国外特大型玻璃钢贮罐(储罐)缠绕工艺技术

    玻璃钢贮罐(储罐)具有良好的耐腐蚀性能，在化工防腐领域有很好的应用，缠制特大型玻璃钢贮罐(储罐)一直是玻璃钢业界专注解决的一个工艺技术问题。跟踪国外玻璃钢行业，可以看到国外企业缠制特大型玻璃钢贮罐(储罐)一般采用以下几种工艺方案。

    两种特大型玻璃钢贮罐制作方法

    美国市场已有缠制直径为 15～20m的玻璃钢耐腐蚀贮罐(储罐)，并且已成功地应用于某些侵蚀型的耐腐领域，例如作为浓盐酸大型容器使用。

    由于这些特大型耐腐蚀玻璃钢贮罐(储罐)的几何尺寸都很大，在制作及运输方面都存在不少的难题。国外一般采用两种方法缠绕特大型耐腐蚀贮罐(储罐)。一种是现场缠绕；另一种是异地缠绕，先在生产车间缠制成型，然后再运输到现场进行安装。

    第一种现场缠绕工艺方法，先在现场搭建遮蔽大棚，待壳体缠绕完成后，移走缠绕机，然后进行贮罐(储罐)组装。国外大多数特大型玻璃钢贮罐(储罐)的制造者，均采用“环向缠绕－短切喷射”的制作方法，即玻璃纤维沿环向缠绕，并再在缠绕带部位利用喷射设备，喷射短切纤维及树脂的积层。 如汤动力(Tankinetics)公司，即采用闭环螺旋纤维缠绕工艺。

    第二种 Oblation 缠绕工艺方法，也是汤动力(Tankinetics)公司首先研制开发成功的一项缠绕技术。该公司利用玻璃钢材料具有一定的柔顺性能，在生产车间先缠绕成贮罐(储罐)壳体，在横向施加一定压力后装车运输到使用工地，然后再恢复到原来的圆柱形状，最后装配成所设计的整体特大型玻璃钢贮罐(储罐)。

    特大型玻璃钢贮罐的FEA设计方法

    Tankinetics公司曾承接一项制作直径为25.15m，高度为3.05m，无顶盖的玻璃钢热盐水贮罐(储罐)业务。根据用户的要求，这一特大型贮罐(储罐)，拟采用“镶肩型”结构，即由一个硬质镶肩与一个软质镶肩，相应组合拼装而成。

    由于圆柱壳体的尺寸精度要求很高，必须保证在0.001 R以内(R为圆柱体贮罐(储罐)的半径)，并且其间采用紧配合方式，而不能采用粘结工艺，因而在对这种特殊结构的设计及制作方面，都提出了很严格的要求。若采用常规的设计方法，是很难达到性能的设计要求。基于上述情况，该公司采用了“非线性有限元素分析设计方法”(FEA)，对这种所用材质为各向异性材料，形状又较为复杂的制品，进行了特殊的产品设计方法。

    该公司采用了美国结构研究和分析公司的COSMOS系统，并建立了FEA分析模型。由于“镶肩”结构和壳体均呈轴对称形状，因而该公司对于贮罐(储罐)的底部、“镶肩”、粘结件和壳体等都运用轴对称的，以大型移动平板为元素的设计模型。

    这些有限元素在环向、轴向，或者在径向上，均呈现各向异性的性能。以开口面的模型作为基面，这一开口元素沿镶肩，自下而上地开展，自动设计出基础面和镶肩之间的表面形状。这样的计算方法，经实践证明不但较为切合实际，而且比较准确。

    该套FEA设计方法，还可按预先设定的时间程序，对贮罐(储罐)不同形式受力及其所产生的压力情况进行正确的应力分析。为了计算出由于形变所引起的刚度变化，在每一个时间内，将改变其所用的刚度矩阵。通过计算所得的结果，不仅能表示出所受应力的数值，而且能反映出这种特大型贮罐(储罐)上“硬镶肩”的性能表现情况。据介绍，这种新设计的镶肩结构，至少对三种类型的位移，起到有效的比较重要的效用。

    FEA方法，还可对贮罐(储罐)低位人孔进行应力分析，也可计算出风力和地震所产生的应力的大小。由于人孔处应力较为集中，其周围元素的密度将得到加强，以便改善其计算的准确度。人孔设计模型，将与壳体增强材料、法兰和盖子等，形成一个整体的结构。

    该公司介绍，这种高元素密度的设计方法，也同样适用于其他“镶肩型”的部件。所采用的FEA软件，可应用于多种载荷状态，并可计算出它所受的应力和形变情况。对于风力和地震的情况，在所建的新设计模型中，均作为正向压力处理。由于贮罐(储罐)的直径很大，纵横比例很小，因而在计算地震载荷时，采用API－650方法计算。

 

    由于该类贮罐(储罐)纵横向的比例很小，因此产品设计时，主要考虑液体的静压力，风力或地震均不会对贮罐带来较大的应力或形变。尤其在贮罐(储罐)的底部，几乎全部是由于液体的静压压力，所产生的轴向应力。在贮罐(储罐)底下部位，由于底部镶肩的不连续性，使壳体承受一个轴向的弯曲载荷，因此必须适当增强这个部位的壳体设计。