玻璃钢储罐生产应重视厚度的设计计算

谢春良 骆立刚

（浙江省特种设备检验研究院)

0 引言

随着我国经济的快速发展，各种化工产品的用量逐年增加。化工产品中许多属于危险化学品，具有易燃、易爆、腐蚀、有毒等特性，这就决定其储存容器许多是由玻璃钢材料制作的。改革开放以来，我国玻璃钢储罐不仅数量越来越多，而且容积越来越大。

然而，玻璃钢储罐的产品质量并没有同步提升，泄漏和爆炸事故时有发生。危险化学品的泄漏和爆炸事故，不仅造成人身伤亡事故和直接经济损失，而且由于许多危险化学品具有挥发性，一旦泄漏，就会导致大量的有毒有害物质扩散，甚至需要疏散附近方圆几公里内的居民，搞得人心惶惶，还造成环境污染，严重影响和谐社会建设。

自2003年开始，依据 《危险化学品安全管理条例》 （国务院令），我国对储存危险化学品的玻璃钢储罐实行工业产品生产许可证管理，申证企业不仅要有完善的质量管理体系，而且玻璃钢储罐产品质量要符合相关法规和标准要求。

笔者从事危险化学品包装物、容器产品生产许可证发证的检验工作已有十多年，在工作实践中发现我国玻璃钢储罐的产品质量良莠不齐，问题相对比较多的是储罐壁厚不足和内外表面质量不符合要求等。造成这些问题的一个重要原因是生产企业对相关标准的忽视，以及对玻璃钢储罐壁厚设计计算的不重视。

由于玻璃钢储罐制造所要求的设备投入并不高，因此大部分玻璃钢储罐制造企业规模都比较小，技术力量也不足，许多企业根本就没有经过设计计算，或者根本就不会设计计算，完全是凭着所谓 “经验”直接生产。在市场经济条件下难免会出现恶性竞争，因此玻璃钢储罐的壁厚有做得越来越薄的趋势，这种状况实在令人担忧。

众所周知，玻璃钢储罐的壁厚是储罐使用的最重要质量安全指标，因此强调玻璃钢储罐壁厚设计计算的重要性很有必要。玻璃钢储罐的内外表面质量，不仅仅是好看与难看的问题，更重要的是它与储罐的防腐蚀性能和储罐的使用寿命直接相关。

1 玻璃钢储罐壁厚设计计算依据的标准

现行的玻璃钢储罐设计制造的标准主要有以下几项：

（1）GB 18564.2—2008《道路运输液体危险货物罐式车辆 第2部分：非金属常压罐体技术要求》；

（2）JC/T 587—2012《玻璃纤维缠绕增强热固性耐腐蚀立式贮罐》；

（3）JC/T 718—2012《玻璃纤维缠绕增强热固性耐腐蚀卧式贮罐》；

（4）HG/T 20696—1999《玻璃钢化工设备设计规定》；

（5）HG/T 21504.1—1992《玻璃钢储槽标准系列》。

这5个标准中，GB 18564.2—2008适用于车载运输用储罐，JC/T 587—2012、JC/T 718—2012、HG/T 20696—1999、 HG/T 21504.1—1992适用于普通储罐。对玻璃钢储罐壁厚计算及内外表面质量要求比较明确的是GB 18564.2—2008、JC/T 587—2012、HG/T 20696—1999这3个标准。

我们知道，玻璃钢储罐的罐壁是层合结构，由内层 （内表面层+次内层）、结构层 （强度层）和外层组成。内层主要起防腐作用，结构层承受载荷并保护内层，外层起保护罐体和防紫外线作用。因此，玻璃钢储罐结构层的厚度和内外层表面质量直接决定了玻璃钢储罐产品质量。

各标准对玻璃钢储罐内外表面质量的要求为：罐体内外表面应平整光滑，色泽均匀无泛白，纤维充分浸透树脂，无夹杂物，无纤维外露。不允许有层间分层、脱层、树脂瘤等缺陷。

各标准对玻璃钢储罐内层 （包括内表面层和次内层）、结构层、外层的具体要求归并如表1所示。

表1 各标准对玻璃钢储罐壁厚的质量要求

由表1可见，3个标准的具体要求不尽相同，好在它们之间并无明显矛盾。从表1还可看出，内层和外层均要求有一定厚度，而且内层和外层均为树脂含量很高的富树脂层。如果设计环节高度重视，并在玻璃钢储罐的施工图上对内层和外层作出明确要求，玻璃钢储罐内外表面质量是完全能够达到标准要求的，也能避免纤维外露等现象的发生。

2 设计计算简介

2.1 名义厚度和设计厚度

玻璃钢储罐施工图上所注明的厚度称为名义厚度。名义厚度系指设计厚度向上圆整至整数后的厚度。设计厚度系指计算厚度、内层、外层和厚度附加量之和。

2.2 厚度附加量

依据标准HG/T 20696—1999，考虑制造中产生的厚度不均匀及设备吊装、运输等刚度的要求。当计算厚度小于5 mm时，厚度附加量为3 mm；当计算厚度大于或等于5 mm、小于10 mm时，厚度附加量为2 mm；当计算厚度大于或等于10 mm、小于15 mm时，厚度附加量为1 mm；当计算厚度大于或等于15 mm时，不需要厚度附加量。

标准GB 18564.2—2008还提出了腐蚀裕量的概念，本文也把它归为厚度附加量。腐蚀裕量由设计单位确定或由用户提供。

2.3 计算厚度

对于计算厚度，标准JC/T 587—2012是从最大许用应变0.1%出发根据公式进行计算的。标准GB 18564.2—2008、 HG/T 20696—1999是从许用应力角度出发根据公式进行计算的，其计算方法与其他材料储罐的常规计算方法一致。以下简单介绍受内压储罐的壁厚计算。

式中 δ——计算厚度，mm；

p——设计压力，MPa；

Di——储罐内径，mm；

K——椭圆形封头形状系数；

hi——椭圆形封头曲面深度，mm；

M——碟形封头形状系数；

Ri——碟形封头球面部分的半径，mm;

ri——碟形封头过渡区的半径，mm;

［σ］——玻璃钢材料的许用应力，MPa；

σb——玻璃钢材料在设计温度下的环向拉伸强度，MPa；

n——安全系数。

需要特别说明的是，标准HG/T 20696—1999第1.10.1条明确要求安全系数n≥10。实际上，标准GB 18564.2—2008第6.2.7.3款也是隐含着要求安全系数n≥10。

鉴于玻璃钢储罐制作方式的特殊性，对安全系数提出了较高要求。有的玻璃钢储罐壁厚没有达到标准要求，虽然在使用过程中暂时还未发生破裂等事故，但牺牲了安全系数。换句话说，也就是存在着严重的事故隐患。这正是让我们深深忧虑的地方。

3 结论

（1）玻璃钢储罐生产应重视壁厚的设计计算。

（2）按相关标准设计制造的玻璃钢储罐，不仅强度能满足要求，而且内外表面质量也均合格。

（3）壁厚没有达到标准要求的玻璃钢储罐存在着严重的事故隐患。

[1] GB 18564.2—2008.道路运输液体危险货物罐式车辆第2部分：非金属常压罐体技术要求 [S].

[2] HG/T 20696—1999.玻璃钢化工设备设计规定 [S].

[3] JC/T 587—2012.玻璃纤维缠绕增强热固性耐腐蚀立式贮罐[S].