玻璃鋼儲罐生產應重視厚度的設計計算

謝春良 駱立剛

（浙江省特種設備檢驗研究院)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，各種化工產品的用量逐年增加。化工產品中許多屬于危險化學品，具有易燃、易爆、腐蝕、有毒等特性，這就決定其儲存容器許多是由玻璃鋼材料制作的。改革開放以來，我國玻璃鋼儲罐不僅數量越來越多，而且容積越來越大。

然而，玻璃鋼儲罐的產品質量并沒有同步提升，泄漏和爆炸事故時有發生。危險化學品的泄漏和爆炸事故，不僅造成人身傷亡事故和直接經濟損失，而且由于許多危險化學品具有揮發性，一旦泄漏，就會導致大量的有毒有害物質擴散，甚至需要疏散附近方圓幾公里內的居民，搞得人心惶惶，還造成環境污染，嚴重影響和諧社會建設。

自2003年開始，依據 《危險化學品安全管理條例》 （國務院令），我國對儲存危險化學品的玻璃鋼儲罐實行工業產品生產許可證管理，申證企業不僅要有完善的質量管理體系，而且玻璃鋼儲罐產品質量要符合相關法規和標準要求。

筆者從事危險化學品包裝物、容器產品生產許可證發證的檢驗工作已有十多年，在工作實踐中發現我國玻璃鋼儲罐的產品質量良莠不齊，問題相對比較多的是儲罐壁厚不足和內外表面質量不符合要求等。造成這些問題的一個重要原因是生產企業對相關標準的忽視，以及對玻璃鋼儲罐壁厚設計計算的不重視。

由于玻璃鋼儲罐制造所要求的設備投入并不高，因此大部分玻璃鋼儲罐制造企業規模都比較小，技術力量也不足，許多企業根本就沒有經過設計計算，或者根本就不會設計計算，完全是憑著所謂 “經驗”直接生產。在市場經濟條件下難免會出現惡性競爭，因此玻璃鋼儲罐的壁厚有做得越來越薄的趨勢，這種狀況實在令人擔憂。

眾所周知，玻璃鋼儲罐的壁厚是儲罐使用的最重要質量安全指標，因此強調玻璃鋼儲罐壁厚設計計算的重要性很有必要。玻璃鋼儲罐的內外表面質量，不僅僅是好看與難看的問題，更重要的是它與儲罐的防腐蝕性能和儲罐的使用壽命直接相關。

1 玻璃鋼儲罐壁厚設計計算依據的標準

現行的玻璃鋼儲罐設計制造的標準主要有以下幾項：

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

（2）JC/T 587—2012《玻璃纖維纏繞增強熱固性耐腐蝕立式貯罐》；

（3）JC/T 718—2012《玻璃纖維纏繞增強熱固性耐腐蝕臥式貯罐》；

（4）HG/T 20696—1999《玻璃鋼化工設備設計規定》；

（5）HG/T 21504.1—1992《玻璃鋼儲槽標準系列》。

這5個標準中，GB 18564.2—2008適用于車載運輸用儲罐，JC/T 587—2012、JC/T 718—2012、HG/T 20696—1999、 HG/T 21504.1—1992適用于普通儲罐。對玻璃鋼儲罐壁厚計算及內外表面質量要求比較明確的是GB 18564.2—2008、JC/T 587—2012、HG/T 20696—1999這3個標準。

我們知道，玻璃鋼儲罐的罐壁是層合結構，由內層 （內表面層+次內層）、結構層 （強度層）和外層組成。內層主要起防腐作用，結構層承受載荷并保護內層，外層起保護罐體和防紫外線作用。因此，玻璃鋼儲罐結構層的厚度和內外層表面質量直接決定了玻璃鋼儲罐產品質量。

各標準對玻璃鋼儲罐內外表面質量的要求為：罐體內外表面應平整光滑，色澤均勻無泛白，纖維充分浸透樹脂，無夾雜物，無纖維外露。不允許有層間分層、脫層、樹脂瘤等缺陷。

各標準對玻璃鋼儲罐內層 （包括內表面層和次內層）、結構層、外層的具體要求歸并如表1所示。

表1 各標準對玻璃鋼儲罐壁厚的質量要求

由表1可見，3個標準的具體要求不盡相同，好在它們之間并無明顯矛盾。從表1還可看出，內層和外層均要求有一定厚度，而且內層和外層均為樹脂含量很高的富樹脂層。如果設計環節高度重視，并在玻璃鋼儲罐的施工圖上對內層和外層作出明確要求，玻璃鋼儲罐內外表面質量是完全能夠達到標準要求的，也能避免纖維外露等現象的發生。

2 設計計算簡介

2.1 名義厚度和設計厚度

玻璃鋼儲罐施工圖上所注明的厚度稱為名義厚度。名義厚度系指設計厚度向上圓整至整數后的厚度。設計厚度系指計算厚度、內層、外層和厚度附加量之和。

2.2 厚度附加量

依據標準HG/T 20696—1999，考慮制造中產生的厚度不均勻及設備吊裝、運輸等剛度的要求。當計算厚度小于5 mm時，厚度附加量為3 mm；當計算厚度大于或等于5 mm、小于10 mm時，厚度附加量為2 mm；當計算厚度大于或等于10 mm、小于15 mm時，厚度附加量為1 mm；當計算厚度大于或等于15 mm時，不需要厚度附加量。

標準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。腐蝕裕量由設計單位確定或由用戶提供。

2.3 計算厚度

對于計算厚度，標準JC/T 587—2012是從最大許用應變0.1%出發根據公式進行計算的。標準GB 18564.2—2008、 HG/T 20696—1999是從許用應力角度出發根據公式進行計算的，其計算方法與其他材料儲罐的常規計算方法一致。以下簡單介紹受內壓儲罐的壁厚計算。

式中 δ——計算厚度，mm；

p——設計壓力，MPa；

Di——儲罐內徑，mm；

K——橢圓形封頭形狀系數；

hi——橢圓形封頭曲面深度，mm；

M——碟形封頭形狀系數；

Ri——碟形封頭球面部分的半徑，mm;

ri——碟形封頭過渡區的半徑，mm;

［σ］——玻璃鋼材料的許用應力，MPa；

σb——玻璃鋼材料在設計溫度下的環向拉伸強度，MPa；

n——安全系數。

需要特別說明的是，標準HG/T 20696—1999第1.10.1條明確要求安全系數n≥10。實際上，標準GB 18564.2—2008第6.2.7.3款也是隱含著要求安全系數n≥10。

鑒于玻璃鋼儲罐制作方式的特殊性，對安全系數提出了較高要求。有的玻璃鋼儲罐壁厚沒有達到標準要求，雖然在使用過程中暫時還未發生破裂等事故，但犧牲了安全系數。換句話說，也就是存在著嚴重的事故隱患。這正是讓我們深深憂慮的地方。

3 結論

（1）玻璃鋼儲罐生產應重視壁厚的設計計算。

（2）按相關標準設計制造的玻璃鋼儲罐，不僅強度能滿足要求，而且內外表面質量也均合格。

（3）壁厚沒有達到標準要求的玻璃鋼儲罐存在著嚴重的事故隱患。

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

[2] HG/T 20696—1999.玻璃鋼化工設備設計規定 [S].

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