摘　要：大直径玻璃钢储罐一般在现场制作，国外的大直径储罐如果现场制作会大幅增加制作成本，失去竞争优势。本文利用玻璃钢基体和增强材料的可设计性，详细介绍了玻璃钢压扁罐的材料选择、工艺制作及应用前景，为大型玻璃钢储罐的制作提出一种新的方法和新的思路。
关键词：玻璃钢储罐；大直径；压扁；制作工艺；力学性能

１　应用现状

　　大直径储罐一般是指直径大于4 m的储罐，传统的大直径储罐一般采用钢板焊接而成，内部贴敷环氧玻璃钢防腐衬或防腐材料，这种储罐存在内衬易脱落、穿孔、使用寿命短、施工困难等缺点，制约了其广泛应用。玻璃钢储罐以树脂为基体，以纤维为增强材料，采用连续缠绕工艺，具有轻质、高强、耐腐蚀、维修费用低等优点，被广泛应用于石油、化工、食品酿造、医药等领域。
　　随着工业的发展，大直径玻璃钢储罐的需求量也在逐年增加，这几年国外市场的需求量更是旺盛，如何降低成本方便运输是占领国外市场的主要因素。玻璃钢的显著特点是可以选择不同的基体材料和增强材料，耐不同介质的腐蚀，并通过调整基体材料和增强材料的配比以及改变玻璃纤维的分布方向进而获得不同力学性能的产品。这种特点使玻璃钢储罐在结构上为扁化提供了可能。将玻璃钢储罐直径暂时压扁至适于运输尺寸的大小，运到现场后，安装工人重新再对储罐进行调整安装，可降低成本，方便运输，为大直径玻璃钢储罐打开国外市场提供了先决条件。

2　压扁罐的设计

　　2011年6月，中意公司应国外客户的需求，制作了一台直径为20英尺，高度为18英尺的玻璃钢储罐，下面详细介绍此罐的设计制作。

2.1　原材料选择
　　玻璃钢压扁罐是将储罐形状压成扁平状。也就是说，储罐可压成椭圆形的，直径中心位置呈束腰形状，类似阿拉伯数字“8”的形状。玻璃钢基体材料和增强材料的种类很多，压扁储罐不仅要求基体具有较高延伸率，用来防止扁化过程中出现裂纹；而且还要与玻璃纤维有效地进行结合，满足储罐使用条件和压扁条件。下面给出不同体系的基体材料和增强材料的性能指标。

　　综合考虑材料的性能和耐腐蚀数据，保证玻璃钢储罐茬篚扁后不出现机械损伤，基体材料选用环氧乙烯基树脂，增强材料选用E玻纤。
2.2　壁厚的选取

　　由于储罐使用环境为室内，所以风载雪载不予考虑。储罐的主应力为储罐内部静液压引起的环向应力和轴向应力。参照ASMERTP  1内压圆筒厚度计算公式，分别计算出储罐环向和轴向的小允许厚度，取较大值，校核地震荷载是否满足。
　　环向和轴向小厚度计算公式分别为：

　　式中，p为静液压，MPa；Di为内径，mm；F为设计安全系数，取10；Nax为圆周方向单位长度上的轴向载荷，N／m；Sa为轴向拉伸应力／MPa；Eh为环向拉伸模量／MPa。经计算储罐壁厚取12 mm。这里，如果储罐的高径比值较大，可考虑阶梯厚度。
2.3　压扁所需载荷

　　玻璃钢压扁罐是一圆形直筒且壁厚均匀的储罐，其刚度值可按管刚度考虑，刚度值的大小决定了压扁载荷的大小。根据GB／T 5352平行板加载试验法，由初始管刚度确定载荷值：

　　式中，SN为初始管刚度，Pa；L为管长度，m；△y为管垂直方向挠曲值，m；C=(1+△y／(2D)³)无量纲。由上式求得载荷值为150 k g。
　　压扁后可恢复是压扁罐设计必须的要求，众所周知，如果材料所受外载在其弹性范围之内，那么压扁恢复后，产品的力学性能不会发生变化。储罐在刚开始“扁”的时候有刚度，压到一定程度以后，刚度变小，甚至没有刚度，即储罐处于完全失稳状态。
　　在压扁的过程中，曲率变小的两个部位受有较大弯矩作用，层间剪切力增大，纤维／树脂的交界面是材料整体薄弱的环节，其性能的变化对材料整体有至关重要的作用，由于玻璃钢层间剪切强度低，这一薄弱环节使得压扁罐不可能“无限扁”。
2.4　制造工艺
　　玻璃钢压扁罐在工厂内生产完成，使用立式纤维缠绕工艺，为了防止变形，截面必须使用具有断裂延伸率较高的树脂制成。这样，在不出现机械损伤的情况下，槽罐被压扁后可恢复原形。
　　其工序主要包括前期准备、设备调试、罐体制作、吊装脱模、装配、包装等。
　　前期准备：主要包括原材料准备，促进剂准备，固化剂准备，并分开放置，做好标识。
　　设备调试：缠绕机安装，校核模具圆周尺寸等。
　　罐体制作：按工艺单输入设计参数，准备好薄膜，按内衬层、结构层依次进行生产，控制要求见管理点控制要求内容。
　　吊装脱模：根据筒身重量选择吊车，制定吊装方案。
　　装配：按图纸及工艺单进行管件及外置钢件的糊制。
　　包装：按要求制作包装架。

3　结束语

　　本文结合中意公司的一出口项目，较为详细地介绍了玻璃钢压扁罐的设计、材料选择和制作工艺。
　　为现场罐的制作提出了一种新的方法。该产品已经安装使用，验证了新方法的诸多优势。随着大直径玻璃钢储罐应用数量的增加，相信压扁罐会引发一场新的革命。