乙二醇罐式集装箱设计

李斌斌

乙二醇是一种重要的基础性大宗化工原料，聚酯产业是其主要下游领域。近年来，随着我国聚酯产业规模不断扩大，市场对乙二醇的需求不断增长。我国是乙二醇的主要生产国和最大消费国，2020年我国乙二醇产量达到863万t。为了满足乙二醇公路、铁路、水路运输需求，提高乙二醇运输经济性，有必要研发设计乙二醇罐式集装箱（以下简称“罐箱”）。本文介绍乙二醇罐箱设计标准、选材要求、设计要求、防腐要求、仿真分析要求、试验要求、出厂和定检要求等，并分析乙二醇罐箱经济性。

1 乙二醇罐箱设计标准

乙二醇罐箱设计应当符合相关国际公约和国家标准的规定和要求。乙二醇为非危险液体货物，乙二醇罐箱设计主要参考NB/T 47003.1―2009《钢制焊接常压容器》 、GB/T 1413―2008《系列1集装箱 分类、尺寸和额定质量》、GB/T 1836―2017《集装箱 代码、识别和标记》、GB/T 16563―2017《系列1集装箱 技术要求和试验方法 液体、气体及加压干散货罐式集装箱》、GB/T 17423―1998《系列1集装箱 罐式集装箱的接口》以及《1972年集装箱关务公约》、国际铁路联盟5920R规定、中国船级社《集装箱检验规范》（2021年）、《材料与焊接规范》（2018年）、《铁路技术管理规程》和《铁路主要技术政策》等。

2 乙二醇罐箱选材要求

2.1 罐体选材要求

选择罐体材料时应当考虑使用条件、材料性能、制造工艺和经济合理性等因素：使用条件包括设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等;材料性能包括力学性能、工艺性能、化学性能和物理性能等。为此，在设计乙二醇罐箱的过程中须注意以下几点。

（1）确定钢材设计温度限界。不同钢材的设计温度下限不同。我国罐箱常用环境温度为 40～50℃;若罐箱投放区域为东北地区，则按设计温度下限 40℃选取材料。此外，随着设计温度上限的提高，部分钢材的许用应力会有所下降。

（2）确定腐蚀裕量。根据乙二醇腐蚀钢材的速率和罐体设计使用年限合理预估腐蚀裕量，同一罐体的不同部件可以根据使用情况选择不同的腐蚀裕量。

2.2 框架选材要求

框架材料应当具有较高的强度以及较好的耐大气腐蚀性、冲击韧性和焊接性能。乙二醇罐箱主要结构材料参数见表1。

3 乙二醇罐箱设计要求

乙二醇罐箱适用于公路、水路和铁路多式联运，设计时除了须满足相关设计标准及要求外，还应当注意以下几点。

（1）尽量采用全框架结构。仿真和试验研究表明，全框架结构有利于罐箱在铁路运输工况下抵抗车辆之间的纵向力和减小罐箱本身的冲击变形，能够为罐体提供更好的保护。

（2）罐体与框架组装时，罐体的前端应高于后端5～10 mm，以便于下卸阀卸净货物。

（3）罐箱顶部步道应尽量铺满，框架顶部梁与相邻步道板之间以及溢流盒与相邻步道板之间的距离不超过100 mm。

（4）对罐箱爬梯梯凳实施防滑设计。

（5）在罐箱气相阀与下卸阀之间配备联动锁闭装置，以免因卸货时气相阀关闭而造成罐体损坏。

（6）下卸阀采用夹持式三段阀，确保阀盖卸料口底部与端下梁之间有一定距离，以便于下卸阀的使用和维护。

4 乙二醇罐箱防腐要求

不锈钢罐体喷涂对不锈钢表面具有良好附着力的特定底漆和聚氨酯面漆;框架依次喷涂富锌底漆、环氧中间漆和聚氨酯面漆。所有漆面依据GB/T 9286―1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》实施漆膜划格试验检测。

5 乙二醇罐箱仿真分析要求

按照NB/T 47003.1―2009《钢制焊接常压容器》对罐体部分实施规则计算，并按中国船级社《集装箱检验规范》（2021年）中罐箱有限元计算指南的要求，仿真分析罐箱在运输工况下承受的惯性力载荷，其中：运行方向的惯性力载荷为最大质量的2倍乘以重力加速度;与运行方向垂直的水平方向的惯性力载荷为最大质量乘以重力加速度（若运行方向不明确，则为最大质量的2倍乘以重力加速度）;垂直向上的惯性力载荷为最大质量乘以重力加速度;垂直向下的惯性力载荷为最大质量的2倍乘以重力加速度。该部分仿真计算按照JB 4732―1995《钢制压力容器――分析设计标准》规定的应力强度进行判定。

6 乙二醇罐箱试验要求

乙二醇罐箱投入使用前，除了须按照设计标准的规定通过所有型式试验外，还须通过冲击试验、铁路敞车工况试验和容积检测。

（1）冲击试验 一般委托有冲击试验资质的专业试验室按照联合国《关于危险货物运输的建议书：试验和标准手册》和GB/T 16563―2017《系列1集装箱 技术要求和试验方法 液体、气体及加压干散货罐式集装箱》实施冲击试验，并由监造机构和客户代表现场见证。

（2）铁路敞车工况试验 截至2020年，我國铁路货车保有量达到91.2万辆。铁路敞车回送集装箱是我国铁路集装箱运输的特有工况。铁路敞车工况试验按照中国船级社《集装箱检验规范》（2021年）中的铁路敞车运输罐箱附加要求进行。

（3）容积检测 容积检测采用称重法和激光检测法：称重法即分别称重空载和装水后的被验罐箱，两次称重的差值除以水的密度即为罐体容积;激光检测法即将特定的激光探头自罐体顶部人孔伸入罐内，通过激光扫描成像和后期建模计算得出罐体容积。

7 乙二醇罐箱出厂和定检要求

乙二醇罐箱出厂前须完成所有样箱型式试验和冲击试验，并取得中国船级社的样箱型式认可证书。在乙二醇罐箱营运使用过程中，按照中国船级社《集装箱检验规范》（2021年）中的集装箱营运检验要求对罐箱实施定期检验。

8 乙二醇罐箱经济性分析

乙二醇罐箱为乙二醇介质专用的20英尺标准罐箱。与传统的20英尺标准罐箱相比，乙二醇罐箱在经济性上具有一定优势：（1）传统罐箱的罐体采用圆形截面设计，而乙二醇罐箱的罐体为非圆形截面设计，在罐箱外形尺寸相同的情况下，后者的容积增加11.5%;（2）乙二醇罐箱设计总质量为35 000 kg，在额定充装率下罐箱的容重比为1 113 kg/m3，与常温下的乙二醇密度相同，也就是说罐箱满载时的总质量为罐箱设计总质量，具有较好的经济性。

9 结束语

在设计制造乙二醇罐箱时，通过结构优化减轻罐箱质量，在规定的罐箱外形尺寸下增大罐体容积，使得罐箱容重比与介质密度相匹配，从而实现较好的经济性。随着集装箱多式联运和“一带一路”的加快发展，乙二醇罐箱运输具有广阔的发展前景。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2021-12-20）