浅析内河船用水泥槽罐的设计安全性

张晓峰

(无锡市地方海事局，江苏无锡214043)

0 引言

随着国民经济的发展以及降低营运成本及环境保护的需要，市场对散装水泥的需求量越来越大。因此近几年来，内河散装水泥槽罐运输船舶发展迅猛，水泥槽罐的装载量也由开始的100 t/只发展到现在的1 000 t/只。然而散装水泥槽罐在卸货时，时有罐体爆裂或人孔爆裂的事故发生。针对这情况，有人提出必须提高设计压力以增加罐体板厚。内河船用压力容器进行了综合介绍，分析了散装水泥罐槽设计中罐体板厚的安全性以及罐体裂开原因。

1 常用压力容器主要参数和工况

常用压力容器主要参数和工况见表1。

表1 常用压力容器主要参数和工况

从表1可以看出，启动空气瓶或气笛及杂用空气瓶的工况较散装水泥槽罐恶劣。

2 散装水泥槽罐的安全性

某化工设备厂生产的经认可的船用启动空气瓶的工作压力为30 kgf/cm2，按当时规范计算公式的瓶体壁厚取值为8 mm。认可时，为了验证安全性，对空气瓶进行破坏性试验并检测主应力大小及方向。当空气瓶内压力(水压试验)加至60 kgf/cm2(2倍的额定工作压力)时，结果发现主应力远小于许用应力且主应力的方向在封头。

由此可见，空气瓶用按规范中提供的公式计算所得的筒体板厚进行制造，是合理及安全的。

由于散装水泥槽罐的工况远好于空气瓶，因此其罐体按照《钢质内河船舶建造规范》(2009)中压力容器壳板最小厚度计算公式计算所得板厚(按设计压力为0.33 MPa)进行制造也是合理及安全的。即使承受0.6 MPa压力(配套空压机的额定工作压力)也不至于出现罐体裂开的事故。

在散装水泥槽罐的设计中，其罐体板厚只要按规范进行计算，结果是安全的，没有必要提高设计压力以增加罐体板厚。

3 散装水泥槽罐罐体裂开原因

散装水泥槽罐罐体按规范计算所得的板厚进行制造是安全的，因此罐体的对接焊缝质量好坏是造成散装水泥槽罐罐体受压时开裂的主要原因。

压力容器要求对接焊缝为全焊透型，并在《焊接与材料规范》(2009)中提供了坡口的形式。如果焊缝按要求开坡口，选用适用的焊材，并采用合理的焊接工艺，则焊缝的强度应该不低于母材的强度。作者在某水泥厂码头检验散装水泥槽罐船时，发现其罐体因开裂正在人工清理罐内残存水泥。该水泥槽罐罐体正好裂开在焊缝处，且该槽罐罐体的对接焊缝几乎没有开焊接坡口。

罐体和罐体、罐体和封头之间对接时的错位太大，严重影响了对接焊缝的质量和焊接强度。压力容器对接焊缝的错位量应不大于板厚的10%。如果错位量很大，则对接焊缝形同搭接焊缝，严重影响焊接强度。

因此对接焊缝的形式，装配时的错位量大小以及是否选用低氢焊条及采用合理的焊接工艺等都会直接影响到罐体的强度。焊缝质量问题是散装水泥槽罐罐体发生裂开的主要原因。

4 安全阀的重要性及合理选用

合理的选用安全阀是十分重要的。安全阀是压力容器上的重要部件，用于保护压力容器，使压力容器内的压力不因外部条件的影响而剧烈升高。

按《钢质内河船舶建造规范》(2009年)计算安全阀的通径:

式中:d为安全阀的通径，mm;D为空压机1 h最大输送空气量，D=1 552 kg/h;P为设计压力，P= 0.33 MPa;n为安全阀个数，n=1;A为系数，依据升程选取。

若选用全启式安全阀，A=6.6，则d=48.4 mm。

因此，选用d=50 mm的全启式安全阀符合要求。

若选用微启式安全阀，A=14，则d=70.5 mm。

在审图或检验时必须首先明确安全阀选用的形式，然后再检查安全阀直径是否符合要求。

由于装在散装水泥槽罐上的安全阀工作条件较差，容易堵塞，因此建议在进气总管上安装一个相同的安全阀，并且每年对安全阀进行一次检测，以确保安全阀工作的可靠性。

5 散装水泥槽罐的人孔设置

散装水泥槽罐属低压容器，可选用供低压容器使用的标准人孔。如果自行设计，应按规范要求计算人孔的最小壁厚，并按相关的设计手册对螺栓的强度进行校核。

6 结语

要做到散装水泥槽罐的设计和建造既合理又安全，应注意以下几点:

(1)对接焊缝必须按《材料与焊接规范》(2009)开好坡口，选择合适的焊材及焊接工艺。

(2)制订正确的装配工艺，特别是严格控制对接焊缝的错边量。

(3)正确选用安全阀和人孔。

[1] 中国船级社.钢质内河船舶建造规范(2009)[M].北京:人民交通出版社，2009.

[2] 中国船级社.材料与焊接规范(2009)[M].北京:人民交通出版社，2009.