T11/L4BN两舱罐式集装箱设计压力的确定
2022-08-03沈红美
沈红美
（中集安瑞环科技股份有限公司，江苏省南通市226003）
液体危险货物罐式集装箱是指由两个基本部分即单个罐体或多个罐体以及框架组成的用于装运液体危险货物的移动式容器。设计压力是罐体设计必须确定的参数之一。其取值直接影响罐体材料的厚度，决定罐箱的安全性及经济性。罐箱技术规范及总图上规定的最大允许工作压力MAWP是指在正常工作(充装、卸料)状态下，罐体顶部测得的不小于以下压力中最高的一个压力值：
a) 在充装、卸料过程中罐体内允许的最大有效压力
b) 以下之和：
1) 介质在65℃(在65℃以上进行充装、卸料或运输时采用最高设计温度)时的绝对蒸气压减去1bar;
2) 罐内顶部气相空间的空气或其它气体的分压，该压力是由气相空间最高温度65℃和由于tr-tf的总平均温度的升高而引起的液体膨胀所决定(tf=充装温度，通常为15℃；tr=50℃)。
一般情况下，最大允许工作压力采用罐箱T code对应的最低试验压力的2/3。根据IMDG国际海运危险货物规则，T11罐箱对应的最低试验压力为6bar。设计压力用于设计处于设计温度下罐体的压力，其目的是确定罐体允许的最小厚度或不同区域的结构特征。本文对T11两舱罐箱的设计压力进行详细说明并予以计算确定。
图1
1 设计技术参数的确定以及参数的定义
最大允许总重Mt 36000kg罐箱自重Ta 4360kg水压试验压力Pt 6bar最大允许工作压力Pd 6*2/3=4bar最大设计外压Pext 0.41bar设计温度-40℃～150℃两舱内容积V1+V2 12.9 m3+12.9 m3罐体内径Di 2413mm前隔舱内总长L1 3200mm后隔舱内总长L2 3139mm在150℃时介质的绝对蒸气压Pvap罐内顶部气相空间的空气或其它气体的分压Pv
由于符合IMDG3.2章及IMDG4.2.5.25条中列明的允许T11罐运输的介质非常多，每一种介质其自身的性质不同，导致其绝对蒸汽压及分压的计算不同，我们不能一概而论地假定其值。从上文最大允许工作压力定义得出：a项压力≤4bar，b项压力=Pvap-1+Pv≤4bar
2 IMDG 6.7章强度计算部分中设计压力确定
按照规范IMDG6.7.2.1，设计压力应不低于以下压力的最高值：
a) 在充装、卸料过程中罐体内允许的最大有效压力
b）以下之和：
1）介质在65℃(在65℃以上进行充装、卸料或运输时采用最高设计温度)时的绝对蒸气压减去1bar；
2) 罐内顶部气相空间的空气或其它气体的分压，该压力是由气相空间最高温度65℃和由于tr-tf的总平均温度的升高而引起的液体膨胀所决定(tf=充装温度，通常为15℃；tr=50℃)；
3)如下所列的动态力引起的等效压力Pdyn，但不小于0.35bar
i在运行方向：总质量的两倍乘以重力加速度g
ii在与运行方向成直角的水平方向上，总质量乘以重力加速度g
iii垂直向上：额定质量乘以重力加速度g
iv垂直向下：额定质量的两倍乘以重力加速度g
c) 可移动罐柜导则中列明的最低试验压力的2/3。
从安全性角度考虑，根据上文IMDG对设计压力定义得出：a项压力=4bar， b项压力=Pvap-1+Pv+Pdyn=4+Pdyn，c项压力=6*2/3=4bar。b项压力＞a项压力=c项压力，所以按6.7章计算的设计压力=b项压力=4+Pdyn（其中当Pdyn≤0.35bar，设计压力=4+0.35=4.35bar；当Pdyn＞0.35bar，设计压力=4+Pdyn）。
如果不知罐箱具体装载介质，装载通用介质时，可按照如下公式算出可装载介质的最大密度。
ρ=(Mt-Ta)/(0.97*(V1+V2))
2.1 筒体的设计内压
在垂直向下方向上Pdyn=2[(Mt-Ta)/0.97*(V1+V2)] gh=0.5986bar＞0.35bar
其中h取罐体内径
设计压力P=4+Pdyn=4+0.5986=4.5986bar。
2.2 封头包含隔舱封头的设计内压
在运行方向上Pdyn=2((Mt-Ta))/(0.97*(V1+V2))gL=0.7938bar＞0.35bar
其中L取L1，L2中大者
设计压力P=4+Pdyn=4+0.7938=4.7938bar。
2.3 筒体、封头的设计外压
设计压力P=Pext=0.41bar
2.4 隔舱封头的设计外压
隔舱封头是前隔舱与后隔舱的公用元件，应考虑两隔舱之间的最大压力差。可考虑一个隔舱装运介质，另一隔舱无介质并承受最大设计外压。
设计压力P=Pd+Pdyn+Pext=4+0.7938+0.41=5.2038 bar
3 ASME强度计算部分中设计压力确定
ASME标准定义的设计压力为罐体每一元件的设计至少应以罐体在正常操作条件时预期的压力(包括在操作位置处共同作用的静压头)和温度共同作用下所产生的最严峻条件来进行。
3.1 罐体包含隔舱封头的最大许用工作内压
罐体的设计压为罐体顶部的最大允许工作压力加上液柱静压力。罐体里面液体充装的总高度可以称为液柱总高度，此液柱产生的压力就是液柱静压力。
液体静压力=ρgh
其中：h取罐体内径
设计压力P=Pd+ρgh=4+0.2993=4.2993bar
3.2 在常温水压情况下，因装载介质为水，所以罐体包含隔舱封头的内压为：
P=Pt+ρ水gh=6+0.2367=6.2367bar
4 EN14025 6.8章强度计算部分中设计压力确定
EN14025标准定义正常工作条件下以下压力中取大值：
a) MAWP最大允许工作压力
b) 以下之和：
1) 在50℃ (设计温度＞50℃时采用设计温度)时介质的绝对蒸气压减去1bar；
2) 如下所列的动态力引起的等效压力，但不小于0.35bar
i在运行方向：总质量的两倍乘以重力加速度g
ii在与运行方向成直角的水平方向上，总质量乘以重力加速度g
iii垂直向上：额定质量乘以重力加速度g
iv垂直向下：额定质量的两倍乘以重力加速度g
a项压力=Pd，b项压力=Pvap-1+Pdyn
同样，由于符合ADR L4BN的介质非常多，每一种介质其自身的性质不同，导致其绝对蒸汽压及分压的计算不同，我们不能一概而论地假定其值。从安全角度考虑，取设计压力=b项压力=a项压力=4bar，反算出可适合装载介质的最大绝对蒸气压Pvap。
Pvap=Pd-Pdyn+1=4-0.7938+1=4.2062bar
当罐箱操作人员装载介质时需保证介质在1 5 0℃ (设计温度＞5 0℃)时的绝对蒸汽压≤4.2062bar。
4.1 筒体，封头包含隔舱封头的设计内压
设计压力P=Pd=4bar
4.2 筒体、封头的设计外压
设计压力P=Pext=0.41bar
4.3 隔舱封头的设计外压
隔舱封头是前隔舱与后隔舱的公用元件，应考虑两隔舱之间的最大压力差。可考虑一个隔舱装运介质，另一隔舱无介质并承受最大设计外压。
设计压力P=Pd+Pext=4+0.41=4.41bar
5 结束语
综上所述，不同标准的设计压力定义不同，从而所得设计压力取值不同。
(1) 按IMDG 6.7章定义，由于不知具体装载介质，从安全角度考虑， T11罐箱的筒体及封头的设计内压=Pd+Pdyn；筒体及封头的设计外压=Pext；隔舱封头的设计外压=Pd+Pdyn+Pext。
(2)按A S M E标准定义，罐体的设计压力=Pd+ρgh；水压试验的设计压力=Pt+ρ水gh。
(3)按EN14025定义，由于不知具体装载介质，从安全角度考虑，L4BN罐箱的筒体及封头的设计内压=Pd（需保证实际装载介质的绝对蒸气压不超过反算值）；筒体及封头的设计外压=Pext；隔舱封头的设计外压=Pd+Pext。
