淺析內河船用水泥槽罐的設計安全性

張曉峰

(無錫市地方海事局，江蘇無錫214043)

0 引言

隨著國民經濟的發展以及降低營運成本及環境保護的需要，市場對散裝水泥的需求量越來越大。因此近幾年來，內河散裝水泥槽罐運輸船舶發展迅猛，水泥槽罐的裝載量也由開始的100 t/只發展到現在的1 000 t/只。然而散裝水泥槽罐在卸貨時，時有罐體爆裂或人孔爆裂的事故發生。針對這情況，有人提出必須提高設計壓力以增加罐體板厚。內河船用壓力容器進行了綜合介紹，分析了散裝水泥罐槽設計中罐體板厚的安全性以及罐體裂開原因。

1 常用壓力容器主要參數和工況

常用壓力容器主要參數和工況見表1。

表1 常用壓力容器主要參數和工況

從表1可以看出，啟動空氣瓶或氣笛及雜用空氣瓶的工況較散裝水泥槽罐惡劣。

2 散裝水泥槽罐的安全性

某化工設備廠生產的經認可的船用啟動空氣瓶的工作壓力為30 kgf/cm2，按當時規范計算公式的瓶體壁厚取值為8 mm。認可時，為了驗證安全性，對空氣瓶進行破壞性試驗并檢測主應力大小及方向。當空氣瓶內壓力(水壓試驗)加至60 kgf/cm2(2倍的額定工作壓力)時，結果發現主應力遠小于許用應力且主應力的方向在封頭。

由此可見，空氣瓶用按規范中提供的公式計算所得的筒體板厚進行制造，是合理及安全的。

由于散裝水泥槽罐的工況遠好于空氣瓶，因此其罐體按照《鋼質內河船舶建造規范》(2009)中壓力容器殼板最小厚度計算公式計算所得板厚(按設計壓力為0.33 MPa)進行制造也是合理及安全的。即使承受0.6 MPa壓力(配套空壓機的額定工作壓力)也不至于出現罐體裂開的事故。

在散裝水泥槽罐的設計中，其罐體板厚只要按規范進行計算，結果是安全的，沒有必要提高設計壓力以增加罐體板厚。

3 散裝水泥槽罐罐體裂開原因

散裝水泥槽罐罐體按規范計算所得的板厚進行制造是安全的，因此罐體的對接焊縫質量好壞是造成散裝水泥槽罐罐體受壓時開裂的主要原因。

壓力容器要求對接焊縫為全焊透型，并在《焊接與材料規范》(2009)中提供了坡口的形式。如果焊縫按要求開坡口，選用適用的焊材，并采用合理的焊接工藝，則焊縫的強度應該不低于母材的強度。作者在某水泥廠碼頭檢驗散裝水泥槽罐船時，發現其罐體因開裂正在人工清理罐內殘存水泥。該水泥槽罐罐體正好裂開在焊縫處，且該槽罐罐體的對接焊縫幾乎沒有開焊接坡口。

罐體和罐體、罐體和封頭之間對接時的錯位太大，嚴重影響了對接焊縫的質量和焊接強度。壓力容器對接焊縫的錯位量應不大于板厚的10%。如果錯位量很大，則對接焊縫形同搭接焊縫，嚴重影響焊接強度。

因此對接焊縫的形式，裝配時的錯位量大小以及是否選用低氫焊條及采用合理的焊接工藝等都會直接影響到罐體的強度。焊縫質量問題是散裝水泥槽罐罐體發生裂開的主要原因。

4 安全閥的重要性及合理選用

合理的選用安全閥是十分重要的。安全閥是壓力容器上的重要部件，用于保護壓力容器，使壓力容器內的壓力不因外部條件的影響而劇烈升高。

按《鋼質內河船舶建造規范》(2009年)計算安全閥的通徑:

式中:d為安全閥的通徑，mm;D為空壓機1 h最大輸送空氣量，D=1 552 kg/h;P為設計壓力，P= 0.33 MPa;n為安全閥個數，n=1;A為系數，依據升程選取。

若選用全啟式安全閥，A=6.6，則d=48.4 mm。

因此，選用d=50 mm的全啟式安全閥符合要求。

若選用微啟式安全閥，A=14，則d=70.5 mm。

在審圖或檢驗時必須首先明確安全閥選用的形式，然后再檢查安全閥直徑是否符合要求。

由于裝在散裝水泥槽罐上的安全閥工作條件較差，容易堵塞，因此建議在進氣總管上安裝一個相同的安全閥，并且每年對安全閥進行一次檢測，以確保安全閥工作的可靠性。

5 散裝水泥槽罐的人孔設置

散裝水泥槽罐屬低壓容器，可選用供低壓容器使用的標準人孔。如果自行設計，應按規范要求計算人孔的最小壁厚，并按相關的設計手冊對螺栓的強度進行校核。

6 結語

要做到散裝水泥槽罐的設計和建造既合理又安全，應注意以下幾點:

(1)對接焊縫必須按《材料與焊接規范》(2009)開好坡口，選擇合適的焊材及焊接工藝。

(2)制訂正確的裝配工藝，特別是嚴格控制對接焊縫的錯邊量。

(3)正確選用安全閥和人孔。

[1] 中國船級社.鋼質內河船舶建造規范(2009)[M].北京:人民交通出版社，2009.

[2] 中國船級社.材料與焊接規范(2009)[M].北京:人民交通出版社，2009.