1、玻璃钢化工设备设计规定HG/T 20696 -1999 条文说明玻璃钢化工设备具有良好的耐腐蚀性能、承载能力及制作方便等特点，国内已获广泛应用，国外许多先进国家均已制定了有关标准规范。国内近几年引进大量机械缠绕法装备制作纤维缠绕玻璃钢化工设备，并有了很大的发展和应用，制品质量有了很大的提高。为进一步满足石油化工等设计部门要求，本规定是在原CD130A19- 85 子糊法玻璃钢设备设计技术条件基础上，参照国外有关标准、规施和资料编制而戚，现将条文说明如下。1总论1.1 本规定适用于以热固性树脂为基体材料，玻璃纤维为增强材料复合而成的整体玻璃钢化工设备。当设计者采用其它类纤维材料作增强材料时，也可
2、参照本规定。1.2 于糊法施工工艺制作在国内目前虽仍有应用，但随着国内大量机械缠绕法制作玻璃钢化工设备及管道技术的引进，已逐步取代于糊法工艺，因此本规定适用于以缠绕法为主，结合喷射法、模压法(主要用于压制法兰等零部件)的玻璃钢设备设计。本规定不适用于盛装极度危害介质的设备。于糊法在本规定中仅用于制作零部件及接管连接附件之用。71 1.4 设计压力主要是按国内目前实际使用压力而定。对于糊法成型工艺的容器，按玻璃钢储罐标准HG21504.1 HG 21504.2规定负压为一500且，正压为2000Pao机械缠绕法工艺成型的玻璃钢化工设备目前大部分使用压力为0.6MPa。对于生产有压力的玻璃钢设备制
3、造厂，应经有关部门批准认可后，方可生产玻璃钢化工压力容器。1.5 设计温度与使用的树脂种类、固化条件有关。根据国内的实际情况，目前环氧玻璃钢t:;90C，通用型不饱和聚醋玻璃钢t:;60C, 双盼A型t:;110C，乙烯基醋t:;120C。玻璃钢材料的低温性能好，冲击强度随温度下降而上升，根据目前已使用在40C条件下的玻璃钢化工储罐，仍能正常运行，本规定按使用情况制定温度下限为一40C。玻璃钢在易燃、易爆的条件下使用时，应选用相应的自熄性树脂，考核玻璃钢的阻燃性采用氧指数值(即OI值)。建材部门要求大于26，对化工设备在某些重要场合时，应大于30。国内自熄性树脂有反应型阻燃树脂(这类树脂阻燃作
4、用是靠燃烧时在表面形成难燃气体层)及添加型树脂，(受热后能分解HCl或偏磷酸，聚合成为阻燃屏蔽)。应该指出，氧指数值提高后，阻燃性能虽好，但力学性能有所下降，施工可易性差。1.7 定义中各项名称基本参照GB150标准有关说明。1.8 考虑的载荷参照GB150及有关圆筒形钢制焊接储罐设计规程。1.9 设备设计厚度附加量是根据实际生产中由于局部厚度不均匀而附加的量。1.10 安全系数的选择是一个很复杂的问题，它与载荷条件、成型条件、设计条件、材料分散等因素有关。目前国内部分资料中安全系数取8 160美国ASTMD3299标准，取最小的设计安全系数约为5.8，最大的约为12.4;英国BS4994中安
5、全系数K由如下几个部分72 组成:K = 3 X K1 X K2 X K3 X K4 X Ks 式中3一一基本安全系数;K1一一生产工艺影响系数，于糊法取1.5;机械缠绕取1.5;喷射法取1.5;K2一一长期环境影响系数(与强度损失有关)，长期工作时玻璃钢的强度损失不得超过50%，当强度损失为20%，K2 取1.2;当强度损失为50%时，K2取1.50K3一一温度影响系数，取决于树脂的热变形由度及工作:温度，K3取1 1.25; K4一一-交变载荷影响系数，K4取12;Ks一一-固化过程影响系数，经后固化时，K5取1.1，未经后固化时，Ks取1.3，设计温度二三45C时，Ks取1.5 Q 总的
6、安全系数K不得小于80日本FRP协会及FRPSCOOl手糊玻璃钢耐蚀设备产品标准也采用上述方法，且K不小于100瑞典塑料容器规范也采用上述方法。本标准考虑到国内制造现状，机械缠绕取n注10。目前玻璃钢容器设计基本上参照金属容器的等代设计法为主。由于玻璃钢没有明显的屈服强度，故玻璃钢容器壁厚可根据拉伸强度及合理的安全系数来进行计算。关于踱璃钢材料许用应变值的规定，是按照许用应变设计准则的要求。玻璃钢化工容器的失效形式主要是腐蚀渗透和力学破坏O腐蚀渗透破坏主要表现为介质对材料的扩散渗透引起界面脱粘，造成材料鼓泡、分层等破坏，材料一旦存在微裂纹，这样的过程会加剧。73 力学破坏主要是低应力疲劳破坏和
7、环境应力开裂，对于耐腐蚀玻璃钢容器应避免微裂纹产生，以防止介质的渗入破坏是十分重要的。因此，对耐腐蚀玻璃钢储罐应按限制罐壁应变的条件进行设计是合理的，即按许用应变设计准则进行设计，许用应变设计准则的一般形式为max。式中max一一设计载荷下设备的最大应变，%。E一一设计条件下材料的最大允许应变，%。在美国ASTMD3299标准中，许用应变=0.1%。英国BS4994标准中，E=0.1-0.2%。法国NF标准中，当树脂的断裂应变E运0.2%时，e=0.1%;而当E注2%时，E=0.2%。国内对一般腐蚀条件时， = 0.15 % ，对于比较严重的腐蚀条件时，E=0.1 %或0.05%。本规定E取0
8、.1。2材料2.2 坡璃纤维生产中，因其拉丝工艺和纺织加工的需要，一般要用浸润剂进行处理。玻璃纤维浸润剂一般分为纺织型和增强型，由于纺织型浸润剂用得最多的是蜡基类，以这种浸润剂处理的玻璃纤维及织物与树脂的浸润性能极差，因此在制作玻璃钢之前必须进行脱蜡处理。采用增强型浸润剂处理的坡璃纤维表面被复层，既能与玻璃纤维粘接，又能很好地与树脂粘接，因此增强型浸润剂处理过的玻璃纤维及其织物最适合于制造玻璃钢制品，特别是用于缠绕成型的玻璃纤维，必须选用硅烧系列的增强型漫润剂。一般认为，中碱纤维及其织物适用于酸性介质，无碱纤维及其织物适用于碱性介质。但这两种纤维及其织物均不能适用于氢氟酸介质，此时的耐腐蚀层增
9、强材料应选用有机纤维或涤纶布。74 耐腐蚀坡璃钢不同于以强度为主的玻璃钢，其最大特点是采用耐腐蚀复合结构，耐腐蚀内层应由表面毡、短切毡及耐腐蚀树脂所组成。过去国内大部分玻璃钢化工设备没有采用耐腐蚀内层，这是引起耐腐蚀玻璃钢设备渗漏和寿命不长的主要原因。近几年来，国内陆续引进了国外表面毡和短切毡生产技术和成套装置。基本上解决了国内耐腐蚀玻璃钢耐腐蚀层选用短切毡和表面毡的原料问题。2.3 耐腐蚀玻璃钢化工设备中目前应用最多的树脂是环氧树脂和不饱和聚醋树脂，所以本标准中列入这两种树脂。不饱和聚醋树脂施工性能好，使用范围广，是最具有代表性的一种树脂，在耐腐蚀方面应主要选用乙烯基醋树脂、双酣A型不饱和聚
10、醋(国外以DERi气KANE411;470为代表)，国内也以MFE型、W2型、YX型乙烯基醋树脂为主。由于本标准是设计规定，故只对玻璃钢主要原料(树脂和玻璃纤维)提出技术指标要求，对玻璃钢辅助材料仅列出不饱和聚醋树脂常用固化剂。2.5 玻璃钢制品的力学性能影响因素太多，很难用确定的数值来表达。同种材料的玻璃钢制品会因施工工艺、成型方法、操作人员经验、固化条件、现场环境等因素的不同，其力学性能相差甚大。表中所列数值是玻璃钢力学性能最低保证值。美、英、日等国家有关玻璃钢标准中都列有最低力学性能保证值，现列出供设计人员参考使用。通过许多数据调查及有关资料介绍，实际产品的玻璃钢力学性能值均大于表中值。
11、75 3结构3.1 玻璃钢容器壁厚由三层组成:即内层(包括富树脂层、中间层)、结构层、外层。其结构如下图所示。容器壳壁结构示意图1一-富树脂层;2-一中间层;3-结构层;4一外层3.2 本规定所列的玻璃钢容器几种典型的支座结构主要取自国外标准，其中有英国BS4994增强塑料容器和储罐设计和结构上瑞典和其他国外工程公司的规定及结构。3.3 玻璃钢容器的连接主要参照国外标准，其中有美国ASTM03299玻璃纤维缠绕增强热固性树脂耐化学性储罐标准规格及日本等标准，此结构已用于实际生产。3.4 开孔补强的结构参照ASTM03299及日本FRPSOl手糊法玻璃钢耐蚀设备产品标准。3.6 罐底转角结构设计
12、参照ASTM03299等标准。3.7 接管的结构设计参照ASTM03299及其他国家标准。管法兰76 按HG管法兰标准，其他外形尺寸(如圆角尺寸)参照日本FRPSC001等标准。接管装配时所需的剪切粘接长度hs参照美国ASTMD3299标准及其他国家标准，国内不少厂家生产的产品也采用此数值。玻璃钢接管加撑结构参照英国BS4994、美国ASTMD3299及日本FRPS01等标准。进液排液管结构是参照国内外产品中常用结构。3.8 人孔结构设计参照美国ASTMD3299标准，法兰采用带颈法兰，以增加强度与刚度。3.9 不可拆卸连接是参照日本FRPSC001等标准，玻璃钢的剪切性能在玻璃钢结构设计基础
13、中推荐一般取49MPa。3.10 可拆卸连接参照日本FRPSC001及瑞典塑料容器规范。4计算4.1 本规定内压圆筒计算方法，采用中径公式计算，BS4944、ASME对离心法和接触法制成圆筒形壳体的壁厚也采用此公式。国内目前采用中径公式计算壳体壁厚虽为保守、陈旧，但有一定的使用经验。4.3 内压凸形封头的强度设计参照瑞典塑料容器规范及英国BS4994进行编制。4.4 内压锥形封头的强度计算参照德国AD规范编制。4.5 容器开孔补强的计算参照日本FRPSC001等国外标准编制。4.10 法兰强度计算参照GB150中宽面法兰进行计算。对多层贴合板件的抗弯强度与许多条件有关，如无可靠数据，可按日本F
14、RPSC001推荐数据为147MPa，国内不少厂家实测，数据为261-77 236MPa。其法兰安全系数按日本FRPSCOOl推荐n二三8。4.11 平封头及螺栓连接按ASME第X篇进行编制。4.12 平封头、盖和盲法兰上开孔计算按ASME第X篇进行编制。4.13 卧式容器结构参照BS4944标准。4.14 立式储罐的设计参照SH3046石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范等有关焊接储罐标准，同时还参照美国ASTMD3299规施。5 检验要求玻璃钢化工设备产品试验和质量检验方法国内尚未有统一的标准，本节主要参照国内几家主要制造玻璃钢厂的专业标准提出。5.1-5.4 主要参照国内有关企业标准及
15、CD130A19 -85等有关标准条文制定。5.5 参照有关国家标准及坡璃钢性能测试及产品检验等有关资料制定。5.6 参照中国有色总公司ZSW-QG-03规程中有关条文制定。5.7 参照CD130A19 -85规定中有关条文制定。5.8 参照ASME中有关条文制定。78 参考文献(1) CD 130A19 -85手糊法玻璃钢设备设计技术条件上化工部设备设计技术中心站、化工部工程建设标准编辑中心(2) ZSW - QG -03玻璃钢防腐蚀工程施工操作规程，中国有色总公司第五建设公司(3) 玻璃钢成型工艺，中国建筑工业出版社(4) 玻璃钢结构设计基础，中国建筑工业出版社(5) 玻璃钢性能测试及产品
16、检验，中国建筑工业出版社(6) 玻璃钢原材料，中国建筑工业出版社(7) 德国AD压力容器规范，1988.5(8) ASTM D3299玻璃纤维缠绕增强热困性树脂耐化学性储罐标准规格(9) 美国机械工程师学会ASMEX , 1989 (10) 日本FRPS01-85子糊法玻璃钢耐蚀设备产品标准( 11 ) Swedlsh Plastic Vessel COOe , 1983 (12) British Standard Specific在tionfor Design and Construction if Vessels and tanks in reinforced plastics ,BS 4
17、994 - 87 (13) WENERAL SPECIFICATION FOR FRP , Krebs co (14) HAND LAY - UP REINFORCED THERMOSET.PLASTIC(RTP) T ANKS AND EQUIPMENT, DUPONT co (15) 纤维增强塑料(玻璃钢)标准汇篇，中国标准出版社(16) 石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范，中国石油化工总公司(17) GB 150钢制压力容器，中国标准出版社79 责任编辑EI攻刮刀h白肌必也记权印枪川版翻山扩1/FJU也中华人民共和国行业标准玻璃钢化工设备设计规定HG/T 20696 - 1999 食编辑全国化工L程建设标准编辑中心(I化I部I程建设标准编辑中心)( 七点和平Ij:J七m化l大院3号楼)邮政编的.IO()OI3印刷秦皂岛市f印刷丁20()O 1 -l )j
