基于UG对卧式聚丙烯储罐壁厚设计的校核

邱伟平* 姚吉飞 许淳建

（杭州新安江工业泵有限公司）

1 卧式储罐及聚丙烯特点

由于化工、医药、冶金、矿山、环保及新能源等行业不断发展，生产过程中物料常为酸性或弱酸性盐等腐蚀性介质，对储存设备的材质有较高要求，不仅要能防腐蚀，同时还要具备足够的机械强度，并要有较长的使用年限。

整台设备全部采用塑料聚丙烯（PPH）材料制作，罐体采用整体缠绕成型。聚丙烯材料能耐一般酸碱盐，具有制作周期短，机械强度高，耐腐蚀性能强，成本适宜，使用寿命长等特点。

目前罐体整体缠绕的生产方式较为先进，材料为中国石化北京燕山分公司提供的PPH（牌号PPH-176），由质检单提供的主要性能指标可见表1。

2 PPH缠绕卧式储罐设计

以常用的8 m3卧式储罐为例，其基本尺寸为DN1 800 mm×3 100 mm，材质为PPH，罐体加工方式为整体缠绕，封头采用整体注塑成型，使用温度为50 ℃，物料为硫酸盐，物料比重为1.3 g/cm3，结构设计如图1 所示。

表1 PPH主要性能指标

图1 设备结构设计图（单位：mm）

常见卧式储罐受力弯矩为中间处为M1和支座处的M2，如图2 所示，从使用情况分析，受力最大的是罐体中间处的应力σ1和罐体支座处的应力σ2，可见图1。

图2 储罐受力弯矩图

2.1 设计计算

2.1.1 罐体壁厚计算

设备强度的解决方法有很多，比如增加立脚数量、增加加强圈的数量和结构、增加罐体壁厚等。在实际使用中，更换现场罐子情况较多，故本文讨论的是在不改变结构的基础上，增加罐体壁厚δ来解决问题的方法。需要重新设计筒体厚度δ，按标准材料厚度规格逐级核算，再次通过上述公式重新计算和校核，直到其满足许用应力要求为止。

2.2 基于UG进行的模拟受力分析后的变形位移量S

图3 为UG 软件里对罐子结构的三维模型。图4为UG 软件里的罐子分析前的网格化设置。

图3 罐体模型

图4 罐体模型风格化

图5 是壁厚为12 mm 时，软件UG 分析的各网格位移量S。

图5 壁厚为12 mm时，各网格位移量

从UG 的受力分析后的位移量S来看，罐体顶部中间段位移量最大，为9.90 mm。根据GB/T 25197—2010《静置常压焊接热塑性塑料储罐（槽）》规定，最大挠度（位移量）应不大于相应槽壁厚度的1/2，即Smax≤1/2δ，所以该结构的机械强度不能满足设备使用要求。

图6 是壁厚为18 mm 时，UG 分析各网格的实际位移量。

图6 壁厚为18 mm时，各网格位移量

图图6 可知，最大位移量Smax=5.67 mm，罐体壁厚δ=18 mm，Smax（5.67 mm）＜9 mm，故该厚度可满足罐体的使用要求。

3 结论

通过核算设备最大受力点的许用应力来设计罐体壁厚，然后经UG 软件对网格化后罐体各点的位移量进行分析，从而校核罐体壁厚对设计结果的符合性和设备使用的安全性，验证罐体的整体强度。该校核说明了设计计算的结果和UG 软件分析得到的结果是一致的。