摘　要 ：主要介绍了 金属管浮子流量计的设计，分别从罐体设计和框架设计上介绍了设计的要点及注意事项，并提出相关建议，为相关设计者提供参考。

 

    金属管浮子流量计即国际标准罐箱，其可以方便地实现在多种运输工具之间的接驳和倒装，集安全与经济于一体的特点，在化工物流行业大量使用。伴随着化工品物流业务的发展，金属管浮子流量计的需求量越来越大，品种也越来越多，对设计的要求也越来越高。但目前鲜有关于罐箱设计的文章借鉴，极不利用行业的发展。本文主要介绍了 金属管浮子流量计的设计。

 

    1 确定所运输物质

    确定所运输物质是罐箱设计工作的开始。首先要明确罐箱所要运输的介质是什么或提供化学品安全技术说明书（MSDS）。因每一种危化品对应不同的材料腐蚀性能及相应的国际规则要求，决定了罐体材料选择及附件配置要求，如 ：含氯离子介质不能直接接触铁基金属罐体，需要做内衬 ；某些危险或剧毒介质则不允许有低于液位的开孔等。化学介质的腐蚀性能可以查腐蚀数据手册。

 

    2 罐体设计

    2.1 壁厚计算

    选定罐箱所用的材质之后，就可以按照国际海运危险货物规则或其他相关规则的规定，设计计算罐壁厚度。一般按照 ASME Ⅷ -1常规设计分别计算筒体厚度和封头厚度，比较危险货物运输规则中列明的非常低等效钢厚度和非常小允许厚度，选用大者。另外要按照罐箱设计使用年限及腐蚀速率，计算罐箱的腐蚀余量。有效厚度需要用压力试验应力进行校核。有一点需要指出的是 ：计算壁厚时，对于需要较厚的筒体，采用1.0的焊接接头系数对具有较低探伤成本的企业可能会降低制造成本。

 

    2.2 外压计算

    对于 金属管浮子流量计，设计外压一般按照国际海运危险规则的要求来取值，对于不同类别的货物要求罐壳的耐外压能力不同。如对于运输第1类和第3~9类物质的罐式集装箱要求罐壳在装有释放压力不超过 -0.021MPa 安全阀的情况下耐压能力大于0.021MPa，未设置真空安全阀的要求罐壳须能承受至少0.04MPa 的外部压力而不发生yongjiu性变形。外压计算主要是验算罐体的失稳性，在罐体抽真空或外接泵卸料时会造成内外压差，如果此压差较大就可能引起罐体失稳破坏，因此必须对罐体进行外压计算。

 

    2.3 加强圈计算

    对于外压计算不能通过时，可通过设置内部或外部加强圈的方式来提高罐体的耐压能力。加强圈的截面宜设置成组合惯性矩大的形状，若罐体需要保温且保温厚度较薄，则应注意加强圈高度不要超过保温厚度，以避免给保温施工带来困难。对于20尺 金属管浮子流量计的加强圈一般设置为3道，截面形状有梯形、矩形和半圆形，制造厂可根据加工条件选择适用的截面形状。

 

    2.4 开孔补强计算

    罐箱一般都开有人孔、底出料孔、安全阀孔、气相孔、顶出料孔等。由于开孔对筒体的削弱作用，因此需要计算开孔补强。罐箱的开孔相对于罐体内直径来说都不太大，开孔补强按照等面积补强法进行计算。对于筒体自身、凸缘及焊接金属补强不能满足要求的，要设置附加的补强圈。在罐箱行业中，因为阀件配套已相当成熟，开孔的补强设计已经由阀件制造厂完成了，一般开孔补强都是符合要求的，设计时只需要校核就行，不需要重新设计。

 

    2.5 安全阀泄放量计算

    安全阀的设置压力已经在国际海运危险货物规则中列明，由运输货物所对应的罐箱设计导则，可以计算出罐箱安全阀的设置压力。安全阀的泄放能力考虑为 ：当整个罐体包裹在火中时，安全阀的排放能力。因此安全阀的泄放量与罐体的外表面积相关，计算时可以按照国际海运危险货物规则中相关列表进行插值计算，校核安全阀的泄放能力。需要注意的是：加装有防火网的安全阀，泄放量要乘以0.9系数。罐箱所用安全阀也是非常成熟的产品，设计时只需要根据计算选型就可以。

 

    2.6 几点特别补充

    对于某些介质需要配置加热系统，如蒸汽加热，此时需要在罐体内或外加装伴热管 ；有时某些货物运输不能满足安全充装容积的要求，如20%~80%，就需要加装隔板分成单舱容积不大于7 500L 的区间 ；对应设置有岩棉或玻璃棉保温层的不锈钢罐体，一定要控制保温材料中氯离子含量，避免渗入雨水后造成应力腐蚀和晶间腐蚀。

 

    3 框架设计

    罐体设计完成后，就需要设计一个支撑罐体的框架。罐式集装箱的框架有很多种，比如常见的有 ：连接圈式、梁式、鞍式等。所有样式的框架都是为了满足同样的要求 ：即满足1972年《国际集装箱安全公约》和《液体、气体及加压干散货罐式集装箱》标准试验要求。

 

    3.1 堆码试验要求

    堆码试验是验证罐箱在堆垛偏码时，罐箱角柱的承载能力。其加载载荷为单根角柱受压力86 400kg。因而设计时必须保证角柱具有足够的强度、刚度和稳定性，作为非常主要的受力构件，角柱一般采用成型冷轧方管，方管的截面尺寸越大，壁厚越厚越满足条件，但相应的成本也会增加。

 

    3.2 顶吊试验要求

    顶吊试验是验证罐箱由四个顶角件起吊时，框架承受罐内加速载荷情况下的能力。其加载载荷为2倍罐箱额定重量。该试验主要检验顶角件与角柱之间及罐体与框架之间的连接强度。因此，为了满足此项要求，角件与角柱的焊接为全熔透焊缝，角柱两端四周需要加工焊接坡口。而罐体与框架的连接形式较多，一般需要校核焊缝强度，必要时需要借助有限元分析软件做计算，针对此处做强度分析。

 

    3.3 底吊试验要求

    底吊试验是验证罐箱由四个底角件起吊时，框架承受罐内加速载荷情况下的能力。其加载载荷为2倍罐箱额定重量。该试验主要检验罐体与框架的连接强度及底侧梁的刚性。底侧梁作为罐箱的重要部件，设计时要尤其注意，优先选用横轴惯性矩大的截面形状，常用的底侧梁型材有方管和 H 型钢等。

 

    3.4 外部纵向栓固试验要求

    外部纵向栓固试验是验证罐箱在公路或铁路运输时，机车制动情况下框架的承载能力。其加载载荷为2倍罐箱额定质量力。该试验主要检验底侧梁刚性和罐体与框架整体的刚性及底侧梁与角件的连接强度。底侧梁与角件的焊接为全焊透焊缝，罐体设计时重心要尽量放低，以便加大下部结构的整体刚性。为防止底侧梁对端口的应力破坏，必要时需要做局部加强，可采用加强筋板或加强角盒加强。

 

    3.5 内部纵向栓固试验要求

    内部纵向栓固是验证罐箱框架和连接处受到本身纵向加速度影响时的承载能力。其加载载荷为1倍罐箱额定重量。该试验主要检验罐体和框架连接处的强度，因此要求连接件要有足够的截面积，尽量沿罐体轴线呈圆周均匀布置，常见的连接圈结构和梁式结构就是这样的情形。

 

    3.6 内部横向栓固试验要求

    内部横向栓固试验是验证罐箱框架和连接处受到横向加速度时的承载能力。其加载载荷为1倍罐箱额定重量。该试验从另一个角度检验罐体和框架连接处的强度。

 

    3.7 横向刚性试验要求 

    横向刚性试验是验证罐箱承受船舶在航行中所产生的横向挤压的能力，加载载荷为单侧顶角件150kN。该试验主要检验端框的强度和稳定性，因此在端框上常常设置斜撑来确保稳定性。

 

    3.8 纵向刚性试验要求

    纵向向刚性试验是验证罐箱承受船舶在航行中所产生的纵向挤压的能力。加载载荷为单侧顶角件75kN，该试验主要检验罐箱侧面结构的刚性和稳定性，因此顶侧梁和底侧梁也设置有斜撑。在罐体本身直径够大，罐体与框架连接后具有很好的稳定性，可以承受较大的纵向或横向力时，可省去顶侧梁，但此时需要严格校核连接件的强度，以防连接件破坏对罐体造成影响。

 

    3.9 铁路动态冲击试验要求

    铁路动态冲击试验是验证罐箱本身及连接件在机车发生意外撞击时，罐箱整体结构的耐受能力。其加载载荷为1倍罐箱额定重量。运行速度是由绞盘将装载罐箱的机车拉升至某一高度沿轨道下溜得出。该试验从另一个角度检验罐箱的纵向刚性及端框的强度。

 

    4 结语

    金属管浮子流量计的样式多、种类杂，设计时需要考虑周全。罐体和框架是罐箱的根本，是设计首先要做好的内容。罐体设计部分和框架设计部分内容是设计者要重点考虑的内容，总结的经验和提出的建议可供相关从业者参考。