航天运载火箭燃料供给罐式集装箱的设计计算

回凤娜， 王忠连， 倪建生， 于美娜， 吴云日， 刘阚元， 刘春良

（大连中集物流装备有限公司，辽宁大连116600）

0 引言

一种罐式集装箱是为航天运载火箭供给燃料用，内装的燃料有毒，易燃易爆，危险性高。罐内设计压力1.26 MPa，设计温度65℃，且需要在卫星发射基地进行燃料的运载和转注。

根据以上的承压及运载要求，单一地使用固定式压力容器标准或者可移动罐柜标准去设计，都不能满足要求。因为固定式压力容器标准设计的压力容器无法在场地内运载；可移动罐柜设计标准中又不包含对如此高压设备的设计规则。所以，文中将结合两种标准，即固定式压力容器标准ASMEⅧ-1《压力容器建造规则》［2］和可移动罐柜设计标准IMDG《国际海运危险货物规则》［1］，设计一种突破性的新型的罐式集装箱。然而，因为同时依据两种标准设计，需要理清两种标准对于某些计算部分的不同要求，以遵循设计的安全性和可靠性为原则，对罐式集装箱的强度进行计算及校核。

如下内容将重点阐述在两种不同标准的要求下，对于罐式集装箱的设计思路和方法。此部分也是设计中的重点与难点。

1 罐体壁厚的强度计算

罐式集装箱内装的燃料一种为氧化剂，一种为燃烧剂。根据IMDG《国际海运危险货物规则》［1］中要求，此氧化剂的UN代码所指向的T code（罐柜导则）为T50，此燃烧剂的UN代码所指向的T code为T20。

IMDG标准对于T50的罐式集装箱的要求为适用于非冷冻液化气体，须符合6.7.3相关章节，最大允许工作压力0.7 MPa,液面以下不允许开口，压力释放装置应包括一个弹簧式压力释放装置和其前面的保险片。IMDG标准对于T20的罐式集装箱的要求为需满足6.7.2相关章节，最低试验压力1MPa，最小罐壳厚度8mm，底部不允许开口，压力释放装置应包括一个弹簧式压力释放装置和其前面的保险片。

可以看出，用户要求的罐内设计压力超过了T50要求的最大允许工作压力，其试验压力必然也高于T20要求的最低试验压力。所以，对于罐壁厚度的强度计算不适用IMDG标准中的壁厚计算公式。这样，在设计计算罐式集装箱的壁厚时，就仅依靠ASMEⅧ-1［2］标准中的计算公式来确定。但在计算过程中，对于部分参数的选取，仍需考虑两个标准的不同要求。比如，两个标准中对液压试验压力的要求不同。IMDG中对T20的要求为罐壳的设计和结构须能承受相当于设计压力1.5倍的液压试验压力。而ASMEⅧ-1中要求，除某章节另有规定外，按内压设计的容器应进行液压试验，在液压试验时，任一点的压力至少应等于最大许用工作压力的1.3倍再乘以所制造容器材料的最小应力比值。对本T20的罐式集装箱的设计参数而言，IMDG要求的液压试验压力要大于ASMEⅧ-1要求的液压试验压力。所以，选择数值较大的IMDG要求的液压试验压力来校核罐体的壁厚，这样更能保证罐体的强度及安全性。再如，两个标准中对液压试验下的最大许用应力值的要求也不同。所以，在对壁厚的校核计算中，选用较严格的IMDG标准要求的液压试验压力下的最大许用应力值。在对罐体壁厚的整个计算中，结合两个标准进行设计计算。虽然两个标准对于某些参数的取值有些不同，但可以选取对计算较严格的数值，这样使设计更加合理和安全。

2 安全泄放装置相关设计参数计算

不论承装氧化剂的T50罐式集装箱还是承装燃烧剂的T20罐式集装箱，其安全泄放装置都应包括一个弹簧式压力释放装置和其前面的保险片，即安全阀和爆破片。所以在设计中，需要确定安全阀的整定压力、排量、反映流通面积的喉部直径以及爆破片的爆破压力等。

对于这些参数的计算，选择容易理解并阐述详细的 GB 150.1《压力容器第一部分：通用要求》［3］中的附录B《超压泄放装置》标准，以结合IMDG标准设计。首先，先按GB 150.1的《超压泄放装置》的内容，对这些相关的参数进行计算。根据这些数值，去选择合适的安全阀和爆破片，确定所选安全阀的各项指标参数。然后，再应用IMDG中有关压力释放装置的相关章节，对安全阀的这些指标参数进行反向校核，进一步确定所选安全阀的合理性和安全性。应用两个标准进行先正算再反校核的方式，提高了设计的准确性及适用的广泛性，这样的设计思想和方法值得应用于其他产品和领域。

3 其他计算

对于上封头开孔计算、法兰盖开孔计算等，因IMDG标准未有相关章节的内容，按ASMEⅧ-1中的相关章节计算。综上所述，航天运载火箭燃料供给罐式集装箱在设计计算上主要应用了ASMEⅧ-1《压力容器建造规则》和IMDG《国际海运危险货物规则》两个标准。在不同的设计标准中，需明确不同点，再根据不同点，去选择更加严苛的要求来计算，这样可以保证设计强度及设计的安全性；同时可通过不同标准间正反计算与校核的方式，提高设计的准确性。

［1］ International Maritime Organization.International Maritime Dangerous Goods Code including Amendment 35-10,IMDG 2010 Edition［Z］.

［2］ ASME Boiler and Pressure Vessel Committee on Pressure Vessels.ASME Boiler&Pressure Vessel Code，Section Ⅷ，Division 1：Rules for Construction of Pressure Vessels［M］.New York：ASME,2010.

［3］ 压力容器第一部分：通用要求：GB150.1-2011［S］.