劉雨

硝酸是具有強(qiáng)氧化性和腐蝕性的一元無(wú)機(jī)強(qiáng)酸，也是重要的化工原料，化學(xué)式為NHO3，分子量為63.01，在工業(yè)上可用于制化肥、農(nóng)藥、炸藥和染料等;此外，濃硝酸與濃硫酸的混合液還是有機(jī)化學(xué)中重要的硝化試劑。硝酸生產(chǎn)地分布廣泛，需要通過(guò)公路運(yùn)輸來(lái)滿足市場(chǎng)需求，并且硝酸具有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)運(yùn)輸容器有較高要求。大連中車(chē)鐵龍集裝化技術(shù)裝備研發(fā)有限公司研發(fā)新型20英尺硝酸罐式集裝箱（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“罐箱”），以應(yīng)對(duì)日益旺盛的硝酸運(yùn)輸需求。本文主要介紹新型20英尺硝酸罐箱的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)組成、分析計(jì)算及試驗(yàn)工況等。

1 硝酸的主要特點(diǎn)

純硝酸為無(wú)色透明液體;濃硝酸為淡黃色液體，有刺激性氣味，易揮發(fā)，在空氣中產(chǎn)生白霧（硝酸蒸氣與水蒸氣結(jié)合而成的硝酸小液滴），能與水形成共沸混合物，相對(duì)密度為1.42 g/cm3，熔點(diǎn)為 42℃

（無(wú)水），沸點(diǎn)為83℃（無(wú)水）。市售普通試劑級(jí)硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%左右，工業(yè)級(jí)濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%。濃硝酸不穩(wěn)定，遇光或熱會(huì)分解放出溶于硝酸的二氧化氮，從而使硝酸外觀帶有淺黃色;稀硝酸相對(duì)穩(wěn)定。

2 新型20英尺硝酸罐箱技術(shù)參數(shù)

新型20英尺硝酸罐箱主要技術(shù)參數(shù)如下：充裝介質(zhì)為硝酸（其特性見(jiàn)表1）;聯(lián)合國(guó)危險(xiǎn)貨物編號(hào)為2031;罐柜導(dǎo)則為T(mén)8;運(yùn)輸方式為公鐵海聯(lián)運(yùn);罐體材料為022Cr17Ni12Mo2;總質(zhì)量為30 480 kg;空箱質(zhì)量為3 050 kg;最大允許充裝量為27 430 kg;最大允許堆碼質(zhì)量為213 360 kg;裝卸方式為上裝下卸;外部尺寸為6 058 mm€？ 438 mm€？2 591 mm;最小容積為21 m3;帶加熱系統(tǒng)和保溫功能;表面采用罐內(nèi)酸洗處理方式;箱頂設(shè)置鋁合金步道。

（1）罐體 罐體主要技術(shù)參數(shù)如下：工作溫度為常溫;設(shè)計(jì)溫度為130℃;最低設(shè)計(jì)金屬溫度為 40℃;工作壓力為常壓;設(shè)計(jì)壓力為0.267 MPa;主要受壓元件材質(zhì)為022Cr17Ni12Mo2;腐蝕裕量為0.2 mm;焊接接頭系數(shù)為1.0;有效容積為21 m3;最大充裝率為93%;耐壓試驗(yàn)壓力為;筒體計(jì)算厚度為5 mm;封頭計(jì)算厚度為。

（2）安全閥 安全閥主要技術(shù)參數(shù)如下：型號(hào)為ZAB46501-00;型式為微啟式;公稱(chēng)壓力為;閥座喉徑為53 mm;整定壓力為0.33 MPa;最小回座壓力為0.3 MPa;最大排放壓力為0.36 MPa;爆破片材質(zhì)為316L不銹鋼內(nèi)襯可溶性聚四氟乙烯;爆破片泄放口公稱(chēng)直徑為65 mm;設(shè)計(jì)爆破壓力為0.38 MPa;壓力表最大量程為1.0 MPa。

（3）氣相閥 氣相閥主要技術(shù)參數(shù)如下：型號(hào)為BG120301R;公稱(chēng)壓力為1.0 MPa;公稱(chēng)直徑為;壓力表最大量程為1.0 MPa。

（4）裝卸附件 裝卸附件（法蘭）主要技術(shù)參數(shù)如下：進(jìn)液口公稱(chēng)直徑為80 mm;出液口公稱(chēng)直徑為80 mm;公稱(chēng)壓力為1.0 MPa。

3 新型20英尺硝酸罐箱結(jié)構(gòu)組成

新型20英尺硝酸罐箱組成部件包括框架、罐體、步道、外包、人孔、加熱系統(tǒng)等（見(jiàn)圖1）。

3.1 框架結(jié)構(gòu)

新型20英尺硝酸罐箱框架為全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由角件、角柱、上下端梁、端斜撐、上下側(cè)梁等組成。

角柱材質(zhì)為Q450NQR1，上下端梁、端斜撐、上下側(cè)梁材質(zhì)為SPA-H，以確保較好的焊接性能和經(jīng)濟(jì)性。框架兩端裝有可拆卸式爬梯，角件采用集裝箱標(biāo)準(zhǔn)角件?？蚣芘c罐體之間采用裙圈連接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)罐體與框架的載荷傳遞?？蚣転楣尴渲饕Y(jié)構(gòu)之一，對(duì)集裝箱整體強(qiáng)度支撐有著重要意義;因此，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是罐箱設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。根據(jù)GB/T 6420―2017《貨運(yùn)掛車(chē)系列型譜》的規(guī)定，集裝箱運(yùn)輸半掛車(chē)承載面高度不高于，新型20英尺硝酸罐箱框架選用1CC型標(biāo)準(zhǔn)集裝箱規(guī)格，從而使公路運(yùn)輸總高不超過(guò)4 m，符合GB/T 1413―2008《系列1集裝箱 分類(lèi)、尺寸和額定質(zhì)量》的規(guī)定。角件選擇依據(jù)GB/T 1835―2006《系列1集裝箱 角件》的規(guī)定。

3.2 罐體結(jié)構(gòu)

新型20英尺硝酸罐箱的罐體采用奧氏體不銹鋼焊接而成，主要由封頭、筒體、端補(bǔ)強(qiáng)圈、外加強(qiáng)圈及裙圈等組成。

封頭采用標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，筒體為圓形，罐體端部通過(guò)裙圈與端斜撐連接，并向外延伸至框架，罐體及封頭材質(zhì)均為022Cr17Ni12Mo2。罐體壁厚、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算和外壓穩(wěn)定性能校核等均嚴(yán)格按照GB 150―2011《壓力容器》的有關(guān)規(guī)定實(shí)施。罐體的制造驗(yàn)收按照NB/T 47064―2017《液體危險(xiǎn)貨物罐式集裝箱》的有關(guān)規(guī)定實(shí)施：對(duì)封頭A類(lèi)焊縫實(shí)施100%無(wú)損檢測(cè)，符合NB/T 47013.11―2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第11部分：X射線數(shù)字成像檢測(cè)》Ⅱ級(jí)要求;對(duì)罐體其他A類(lèi)和B類(lèi)焊接接頭實(shí)施20%射線無(wú)損檢測(cè)，符合NB/T 47013.11―2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第11部分：X射線數(shù)字成像檢測(cè)》Ⅲ級(jí)要求;對(duì)罐體C類(lèi)、D類(lèi)、E類(lèi)焊縫實(shí)施滲透檢測(cè)，符合NB/T 47013.5―2015 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第5部分：滲透檢測(cè)》 I級(jí)要求。產(chǎn)品出廠前對(duì)其進(jìn)行清潔處理，防止鐵離子污染。

影響腐蝕裕量的因素包括介質(zhì)濃度和環(huán)境溫度。依據(jù)NB/T 47064―2017《液體危險(xiǎn)貨物罐式集裝箱》的規(guī)定，設(shè)計(jì)工況下濃硝酸對(duì)S31608不銹鋼參考腐蝕裕量在常溫環(huán)境下不超過(guò)0.05 mm/年，在50℃環(huán)境下為0.05～0.50 mm/年。新型20英尺硝酸罐箱屬于可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，環(huán)境溫度為當(dāng)?shù)卮髿鉁囟?，腐蝕裕量取0.2 mm，設(shè)計(jì)使用壽命為15年。罐體A類(lèi)和B類(lèi)焊接接頭采用雙面全焊透結(jié)構(gòu)。對(duì)封頭拼接焊縫實(shí)施100%射線檢測(cè)，焊接接頭系數(shù)為1.0;對(duì)筒體拼接焊縫實(shí)施20%射線檢測(cè)，焊接接頭系數(shù)為0.85。

3.3 保溫外包結(jié)構(gòu)

新型20英尺硝酸罐箱保溫層采用巖棉材料，筒體外包板和封頭外包板采用玻璃纖維材料。外包板拼接處設(shè)有不銹鋼拉帶，與框架間采用鉚接連接。外包板之間采用搭接形式。為了確保外包板與罐體連接緊密，采用包扎帶對(duì)巖棉進(jìn)行捆扎，捆扎后在巖棉外表面包扎玻璃纖維板。在空間有限處，為了確保外包不超限界，采用玻璃纖維棉代替巖棉。

3.4 加熱系統(tǒng)

新型20英尺硝酸罐箱加熱系統(tǒng)采用蒸汽加熱方式：加熱管道焊接在罐體底部;蒸汽進(jìn)出口均帶蓋，安裝在管道后端下方，并設(shè)置冷凝水排放接口;最大蒸汽壓力為0.4 MPa。為了防止加熱系統(tǒng)遭受應(yīng)力腐蝕，在加熱系統(tǒng)表面噴涂防應(yīng)力腐蝕漆。

3.5 步道結(jié)構(gòu)

新型20英尺硝酸罐箱箱頂防滑步道采用鋁合金材質(zhì)，沿箱頂呈“日”型排布。步道支架采用角鋼支撐，通過(guò)螺栓與框架連接。為了確保操作安全，在步道上安裝扶手：工人上箱操作時(shí)將扶手打開(kāi)，操作結(jié)束后將扶手歸位。

3.6 成品及安全附件

新型20英尺硝酸罐箱配置人孔、頂出料口、安全閥和氣相閥。配套附件均選用知名度較高、質(zhì)量較好的品牌，閥件獲得中國(guó)船級(jí)社出具的合格報(bào)告。為了防止安全閥彈簧腐蝕失效，在安全閥前串聯(lián)爆破片，安全閥與爆破片之間設(shè)置提示爆破片失效的壓力表。

3.7 油漆及標(biāo)記

罐體內(nèi)不涂漆。對(duì)罐體外表面、其余材質(zhì)的型鋼和板材實(shí)施拋丸除銹預(yù)處理，處理后鋼材表面清潔度達(dá)到GB/T 8923.1―2011 《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評(píng)定 第1部分：未涂覆過(guò)的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級(jí)和處理等級(jí)》中Sa2.5級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)，表面粗糙度為30～80 m;拋丸處理后噴涂富鋅底漆，其干膜厚度為10～20 m?？蚣芡獗砻嫱克⒏讳\底漆、中間漆和丙烯酸面漆，厚度分別為30 m、40 m和，干膜總厚度不小于120 m。靜電接地端子不涂刷油漆。為了防止異種金屬間發(fā)生電化學(xué)腐蝕，焊接前在金屬接觸面涂刷可焊性底漆。標(biāo)記和銘牌按客戶要求設(shè)計(jì)和布置，符合中國(guó)船級(jí)社及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。除特殊規(guī)定外，標(biāo)記顏色為黑色。

4 新型20英尺硝酸罐箱分析計(jì)算

大連中車(chē)鐵龍集裝化技術(shù)裝備研發(fā)有限公司依據(jù)中國(guó)船級(jí)社《集裝箱檢驗(yàn)規(guī)范》及硝酸罐箱設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)資料，分析計(jì)算罐箱在各種工況下的結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果滿足要求。分析工況分別為設(shè)計(jì)壓力和靜壓頭工況、設(shè)計(jì)壓力和慣性力工況、試驗(yàn)壓力和靜壓頭工況、加熱管工況、穩(wěn)定性工況;分析計(jì)算的主要依據(jù)為美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（American Society of Mechanical Engineers，ASME）發(fā)布的《壓力容器建造規(guī)則》和《壓力容器建造另一規(guī)則》及《國(guó)際海運(yùn)危險(xiǎn)貨物規(guī)則》;計(jì)算對(duì)象為罐箱箱體結(jié)構(gòu)，采用的軟件為Hypermesh（前處理軟件）和Ansys（后處理軟件）。通過(guò)計(jì)算得出結(jié)論：在正常使用工況下，罐箱上的應(yīng)力均不大于材料的許用應(yīng)力，評(píng)定結(jié)果為合格。

5 新型20英尺硝酸罐箱樣箱試驗(yàn)及檢查

新型20英尺硝酸罐箱樣箱試制完成后，在船級(jí)社監(jiān)造人員的監(jiān)督下，對(duì)樣箱實(shí)施型式試驗(yàn)及沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)滿足GB/T 16563―2017《系列1集裝箱 技術(shù)要求和試驗(yàn)方法 液體、氣體及加壓干散貨罐式集裝箱》及中國(guó)船級(jí)社《集裝箱檢驗(yàn)規(guī)范》的要求。批量生產(chǎn)時(shí)，按照中國(guó)船級(jí)社《集裝箱檢驗(yàn)規(guī)范》的規(guī)定和客戶的要求，實(shí)施指定項(xiàng)目（包括堆碼、吊頂和吊底等）試驗(yàn)。此外，罐箱產(chǎn)品還須通過(guò)尺寸、開(kāi)啟操作等檢查，并貼上相應(yīng)的船檢標(biāo)簽。新型20英尺硝酸罐箱樣箱試驗(yàn)項(xiàng)目及方法見(jiàn)表2。

6 結(jié)束語(yǔ)

新型20英尺硝酸罐箱實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破和創(chuàng)新，在最大程度地滿足客戶運(yùn)輸要求的同時(shí)，大大提升綜合應(yīng)用效益：不僅有效降低硝酸運(yùn)輸?shù)陌b成本，而且提高硝酸公路運(yùn)輸?shù)目煽啃院桶踩?此外，箱頂步道增設(shè)扶手，從而在一定程度上提升罐箱作業(yè)安全性。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2021-12-23）