液化气体汽车罐车结构改进建议及安全性分析

对液化气体汽车罐车局部结构的改进建议

程宇群

陕西省锅炉压力容器检验所

1　前　言

液化气体汽车罐车是我国当前运输液化气体的主要手段之一。由于罐车在设计和制造过程中的不妥给以后的运行和维修带来影响，结合对规程、标准及结构问题的理解，本着方便制造、容易维修的原则，提出一些个人的看法。

2　人孔设置位置

罐车人孔位置有3种：罐体顶部、封头中央和封头下方。从受力分析的角度，顶部人孔的凸缘与罐体的连接焊缝受力极不均匀，与罐体纵轴平行的方向上拉应力最大。设置在封头中央次之。人孔在封头下方的结构，虽然焊缝受力仍不均匀，但焊缝的拉应力最小。从方便检验检修考虑，只要罐内的防波板设置得当，人从罐顶进出罐可以将防波板当成爬梯，出入比较方便；拆装人孔盖时，作业条件好、紧固质量可靠。随着罐车的大型化，从封头中央的人孔进出罐越来越困难，作业条件也比较差。尽管有资料讲人孔设置罐体顶部，会使罐车的重心抬高，不利于罐车的稳定，理论上有影响，实际上影响甚微，几乎可以忽略。如果把人孔设置在封头中央或封头下方，从人性化设计出发，建议设计者应该考虑在罐体内、外部适当的部位增设一些拉手和踏步，便于工作人员进出。

3　防波装置的设计

我们暂且把防波装置定义为起阻尼作用的防波板和一侧与罐体连接，一侧与防波板连接的防波板支架两部分组成。防波板一般用整块薄钢板制作，用螺栓或焊接的方法固定在支架上；支架用角钢煨制，或用一定厚度钢板割制。某厂的支架板侧面还布置有数块加强筋，以提高支架刚度。除薄板制成的支架板与罐体满焊外，其他类型的支架板均为间断焊，间距约100mm，每段焊缝长不足100mm。笔者认为防波装置的设计应从以下几点考虑：

（1）间断焊焊缝长度的计算，不能遵循等强的原则，而应该是超强布置，即焊缝强度一定大于支架强度，且应该在与罐体接触的4个面上都布置焊缝。原因很简单，就是支架与罐体的连接一旦开裂，修复起来很麻烦。某厂的罐车，防波板支架用∟40×4煨制，三面布置间断焊焊缝（图1），在汽车运动方向垂直的一个面上没有布置焊缝。此结构承载能力极差，是焊接结构中首先摈弃的接头形式。检验中就发现有些支架与罐体间已经存在有6～7mm的间隙，相信这决不是设计人员特意保留的。

图1(www.xing528.com)

图2

（2）支架板的强度与连接方式：某厂罐车，用5mm薄板做支架，满焊在罐体上，防波板用螺栓连接。检验中发现8组防波板全部损坏，其中防波板断裂的有2组，5组螺栓孔撕断，或螺栓剪断，最严重的1组是把支架的从根部撕断，仅留下焊缝和不足10mm宽的一段支架板。理论上材料的强度可能是足够的，但使用时情况很复杂。建议厂方将支架用钢板适当增厚，杜绝支架从根部撕断的现象；在防波板螺栓孔处补强，以解决螺栓孔撕断问题。检验中发现，螺栓连接的结构被破坏的几率大于焊接结构，这是因为这种结构非刚性连接部位比较多，在长期运行过程中的冲击力使得螺栓松动，受剪切的螺栓额外的又承受冲击力，使结构过早的失效。相比较而言，焊接结构，加工工艺简单，强度大，应首选。

（3）有加强筋板的结构，筋板正确的安装顺序是先焊接支架板，再装配筋板。如考虑焊接变形也可将支架板和筋板一起装配。不论哪种装配工艺，都应保证支架板与罐体的焊缝为连续焊缝。因为此焊缝是主要受力焊缝。根据钢结构的有关要求，筋板必须加工成图2状，便于主焊缝连续贯通。检验中发现，一些支架和筋板处焊缝交叉在一起，或者是支架板焊缝为避开筋板，而在此处断开。理论上讲，焊缝在此类结构处交叉或断开，存在着较严重的未焊透现象，存在着较大的应力集中。

某厂罐车的支架板，装配时的点固焊缝很小，几乎是一个φ5～6mm的圆点。因为开始施焊时罐体壁温较低，散热条件好，点固焊缝极易产生焊接缺陷。在工作焊缝施焊时，必须将其熔化，否则点固焊时就应有一定焊缝长度。检验中发现，装配时的点固焊缝仍保留在罐体上，这种处理方式不妥。

4　气相管自由端固定方法

常见的固定方法有两类：一类为刚性固定，即在罐体上焊一段角钢，角钢与气相管直接焊在一起；另一类为非刚性固定，即在罐体上焊一段角钢或钢板，在角钢或钢板上加工螺孔，用U形卡固定气相管。也有直接焊1块如图3状的钢板，气相管套在U型环内。不论何种形式，都是将固定物直接焊在罐体上，此法欠妥。

图3

就说焊U型板吧，设计图上U型板的两侧与罐体接触的长度约10mm，如果“U”形加工稍有偏差，（事实上此零件多用边角料气割下料，外形尺寸极不规矩）尺寸偏小的一侧与罐体接触的长度缩短，施焊过程中，稳定的焊接温度场还没有建立就要收弧，易产生焊接缺陷，如咬边等。检验中发现1块U型板一侧满焊，另一侧钢板长度仅剩五六毫米。焊缝收弧处出现φ10mm左右的弧坑，罐体上咬边深达3mm；直接焊在罐体上的角钢，检验中也发现过与罐体完全脱焊的情况。这些问题不处理对安全使用造成影响，处理起来又费事麻烦，如上述的弧坑，补焊后进行了局部热处理，直接增加了成本。如果增加一块垫板，支架焊在垫板上（防波板支架也可按此法处理），上述的事情就变得简单多了，且气相管支架通过垫板与罐体连接，可以使连接处的应力分布进一步趋于合理，避免运行中产生新的缺陷。

（注：该论文发表于《特种设备安全技术》2005年第4期）