 在充裝、卸料過(guò)程中罐體內(nèi)允許的最大有效壓力

b) 以下之和：

1) 介質(zhì)在65℃(在65℃以上進(jìn)行充裝、卸料或運(yùn)輸時(shí)采用最高設(shè)計(jì)溫度)時(shí)的絕對(duì)蒸氣壓減去1bar;

2) 罐內(nèi)頂部氣相空間的空氣或其它氣體的分壓，該壓力是由氣相空間最高溫度65℃和由于tr-tf的總平均溫度的升高而引起的液體膨脹所決定(tf=充裝溫度，通常為15℃；tr=50℃)。

一般情況下，最大允許工作壓力采用罐箱T code對(duì)應(yīng)的最低試驗(yàn)壓力的2/3。根據(jù)IMDG國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則，T11罐箱對(duì)應(yīng)的最低試驗(yàn)壓力為6bar。設(shè)計(jì)壓力用于設(shè)計(jì)處于設(shè)計(jì)溫度下罐體的壓力，其目的是確定罐體允許的最小厚度或不同區(qū)域的結(jié)構(gòu)特征。本文對(duì)T11兩艙罐箱的設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明并予以計(jì)算確定。

圖1

1 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的確定以及參數(shù)的定義

最大允許總重Mt 36000kg罐箱自重Ta 4360kg水壓試驗(yàn)壓力Pt 6bar最大允許工作壓力Pd 6*2/3=4bar最大設(shè)計(jì)外壓Pext 0.41bar設(shè)計(jì)溫度-40℃～150℃兩艙內(nèi)容積V1+V2 12.9 m3+12.9 m3罐體內(nèi)徑Di 2413mm前隔艙內(nèi)總長(zhǎng)L1 3200mm后隔艙內(nèi)總長(zhǎng)L2 3139mm在150℃時(shí)介質(zhì)的絕對(duì)蒸氣壓Pvap罐內(nèi)頂部氣相空間的空氣或其它氣體的分壓Pv

由于符合IMDG3.2章及IMDG4.2.5.25條中列明的允許T11罐運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)非常多，每一種介質(zhì)其自身的性質(zhì)不同，導(dǎo)致其絕對(duì)蒸汽壓及分壓的計(jì)算不同，我們不能一概而論地假定其值。從上文最大允許工作壓力定義得出：a項(xiàng)壓力≤4bar，b項(xiàng)壓力=Pvap-1+Pv≤4bar

2 IMDG 6.7章強(qiáng)度計(jì)算部分中設(shè)計(jì)壓力確定

按照規(guī)范IMDG6.7.2.1，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于以下壓力的最高值：

a) 在充裝、卸料過(guò)程中罐體內(nèi)允許的最大有效壓力

b）以下之和：

1）介質(zhì)在65℃(在65℃以上進(jìn)行充裝、卸料或運(yùn)輸時(shí)采用最高設(shè)計(jì)溫度)時(shí)的絕對(duì)蒸氣壓減去1bar；

2) 罐內(nèi)頂部氣相空間的空氣或其它氣體的分壓，該壓力是由氣相空間最高溫度65℃和由于tr-tf的總平均溫度的升高而引起的液體膨脹所決定(tf=充裝溫度，通常為15℃；tr=50℃)；

3)如下所列的動(dòng)態(tài)力引起的等效壓力Pdyn，但不小于0.35bar

i在運(yùn)行方向：總質(zhì)量的兩倍乘以重力加速度g

ii在與運(yùn)行方向成直角的水平方向上，總質(zhì)量乘以重力加速度g

iii垂直向上：額定質(zhì)量乘以重力加速度g

iv垂直向下：額定質(zhì)量的兩倍乘以重力加速度g

c) 可移動(dòng)罐柜導(dǎo)則中列明的最低試驗(yàn)壓力的2/3。

從安全性角度考慮，根據(jù)上文IMDG對(duì)設(shè)計(jì)壓力定義得出：a項(xiàng)壓力=4bar， b項(xiàng)壓力=Pvap-1+Pv+Pdyn=4+Pdyn，c項(xiàng)壓力=6*2/3=4bar。b項(xiàng)壓力＞a項(xiàng)壓力=c項(xiàng)壓力，所以按6.7章計(jì)算的設(shè)計(jì)壓力=b項(xiàng)壓力=4+Pdyn（其中當(dāng)Pdyn≤0.35bar，設(shè)計(jì)壓力=4+0.35=4.35bar；當(dāng)Pdyn＞0.35bar，設(shè)計(jì)壓力=4+Pdyn）。

如果不知罐箱具體裝載介質(zhì)，裝載通用介質(zhì)時(shí)，可按照如下公式算出可裝載介質(zhì)的最大密度。

ρ=(Mt-Ta)/(0.97*(V1+V2))

2.1 筒體的設(shè)計(jì)內(nèi)壓

在垂直向下方向上Pdyn=2[(Mt-Ta)/0.97*(V1+V2)] gh=0.5986bar＞0.35bar

其中h取罐體內(nèi)徑

設(shè)計(jì)壓力P=4+Pdyn=4+0.5986=4.5986bar。

2.2 封頭包含隔艙封頭的設(shè)計(jì)內(nèi)壓

在運(yùn)行方向上Pdyn=2((Mt-Ta))/(0.97*(V1+V2))gL=0.7938bar＞0.35bar

其中L取L1，L2中大者

設(shè)計(jì)壓力P=4+Pdyn=4+0.7938=4.7938bar。

2.3 筒體、封頭的設(shè)計(jì)外壓

設(shè)計(jì)壓力P=Pext=0.41bar

2.4 隔艙封頭的設(shè)計(jì)外壓

隔艙封頭是前隔艙與后隔艙的公用元件，應(yīng)考慮兩隔艙之間的最大壓力差?？煽紤]一個(gè)隔艙裝運(yùn)介質(zhì)，另一隔艙無(wú)介質(zhì)并承受最大設(shè)計(jì)外壓。

設(shè)計(jì)壓力P=Pd+Pdyn+Pext=4+0.7938+0.41=5.2038 bar

3 ASME強(qiáng)度計(jì)算部分中設(shè)計(jì)壓力確定

ASME標(biāo)準(zhǔn)定義的設(shè)計(jì)壓力為罐體每一元件的設(shè)計(jì)至少應(yīng)以罐體在正常操作條件時(shí)預(yù)期的壓力(包括在操作位置處共同作用的靜壓頭)和溫度共同作用下所產(chǎn)生的最嚴(yán)峻條件來(lái)進(jìn)行。

3.1 罐體包含隔艙封頭的最大許用工作內(nèi)壓

罐體的設(shè)計(jì)壓為罐體頂部的最大允許工作壓力加上液柱靜壓力。罐體里面液體充裝的總高度可以稱為液柱總高度，此液柱產(chǎn)生的壓力就是液柱靜壓力。

液體靜壓力=ρgh

其中：h取罐體內(nèi)徑

設(shè)計(jì)壓力P=Pd+ρgh=4+0.2993=4.2993bar

3.2 在常溫水壓情況下，因裝載介質(zhì)為水，所以罐體包含隔艙封頭的內(nèi)壓為：

P=Pt+ρ水gh=6+0.2367=6.2367bar

4 EN14025 6.8章強(qiáng)度計(jì)算部分中設(shè)計(jì)壓力確定

EN14025標(biāo)準(zhǔn)定義正常工作條件下以下壓力中取大值：

a) MAWP最大允許工作壓力

b) 以下之和：

1) 在50℃ (設(shè)計(jì)溫度＞50℃時(shí)采用設(shè)計(jì)溫度)時(shí)介質(zhì)的絕對(duì)蒸氣壓減去1bar；

2) 如下所列的動(dòng)態(tài)力引起的等效壓力，但不小于0.35bar

i在運(yùn)行方向：總質(zhì)量的兩倍乘以重力加速度g

ii在與運(yùn)行方向成直角的水平方向上，總質(zhì)量乘以重力加速度g

iii垂直向上：額定質(zhì)量乘以重力加速度g

iv垂直向下：額定質(zhì)量的兩倍乘以重力加速度g

a項(xiàng)壓力=Pd，b項(xiàng)壓力=Pvap-1+Pdyn

同樣，由于符合ADR L4BN的介質(zhì)非常多，每一種介質(zhì)其自身的性質(zhì)不同，導(dǎo)致其絕對(duì)蒸汽壓及分壓的計(jì)算不同，我們不能一概而論地假定其值。從安全角度考慮，取設(shè)計(jì)壓力=b項(xiàng)壓力=a項(xiàng)壓力=4bar，反算出可適合裝載介質(zhì)的最大絕對(duì)蒸氣壓Pvap。

Pvap=Pd-Pdyn+1=4-0.7938+1=4.2062bar

當(dāng)罐箱操作人員裝載介質(zhì)時(shí)需保證介質(zhì)在1 5 0℃ (設(shè)計(jì)溫度＞5 0℃)時(shí)的絕對(duì)蒸汽壓≤4.2062bar。

4.1 筒體，封頭包含隔艙封頭的設(shè)計(jì)內(nèi)壓

設(shè)計(jì)壓力P=Pd=4bar

4.2 筒體、封頭的設(shè)計(jì)外壓

設(shè)計(jì)壓力P=Pext=0.41bar

4.3 隔艙封頭的設(shè)計(jì)外壓

隔艙封頭是前隔艙與后隔艙的公用元件，應(yīng)考慮兩隔艙之間的最大壓力差?？煽紤]一個(gè)隔艙裝運(yùn)介質(zhì)，另一隔艙無(wú)介質(zhì)并承受最大設(shè)計(jì)外壓。

設(shè)計(jì)壓力P=Pd+Pext=4+0.41=4.41bar

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，不同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)壓力定義不同，從而所得設(shè)計(jì)壓力取值不同。

(1) 按IMDG 6.7章定義，由于不知具體裝載介質(zhì)，從安全角度考慮， T11罐箱的筒體及封頭的設(shè)計(jì)內(nèi)壓=Pd+Pdyn；筒體及封頭的設(shè)計(jì)外壓=Pext；隔艙封頭的設(shè)計(jì)外壓=Pd+Pdyn+Pext。

(2)按A S M E標(biāo)準(zhǔn)定義，罐體的設(shè)計(jì)壓力=Pd+ρgh；水壓試驗(yàn)的設(shè)計(jì)壓力=Pt+ρ水gh。

(3)按EN14025定義，由于不知具體裝載介質(zhì)，從安全角度考慮，L4BN罐箱的筒體及封頭的設(shè)計(jì)內(nèi)壓=Pd（需保證實(shí)際裝載介質(zhì)的絕對(duì)蒸氣壓不超過(guò)反算值）；筒體及封頭的設(shè)計(jì)外壓=Pext；隔艙封頭的設(shè)計(jì)外壓=Pd+Pext。