基于UG對臥式聚丙烯儲罐壁厚設計的校核

邱偉平* 姚吉飛 許淳建

（杭州新安江工業泵有限公司）

1 臥式儲罐及聚丙烯特點

由于化工、醫藥、冶金、礦山、環保及新能源等行業不斷發展，生產過程中物料常為酸性或弱酸性鹽等腐蝕性介質，對儲存設備的材質有較高要求，不僅要能防腐蝕，同時還要具備足夠的機械強度，并要有較長的使用年限。

整臺設備全部采用塑料聚丙烯（PPH）材料制作，罐體采用整體纏繞成型。聚丙烯材料能耐一般酸堿鹽，具有制作周期短，機械強度高，耐腐蝕性能強，成本適宜，使用壽命長等特點。

目前罐體整體纏繞的生產方式較為先進，材料為中國石化北京燕山分公司提供的PPH（牌號PPH-176），由質檢單提供的主要性能指標可見表1。

2 PPH纏繞臥式儲罐設計

以常用的8 m3臥式儲罐為例，其基本尺寸為DN1 800 mm×3 100 mm，材質為PPH，罐體加工方式為整體纏繞，封頭采用整體注塑成型，使用溫度為50 ℃，物料為硫酸鹽，物料比重為1.3 g/cm3，結構設計如圖1 所示。

表1 PPH主要性能指標

圖1 設備結構設計圖（單位：mm）

常見臥式儲罐受力彎矩為中間處為M1和支座處的M2，如圖2 所示，從使用情況分析，受力最大的是罐體中間處的應力σ1和罐體支座處的應力σ2，可見圖1。

圖2 儲罐受力彎矩圖

2.1 設計計算

2.1.1 罐體壁厚計算

設備強度的解決方法有很多，比如增加立腳數量、增加加強圈的數量和結構、增加罐體壁厚等。在實際使用中，更換現場罐子情況較多，故本文討論的是在不改變結構的基礎上，增加罐體壁厚δ來解決問題的方法。需要重新設計筒體厚度δ，按標準材料厚度規格逐級核算，再次通過上述公式重新計算和校核，直到其滿足許用應力要求為止。

2.2 基于UG進行的模擬受力分析后的變形位移量S

圖3 為UG 軟件里對罐子結構的三維模型。圖4為UG 軟件里的罐子分析前的網格化設置。

圖3 罐體模型

圖4 罐體模型風格化

圖5 是壁厚為12 mm 時，軟件UG 分析的各網格位移量S。

圖5 壁厚為12 mm時，各網格位移量

從UG 的受力分析后的位移量S來看，罐體頂部中間段位移量最大，為9.90 mm。根據GB/T 25197—2010《靜置常壓焊接熱塑性塑料儲罐（槽）》規定，最大撓度（位移量）應不大于相應槽壁厚度的1/2，即Smax≤1/2δ，所以該結構的機械強度不能滿足設備使用要求。

圖6 是壁厚為18 mm 時，UG 分析各網格的實際位移量。

圖6 壁厚為18 mm時，各網格位移量

圖圖6 可知，最大位移量Smax=5.67 mm，罐體壁厚δ=18 mm，Smax（5.67 mm）＜9 mm，故該厚度可滿足罐體的使用要求。

3 結論

通過核算設備最大受力點的許用應力來設計罐體壁厚，然后經UG 軟件對網格化后罐體各點的位移量進行分析，從而校核罐體壁厚對設計結果的符合性和設備使用的安全性，驗證罐體的整體強度。該校核說明了設計計算的結果和UG 軟件分析得到的結果是一致的。