隨著國(guó)際貿(mào)易的高速發(fā)展，罐式磁翻板液位計(jì)作為一種xianjin的運(yùn)輸方式，正在越來越多地用于國(guó)際間的水路、公路、鐵路運(yùn)輸以及這些方式的聯(lián)運(yùn)。冷凍液化氣體罐式磁翻板液位計(jì)是罐式磁翻板液位計(jì)的一種，相對(duì)于之前普遍采用的傳統(tǒng)運(yùn)輸方式，冷凍液化氣體罐式磁翻板液位計(jì)具有安全可靠、運(yùn)輸靈活、快捷方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。在運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸設(shè)備的重容比越小，越有利于降低運(yùn)輸成本、提高運(yùn)輸效率，同時(shí)為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策降低企業(yè)成本，輕型化成為了冷凍液化氣體罐式磁翻板液位計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。低溫容器目前普遍采用奧氏體不銹鋼作為內(nèi)容器材料，而采用室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)可以極大提高奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度，減薄容器壁厚，所以采用應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的冷凍液化氣體罐式磁翻板液位計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。

 

1室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)簡(jiǎn)介

室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)zui早出現(xiàn)在20世紀(jì)中葉的歐洲，距今已有50多年的歷史，近十年來，隨著成功使用的案例和使用中積累的工程經(jīng)驗(yàn)越來越多，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)、美國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)等一些權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)相繼采納應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)設(shè)計(jì)制造奧氏體不銹鋼壓力容器，但對(duì)使用的壁厚進(jìn)行了限制，且只限定在低溫環(huán)境下使用。

奧氏體不銹鋼材料具有良好的塑性，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法將zui大應(yīng)力限定在彈性范圍內(nèi)，只利用了材料的彈性承載能力。而這對(duì)于具有較高抗拉強(qiáng)度和良好塑性，但屈服強(qiáng)度比較低的奧氏體不銹鋼來說，并沒有充分發(fā)揮其塑性承載能力。通過室溫下把奧氏體不銹鋼拉伸到塑性變形，然后再進(jìn)行卸載，當(dāng)再次加載時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變將沿卸載路徑保持彈性增長(zhǎng)，材料的屈服強(qiáng)度得到提高，而塑性下降。直觀的說，也就是犧牲了材料的部分塑性儲(chǔ)備，而換取了較高的屈服強(qiáng)度，這就是室溫應(yīng)變強(qiáng)化的基本原理。

實(shí)際應(yīng)用中，通過室溫下用水對(duì)奧氏體不銹鋼容器進(jìn)行超壓處理，使其產(chǎn)生一定的塑性變形，然后再進(jìn)行泄壓，提高了奧氏體不銹鋼容器的屈服強(qiáng)度，從而提高了許用應(yīng)力。這樣可以明顯地減小材料的厚度，降低容器的自重，實(shí)現(xiàn)冷凍液化氣體罐式磁翻板液位計(jì)的輕量化設(shè)計(jì)，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

 

2冷凍液化氣體罐式磁翻板液位計(jì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

由于罐式磁翻板液位計(jì)運(yùn)輸?shù)奶厥庑裕枰M(jìn)行水路、公路、鐵路及這幾種方式的聯(lián)運(yùn)，因此涉及到的標(biāo)準(zhǔn)比較多，主要需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)如下：

ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范ⅧDiv.1《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》IMDG-CODE《系列1：液體、氣體及加壓干散貨罐式磁翻板液位計(jì)技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》ISO1496-3《1972年國(guó)際磁翻板液位計(jì)安全公約》CSC《一九七二年磁翻板液位計(jì)關(guān)務(wù)公約》CCC

2.2設(shè)計(jì)參數(shù)（例）

主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1主體結(jié)構(gòu)圖

冷凍液化氣體罐式磁翻板液位計(jì)主要由框架、內(nèi)外容器、絕熱層、管道系統(tǒng)、外部閥門儀表箱等構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖見圖1。

3.2內(nèi)容器設(shè)計(jì)

內(nèi)容器的設(shè)計(jì)除了遵守ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范ⅧDiv.1基本要求之外，還必須遵守其強(qiáng)制性附錄44的要求。對(duì)于強(qiáng)制性附錄44總體的要求如下：

（1）應(yīng)在用戶或用戶指定代理商同意的條件下使用。

（2）容器壁厚不得超過30mm。

（3）zui低設(shè)計(jì)金屬溫度不得低于-196℃

（4）zui大設(shè)計(jì)溫度不得超過50℃

（5）僅限于單一直徑的圓筒體，且殼體和封頭應(yīng)具有統(tǒng)一的名義厚度。

（6）焊縫填充金屬的極限拉伸強(qiáng)度不應(yīng)小于焊接接頭中母材的極限拉伸強(qiáng)度。

（7）接管和開孔補(bǔ)強(qiáng)元件按第Ⅱ卷D部分的許用應(yīng)力值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（8）封頭中心處的接管公稱直徑不應(yīng)超過DN200。

（9）除封頭中心處，其他位置的接管公稱直徑不應(yīng)超過DN150。

（10）僅適用于承受內(nèi)壓的容器，而不能用于外壓容器的設(shè)計(jì)。

另外設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）壁厚計(jì)算按ASMEⅧDiv.1進(jìn)行，許用應(yīng)力按強(qiáng)制性附錄44選取。

（2）設(shè)計(jì)計(jì)算可以采用公稱直徑、不必考慮應(yīng)變強(qiáng)化使直徑增大而需要的裕量。

（3）應(yīng)變強(qiáng)化壓力應(yīng)在1.5倍的設(shè)計(jì)壓力和1.6倍的設(shè)計(jì)壓力之間（包括1.5倍和1.6倍）。

（4）成型碟形封頭折邊區(qū)內(nèi)半徑不應(yīng)小于封頭球面部分內(nèi)半徑的10%。

（5）所有對(duì)接接頭應(yīng)進(jìn)行100%射線檢測(cè)或超聲檢測(cè)。

（6）所有接管必須采用全焊透形式。

（7）支座墊板的厚度不應(yīng)超過其所在位置的殼體厚度。

（8）支座墊板與殼體應(yīng)采用全厚度角焊縫焊接。

計(jì)算結(jié)果與非應(yīng)變強(qiáng)化計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表2。

從表2可以看出，采用應(yīng)變強(qiáng)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容器重量明顯減輕，顯著地提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

框架結(jié)構(gòu)主要由角件、前后端框、底部支撐等構(gòu)件組成，外形尺寸和公差符合ISO668：2013《系列1磁翻板液位計(jì)分類、尺寸和額定質(zhì)量》中1CC的要求。由于磁翻板液位計(jì)需要參與水陸聯(lián)運(yùn)，受力工況比較復(fù)雜，所以設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮堆碼及運(yùn)輸工況中所出現(xiàn)的各種慣性力載荷。在zui大允許負(fù)荷下，慣性力載荷按如下考慮：

①（工況1）運(yùn)行方向：兩倍的總質(zhì)量乘以重力引起的加速度（g）；

②（工況2）同運(yùn)行方向成直角的水平方向：總質(zhì)量（如果不能確定運(yùn)行方向，該力等于總質(zhì)量的兩倍）乘以重力引起的加速度（g）；

③（工況3）垂直向上：總質(zhì)量乘以重力引起的加速度（g）；

④（工況4）垂直向下：兩倍總質(zhì)量（包括重力作用的總負(fù)荷）乘以重力引起的加速度。

框架由于受力比較復(fù)查，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用有限元分析軟件Ansys，對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析校核。Ansys是國(guó)際上zuixianjin的大型通用有限元分析軟件之一，已廣泛地應(yīng)用于工程上的各種計(jì)算與分析。它除了可以進(jìn)行一般的結(jié)構(gòu)分析外，還可以進(jìn)行熱分析、流體分析、電/磁場(chǎng)分析等多種物理場(chǎng)分析，以及熱-應(yīng)力分析、電磁-熱分析、流體-結(jié)構(gòu)分析等藕合場(chǎng)分析。該計(jì)算程序已獲得全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的認(rèn)可，可以作為我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算的有限元應(yīng)力計(jì)算與分析軟件。有限元計(jì)算模型單元網(wǎng)格劃分見圖2。

載荷：外容器外表面施加0.1MPa壓力，內(nèi)容器內(nèi)表面施加1.15MPa壓力，慣性載荷按上述工況1~工況4的方式施加；位移邊界條件：下部四個(gè)角件下表面施加全約束。工況1框架上的應(yīng)力云圖見圖3。

依據(jù)IMDGCODE《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》第6.7.2.2.13條，對(duì)低溫罐箱外容器支撐結(jié)構(gòu)和框架進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果見表3。

結(jié)果表明該低溫罐箱結(jié)構(gòu)主體的靜強(qiáng)度和安定性等均能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

3.4管道流程

冷凍液化氣體罐式磁翻板液位計(jì)zui基本的功能還包括裝卸貨物，因此必須根據(jù)冷凍液化氣體的特性設(shè)計(jì)相應(yīng)的管道系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)裝卸功能。管道系統(tǒng)的流程圖如圖4所示。

管道系統(tǒng)主要由充裝卸液管路、增壓回氣管路、氣相管路、安全排放管路、儀表管路等組成。管路均設(shè)置于罐箱側(cè)面的閥門艙內(nèi)。

 

4結(jié)束語

采用應(yīng)變強(qiáng)化設(shè)計(jì)的冷凍液化氣體罐式磁翻板液位計(jì)在自重上明顯輕于常規(guī)設(shè)計(jì)，這非常有利于設(shè)計(jì)輕量化的要求，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。且框架結(jié)構(gòu)經(jīng)有限元分析校核安全可靠、管路設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)了安全與經(jīng)濟(jì)并重、安全與節(jié)約資源并重的制造理念。