LPG鋼瓶爆破強度的確定

劉 兵 游 濤 袁小會 陳 剛 張 磊 吳元祥

（1.武漢軟件工程職業學院 湖北 武漢：430205；2.武漢工程職業技術學院 湖北 武漢：430080）

LPG（液化石油氣）鋼瓶是工業生產與人民生活中廣泛使用的特種設備，為確保安全，我國制定標準 GB5842《液化石油氣鋼瓶》［1］，確定其規格，規范其設計、制造與使用。

工程中通常采用中徑公式［1－2］計算LPG鋼瓶的爆破強度；但對于某些規格LPG鋼瓶的爆破強度時，其計算誤差比較大［3］。劉小寧等［4－5］、劉兵等［6］、吳元祥等［7］發現，當鋼制薄壁內壓圓筒容器的長度與內直徑之比（長徑比）較小時，封頭對容器的爆破強度有加強作用；張紅衛等［8－9］、周波等［10］發現，當圓筒容器的長徑比較小時，封頭結構對對容器爆破強度的加強作用有影響。

考慮到LPG鋼瓶與薄壁內壓圓筒容器的封頭結構并不一致，文中基于LPG鋼瓶的試驗數據，建立了計算LPG鋼瓶爆破強度的經驗公式，得到區分LPG長、短鋼瓶的臨界長度計算公式。

1 LPG鋼瓶的爆破強度

與薄壁內壓圓筒容器類似，當LPG鋼瓶的長度與內直徑之比較大時，封頭對鋼瓶筒體爆破強度沒有加強作用［4－10］，此時的鋼瓶稱為長鋼瓶，其強度可用中徑公式計算［1－2］；當鋼瓶的長徑比較小時，封頭對筒體爆破強度有加強作用，此時的鋼瓶稱為短鋼瓶；短鋼瓶的爆破強度與長徑比有關，用中徑公式計算會有較大的誤差。

1.1 長鋼瓶的爆破強度

LPG長鋼瓶的爆破強度可用中徑公式確定：

式中，p1為LPG長鋼瓶的爆破強度，MPa；k為筒體徑比，k＝1＋2δ／Di；δ為筒體壁厚，mm；Di為筒體內直徑，mm；R為筒體材料的抗拉應力，MPa。

1.2 短鋼瓶的爆破強度

基于文獻［4－10］的研究，可設定短鋼瓶的爆破強度的經驗公式形式為：

式中，p2為LPG短鋼瓶的爆破強度，MPa；L為筒體長度，mm；a，b為經驗系數，由試驗數據確定。由式（2）可得：

如果通過試驗測得LPG短鋼瓶的爆破強度p2i和幾何參數L、Di，對于組試驗數據，有：

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

根據式（5）與式（2）得到LPG短鋼瓶爆破強度計算公式。

1.3 LPG鋼瓶的臨界長度

當p1＝p2時，區分LPG長、短鋼瓶的臨界長度計算公式由式（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 試驗數據

2.1 常用LPG鋼瓶規格

常用型號LPG鋼瓶規格［1］見表1。

表1 LPG鋼瓶的常用型號與規格

2.2 試驗數據

爆破失效為LPG鋼瓶常見失效形式，文獻［3］得到材質為SG295的LPG鋼瓶爆破強度實測值，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鋼瓶爆破強度實測值

3 爆破強度

將表1、表2的數據代入公式（4），結果見表3。

由于Xi與Yi成線性關系，將表3中數據導入Origin軟件，應用最小二乘法進行線性擬合分析，得到β＝－0.5249，α＝0.3634，根據式（5），得到b＝－0.5249與a＝1.4382；由式（6）有：

表3 分組實驗數據Xi、Yi

4 公式的驗證與應用

4.1 LPG鋼瓶的類型

假設式（9）適用于不同材料制造的LPG鋼瓶，將表1數據代入式（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的相關數據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鋼瓶爆破強度試驗數據，驗證文中方法的適用性，結果見表5、表6。

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

表5 其他材料制造的LPG短鋼瓶爆破強度實測值與計算值比較

表6 LPG長鋼瓶爆破強度實測值與計算值比較

5 結論

（1）根據封頭對鋼瓶爆破強度是否存在加強作用，LPG鋼瓶有長、短之分；按中國標準，YSP4.7、YSP12、YSP23.5、YSP26.2與 YSP35.5是LPG短鋼瓶，YSP118是LPG長鋼瓶。

（2）基于試驗數據，建立了計算LPG短鋼瓶爆破強度的公式；得到區分LPG長、短鋼瓶的臨界長度計算公式。

（3）LPG長鋼瓶的爆破強度宜用中徑公式確定。

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