中北大学--玻璃钢卧式储罐课程设计

概述

在当前已经开发的复合材料制品中，玻璃纤维增强树脂基复合材料（俗称玻璃钢）的贮罐占有相当的比重。玻璃钢贮罐有较好的耐腐蚀性和承载能力，与金属贮罐相比，制造工艺比较简单且容易修补，所以，在石油，化工等部门已有逐步替代金属贮罐的趋势。近几年来，我国生产的玻璃钢贮罐已由中小吨位向大吨位发展，最大的玻璃钢贮罐容积已达到3

m 1500。

目前玻璃钢贮罐的设计方法有两种，一种是以强度为标准，在已经的安全系数下，使贮罐的应力小于材料的许用应力；另一种是以变形为标准，使贮罐的应变不超过规定值。在实际产品设计中，由于材料强度极限的数据积累较充分，而且能方便的使用最大应力失效准则及相应的设计标准，所以第一种方法较通用，而应变设计方法在变形需严格控制时才使用。

玻璃贮罐按使用功能与放置场地的不同，可以有多种结构形式。按使用压力不同，有压力贮罐和常压贮罐之分；按形状不同有圆柱形、球形、箱形等结构形式；按置于地面或运输车上有静置贮罐和运输贮罐之分。

由于玻璃钢贮罐具有耐腐蚀性、质量轻、强度高、易制造、运输安装费用低等特点，已广泛应用与化工、石油，造纸、医药、食品、冶金、粮食、饲料等领域。

（1）玻璃钢贮罐化学应用：贮存酸、碱、盐及各类化学用品。 （2）玻璃钢地下油罐：用于汽车加油站代替钢油罐。 （3）玻璃钢运输贮罐：分为汽车运输和火车运输贮罐两种。

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本文着重讨论了卧式玻璃钢贮罐的造型设计、性能设计、结构设计、工艺设计、安装、及检

验等各方面。

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2.性能设计

原材料的选择原则

（）比强度，比刚度高的原则

（）材料与结构的使用环境相适应的原则

】

（）满足结构特殊性能的原则

（）满足工艺要求的原则

（）成本低效益高的原则

树脂基体的选择

树脂的选择按如下要求选取：

（）要求基体材料能在结构使用温度范围内正常工作；

（）要求基体材料具有一定的力学性能；

（）要求基体材料的断裂伸长率大于或者接近纤维的断裂伸长率；

(

（）要求基体材料具有满足使用要求的物理、化学性能；

（）要求基体材料具有一定的公益性。

玻璃钢制品所用的树脂原料有：聚酯、环氧、酚醛、呋喃树脂及改性树脂等。目前可供选择的的树脂主要有两类：一类为热固性树脂，其中包括环氧树脂、聚酰亚胺是指、酚醛树脂和聚酯树脂。连一类为热塑性树脂，如聚醚醚酮、尼龙、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺等。

目前树脂基复合材料中用得较多的基体是热固性树脂，它们有较高的力学性能，但工作温度低。对于需耐高温的复合材料，主要是用聚酰亚胺作为基体材料，目前较新的树脂基体有双马来酰胺、聚醚醚酮等，能满足一般高温的要求，且韧性好，有较大的复合材料强度许用值。

贮罐储存质量分数的硫酸，根据耐酸性，力学性能和经济效益综合考虑，可选用酚醛树脂。

增强材料的选择

目前已有多种纤维可作为复合材料的增强材料，如加各种玻璃纤维、凯夫拉纤维、氧化铝纤维、硼纤维、碳纤维等，有些纤维已经有多种不同性能的品种。

选择纤维类别，是根据结构的功能选取能满足一定的力学、物理和化学性能的纤维。

表1 四种玻璃钢常用树脂特性比较

特性环氧树脂&

聚酯树脂酚醛树脂呋喃树脂

耐酸性

耐碱性

耐水性

耐溶剂性

耐热性

）

机械性能

电气性能

固化时挥发物

固化收缩率

成型压力

最大优点

最大弱点

价格）

较好

较好

最好

一般

较低（125℃）

好

最好

无

￥

小

低→中

机械性能好

不易脱模

高

一般

差

很好

》

差

低（60～120℃）

好

好

无

大

低→中

工艺性好

《

收缩大

低

好

差

很好

好

较高(150℃)

较好

…

好

有

较大

低→高

耐酸

性脆

较低

好

|

好

好

好

高(200℃)

较好

好

有

较大

，

低→高

耐酸耐碱

工艺性差

较低

工程上通常选用玻璃纤维、凯夫拉纤维或者碳纤维作为增强材料。对于硼纤维，由于它的刚度大和直径粗，弯曲半径大，成型困难，所以应用范围收到很大的限制。所以，在生产中一般以玻璃纤维为主。

玻璃纤维价格便宜，性能优异，可以满足储罐的使用要求，增强材料选择玻璃纤维，常用的玻璃增强材料主要有无捻粗纱布、加捻布、短切毡、表面毡、玻璃纤维无捻粗纱和短切玻璃纤维。玻璃纤维按其使用要求分为

(1)E-玻璃纤维，无碱纤维，具有优良的、耐老化性和耐水性。

~

(2)C-玻璃纤维，耐酸性好，耐碱性不如无碱纤维，成本低。

(3)A-玻璃纤维，有碱纤维，含碱量大于12%。

(4)S-玻璃纤维，高强度玻璃纤维，拉伸强度较大。

(5)中碱玻璃纤维，耐酸性好，成本低。

）（6耐碱玻璃纤维，抗碱性较好，主要用于增强水泥制品。 ）（7空心玻璃纤维，纤维中空，弹性模量较高。

表

无碱和中碱纤维的性能对比

种类

耐酸性

耐水性 机械强度 防老化性 电绝缘性 |

成本

浸润性 适合条件

无碱玻璃纤维一般 好

高

较好 ；

好 较高

树脂易浸润

用于强度高的

场合 中碱玻璃纤维好 差 较低 ^

较差

低

低

树脂浸润性差

用于强度低的

场合

储罐用来储存质量分数为

的硫酸，并且有一定的力学承载，以及经济效益综合考虑选

择中碱玻璃纤维，因为中碱玻璃纤维耐酸性好，成本低。

玻璃钢贮罐的结构有四层组成

￥

图

贮罐铺层

内表层； 次表层； 结构层； 外表层。

（）内表层（也称内衬防腐层）

其功能是抵抗介质腐蚀，是防腐蚀的主要组成部分。

防腐蚀的制造方法有两种。一是用玻璃纤维表面粘、有机纤维表面粘或其他增强材料的富树脂层，要求含胶量达到

左右，其厚度为0.25~0.5mm 。二是采用热塑性塑料如聚氯乙烯或橡胶等