摘　要 ：主要介紹了 金屬管浮子流量計的設計，分別從罐體設計和框架設計上介紹了設計的要點及注意事項，并提出相關建議，為相關設計者提供參考。

 

    金屬管浮子流量計即國際標準罐箱，其可以方便地實現在多種運輸工具之間的接駁和倒裝，集安全與經濟于一體的特點，在化工物流行業大量使用。伴隨著化工品物流業務的發展，金屬管浮子流量計的需求量越來越大，品種也越來越多，對設計的要求也越來越高。但目前鮮有關于罐箱設計的文章借鑒，極不利用行業的發展。本文主要介紹了 金屬管浮子流量計的設計。

 

    1 確定所運輸物質

    確定所運輸物質是罐箱設計工作的開始。首先要明確罐箱所要運輸的介質是什么或提供化學品安全技術說明書（MSDS）。因每一種危化品對應不同的材料腐蝕性能及相應的國際規則要求，決定了罐體材料選擇及附件配置要求，如 ：含氯離子介質不能直接接觸鐵基金屬罐體，需要做內襯 ；某些危險或劇毒介質則不允許有低于液位的開孔等。化學介質的腐蝕性能可以查腐蝕數據手冊。

 

    2 罐體設計

    2.1 壁厚計算

    選定罐箱所用的材質之后，就可以按照國際海運危險貨物規則或其他相關規則的規定，設計計算罐壁厚度。一般按照 ASME Ⅷ -1常規設計分別計算筒體厚度和封頭厚度，比較危險貨物運輸規則中列明的非常低等效鋼厚度和非常小允許厚度，選用大者。另外要按照罐箱設計使用年限及腐蝕速率，計算罐箱的腐蝕余量。有效厚度需要用壓力試驗應力進行校核。有一點需要指出的是 ：計算壁厚時，對于需要較厚的筒體，采用1.0的焊接接頭系數對具有較低探傷成本的企業可能會降低制造成本。

 

    2.2 外壓計算

    對于 金屬管浮子流量計，設計外壓一般按照國際海運危險規則的要求來取值，對于不同類別的貨物要求罐殼的耐外壓能力不同。如對于運輸第1類和第3~9類物質的罐式集裝箱要求罐殼在裝有釋放壓力不超過 -0.021MPa 安全閥的情況下耐壓能力大于0.021MPa，未設置真空安全閥的要求罐殼須能承受至少0.04MPa 的外部壓力而不發生yongjiu性變形。外壓計算主要是驗算罐體的失穩性，在罐體抽真空或外接泵卸料時會造成內外壓差，如果此壓差較大就可能引起罐體失穩破壞，因此必須對罐體進行外壓計算。

 

    2.3 加強圈計算

    對于外壓計算不能通過時，可通過設置內部或外部加強圈的方式來提高罐體的耐壓能力。加強圈的截面宜設置成組合慣性矩大的形狀，若罐體需要保溫且保溫厚度較薄，則應注意加強圈高度不要超過保溫厚度，以避免給保溫施工帶來困難。對于20尺 金屬管浮子流量計的加強圈一般設置為3道，截面形狀有梯形、矩形和半圓形，制造廠可根據加工條件選擇適用的截面形狀。

 

    2.4 開孔補強計算

    罐箱一般都開有人孔、底出料孔、安全閥孔、氣相孔、頂出料孔等。由于開孔對筒體的削弱作用，因此需要計算開孔補強。罐箱的開孔相對于罐體內直徑來說都不太大，開孔補強按照等面積補強法進行計算。對于筒體自身、凸緣及焊接金屬補強不能滿足要求的，要設置附加的補強圈。在罐箱行業中，因為閥件配套已相當成熟，開孔的補強設計已經由閥件制造廠完成了，一般開孔補強都是符合要求的，設計時只需要校核就行，不需要重新設計。

 

    2.5 安全閥泄放量計算

    安全閥的設置壓力已經在國際海運危險貨物規則中列明，由運輸貨物所對應的罐箱設計導則，可以計算出罐箱安全閥的設置壓力。安全閥的泄放能力考慮為 ：當整個罐體包裹在火中時，安全閥的排放能力。因此安全閥的泄放量與罐體的外表面積相關，計算時可以按照國際海運危險貨物規則中相關列表進行插值計算，校核安全閥的泄放能力。需要注意的是：加裝有防火網的安全閥，泄放量要乘以0.9系數。罐箱所用安全閥也是非常成熟的產品，設計時只需要根據計算選型就可以。

 

    2.6 幾點特別補充

    對于某些介質需要配置加熱系統，如蒸汽加熱，此時需要在罐體內或外加裝伴熱管 ；有時某些貨物運輸不能滿足安全充裝容積的要求，如20%~80%，就需要加裝隔板分成單艙容積不大于7 500L 的區間 ；對應設置有巖棉或玻璃棉保溫層的不銹鋼罐體，一定要控制保溫材料中氯離子含量，避免滲入雨水后造成應力腐蝕和晶間腐蝕。

 

    3 框架設計

    罐體設計完成后，就需要設計一個支撐罐體的框架。罐式集裝箱的框架有很多種，比如常見的有 ：連接圈式、梁式、鞍式等。所有樣式的框架都是為了滿足同樣的要求 ：即滿足1972年《國際集裝箱安全公約》和《液體、氣體及加壓干散貨罐式集裝箱》標準試驗要求。

 

    3.1 堆碼試驗要求

    堆碼試驗是驗證罐箱在堆垛偏碼時，罐箱角柱的承載能力。其加載載荷為單根角柱受壓力86 400kg。因而設計時必須保證角柱具有足夠的強度、剛度和穩定性，作為非常主要的受力構件，角柱一般采用成型冷軋方管，方管的截面尺寸越大，壁厚越厚越滿足條件，但相應的成本也會增加。

 

    3.2 頂吊試驗要求

    頂吊試驗是驗證罐箱由四個頂角件起吊時，框架承受罐內加速載荷情況下的能力。其加載載荷為2倍罐箱額定重量。該試驗主要檢驗頂角件與角柱之間及罐體與框架之間的連接強度。因此，為了滿足此項要求，角件與角柱的焊接為全熔透焊縫，角柱兩端四周需要加工焊接坡口。而罐體與框架的連接形式較多，一般需要校核焊縫強度，必要時需要借助有限元分析軟件做計算，針對此處做強度分析。

 

    3.3 底吊試驗要求

    底吊試驗是驗證罐箱由四個底角件起吊時，框架承受罐內加速載荷情況下的能力。其加載載荷為2倍罐箱額定重量。該試驗主要檢驗罐體與框架的連接強度及底側梁的剛性。底側梁作為罐箱的重要部件，設計時要尤其注意，優先選用橫軸慣性矩大的截面形狀，常用的底側梁型材有方管和 H 型鋼等。

 

    3.4 外部縱向栓固試驗要求

    外部縱向栓固試驗是驗證罐箱在公路或鐵路運輸時，機車制動情況下框架的承載能力。其加載載荷為2倍罐箱額定質量力。該試驗主要檢驗底側梁剛性和罐體與框架整體的剛性及底側梁與角件的連接強度。底側梁與角件的焊接為全焊透焊縫，罐體設計時重心要盡量放低，以便加大下部結構的整體剛性。為防止底側梁對端口的應力破壞，必要時需要做局部加強，可采用加強筋板或加強角盒加強。

 

    3.5 內部縱向栓固試驗要求

    內部縱向栓固是驗證罐箱框架和連接處受到本身縱向加速度影響時的承載能力。其加載載荷為1倍罐箱額定重量。該試驗主要檢驗罐體和框架連接處的強度，因此要求連接件要有足夠的截面積，盡量沿罐體軸線呈圓周均勻布置，常見的連接圈結構和梁式結構就是這樣的情形。

 

    3.6 內部橫向栓固試驗要求

    內部橫向栓固試驗是驗證罐箱框架和連接處受到橫向加速度時的承載能力。其加載載荷為1倍罐箱額定重量。該試驗從另一個角度檢驗罐體和框架連接處的強度。

 

    3.7 橫向剛性試驗要求 

    橫向剛性試驗是驗證罐箱承受船舶在航行中所產生的橫向擠壓的能力，加載載荷為單側頂角件150kN。該試驗主要檢驗端框的強度和穩定性，因此在端框上常常設置斜撐來確保穩定性。

 

    3.8 縱向剛性試驗要求

    縱向向剛性試驗是驗證罐箱承受船舶在航行中所產生的縱向擠壓的能力。加載載荷為單側頂角件75kN，該試驗主要檢驗罐箱側面結構的剛性和穩定性，因此頂側梁和底側梁也設置有斜撐。在罐體本身直徑夠大，罐體與框架連接后具有很好的穩定性，可以承受較大的縱向或橫向力時，可省去頂側梁，但此時需要嚴格校核連接件的強度，以防連接件破壞對罐體造成影響。

 

    3.9 鐵路動態沖擊試驗要求

    鐵路動態沖擊試驗是驗證罐箱本身及連接件在機車發生意外撞擊時，罐箱整體結構的耐受能力。其加載載荷為1倍罐箱額定重量。運行速度是由絞盤將裝載罐箱的機車拉升至某一高度沿軌道下溜得出。該試驗從另一個角度檢驗罐箱的縱向剛性及端框的強度。

 

    4 結語

    金屬管浮子流量計的樣式多、種類雜，設計時需要考慮周全。罐體和框架是罐箱的根本，是設計首先要做好的內容。罐體設計部分和框架設計部分內容是設計者要重點考慮的內容，總結的經驗和提出的建議可供相關從業者參考。