LPG鋼瓶爆破強(qiáng)度的確定

劉 兵 游 濤 袁小會(huì) 陳 剛 張 磊 吳元祥

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢：430205；2.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080）

LPG（液化石油氣）鋼瓶是工業(yè)生產(chǎn)與人民生活中廣泛使用的特種設(shè)備，為確保安全，我國制定標(biāo)準(zhǔn) GB5842《液化石油氣鋼瓶》［1］，確定其規(guī)格，規(guī)范其設(shè)計(jì)、制造與使用。

工程中通常采用中徑公式［1－2］計(jì)算LPG鋼瓶的爆破強(qiáng)度；但對(duì)于某些規(guī)格LPG鋼瓶的爆破強(qiáng)度時(shí)，其計(jì)算誤差比較大［3］。劉小寧等［4－5］、劉兵等［6］、吳元祥等［7］發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼制薄壁內(nèi)壓圓筒容器的長度與內(nèi)直徑之比（長徑比）較小時(shí)，封頭對(duì)容器的爆破強(qiáng)度有加強(qiáng)作用；張紅衛(wèi)等［8－9］、周波等［10］發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓筒容器的長徑比較小時(shí)，封頭結(jié)構(gòu)對(duì)對(duì)容器爆破強(qiáng)度的加強(qiáng)作用有影響。

考慮到LPG鋼瓶與薄壁內(nèi)壓圓筒容器的封頭結(jié)構(gòu)并不一致，文中基于LPG鋼瓶的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了計(jì)算LPG鋼瓶爆破強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式，得到區(qū)分LPG長、短鋼瓶的臨界長度計(jì)算公式。

1 LPG鋼瓶的爆破強(qiáng)度

與薄壁內(nèi)壓圓筒容器類似，當(dāng)LPG鋼瓶的長度與內(nèi)直徑之比較大時(shí)，封頭對(duì)鋼瓶筒體爆破強(qiáng)度沒有加強(qiáng)作用［4－10］，此時(shí)的鋼瓶稱為長鋼瓶，其強(qiáng)度可用中徑公式計(jì)算［1－2］；當(dāng)鋼瓶的長徑比較小時(shí)，封頭對(duì)筒體爆破強(qiáng)度有加強(qiáng)作用，此時(shí)的鋼瓶稱為短鋼瓶；短鋼瓶的爆破強(qiáng)度與長徑比有關(guān)，用中徑公式計(jì)算會(huì)有較大的誤差。

1.1 長鋼瓶的爆破強(qiáng)度

LPG長鋼瓶的爆破強(qiáng)度可用中徑公式確定：

式中，p1為LPG長鋼瓶的爆破強(qiáng)度，MPa；k為筒體徑比，k＝1＋2δ／Di；δ為筒體壁厚，mm；Di為筒體內(nèi)直徑，mm；R為筒體材料的抗拉應(yīng)力，MPa。

1.2 短鋼瓶的爆破強(qiáng)度

基于文獻(xiàn)［4－10］的研究，可設(shè)定短鋼瓶的爆破強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式形式為：

式中，p2為LPG短鋼瓶的爆破強(qiáng)度，MPa；L為筒體長度，mm；a，b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。由式（2）可得：

如果通過試驗(yàn)測得LPG短鋼瓶的爆破強(qiáng)度p2i和幾何參數(shù)L、Di，對(duì)于組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，有：

根據(jù)回歸分析［11］，可得到回歸系數(shù)A與B，根據(jù)式（3－2）可得系數(shù)a，b的值：

根據(jù)式（5）與式（2）得到LPG短鋼瓶爆破強(qiáng)度計(jì)算公式。

1.3 LPG鋼瓶的臨界長度

當(dāng)p1＝p2時(shí)，區(qū)分LPG長、短鋼瓶的臨界長度計(jì)算公式由式（1）、式（2）可得：

式中，Lcr為鋼瓶的臨界長度。

由式（6）可知，L＜Lcr為LPG短鋼瓶，L＞Lcrr為LPG長鋼瓶，L＝Lcrr為LPG臨界長度鋼瓶。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1 常用LPG鋼瓶規(guī)格

常用型號(hào)LPG鋼瓶規(guī)格［1］見表1。

表1 LPG鋼瓶的常用型號(hào)與規(guī)格

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

爆破失效為LPG鋼瓶常見失效形式，文獻(xiàn)［3］得到材質(zhì)為SG295的LPG鋼瓶爆破強(qiáng)度實(shí)測值，見表2。為討論方便，先將YSP23.5和YSP35.5作為短鋼瓶。

表2 SG295鋼制LPG鋼瓶爆破強(qiáng)度實(shí)測值

3 爆破強(qiáng)度

將表1、表2的數(shù)據(jù)代入公式（4），結(jié)果見表3。

由于Xi與Yi成線性關(guān)系，將表3中數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin軟件，應(yīng)用最小二乘法進(jìn)行線性擬合分析，得到β＝－0.5249，α＝0.3634，根據(jù)式（5），得到b＝－0.5249與a＝1.4382；由式（6）有：

表3 分組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Xi、Yi

4 公式的驗(yàn)證與應(yīng)用

4.1 LPG鋼瓶的類型

假設(shè)式（9）適用于不同材料制造的LPG鋼瓶，將表1數(shù)據(jù)代入式（9），可得到LPG鋼瓶的類型，見表4。

表4 LPG鋼瓶的類型

由表4可知，將YSP23.5和YSP35.5的相關(guān)數(shù)據(jù)作為短鋼瓶處理是合理的。

4.2 其他材料制造LPG鋼瓶的承載特性

采用其他材料制造的LPG鋼瓶爆破強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證文中方法的適用性，結(jié)果見表5、表6。

由表5與表6可知：1）用不同材料制造的LPG短鋼瓶，其爆破強(qiáng)度宜用式（7）計(jì)算；2）LPG長鋼瓶的爆破強(qiáng)度宜用式（1）計(jì)算；因此，用式（8）區(qū)分不同材料制造的LPG鋼瓶類型是合適的，即表4的結(jié)果是合理的。

表5 其他材料制造的LPG短鋼瓶爆破強(qiáng)度實(shí)測值與計(jì)算值比較

表6 LPG長鋼瓶爆破強(qiáng)度實(shí)測值與計(jì)算值比較

5 結(jié)論

（1）根據(jù)封頭對(duì)鋼瓶爆破強(qiáng)度是否存在加強(qiáng)作用，LPG鋼瓶有長、短之分；按中國標(biāo)準(zhǔn)，YSP4.7、YSP12、YSP23.5、YSP26.2與 YSP35.5是LPG短鋼瓶，YSP118是LPG長鋼瓶。

（2）基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了計(jì)算LPG短鋼瓶爆破強(qiáng)度的公式；得到區(qū)分LPG長、短鋼瓶的臨界長度計(jì)算公式。

（3）LPG長鋼瓶的爆破強(qiáng)度宜用中徑公式確定。

［1］GB5842－2006.液化石油氣鋼瓶［S］.

［2］GB 150－2011，壓力容器［S］.

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