液化石油氣容器過量灌裝危險性分析
作者：嚴(yán)銘卿1 曹琳2 嚴(yán)長卿3
來源：1.中國市政工程華北設(shè)計研究院 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 3.河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院
評論： 更新日期：2013年05月23日
得到適用于兩種外形容器的計算式：式中m——系數(shù)，圓筒形容器取2，球形容器取3
容器中LPG內(nèi)壓力的計算式為：
式中p——容器中LPG內(nèi)壓力，Pa
x——系數(shù)，圓筒形容器取1，球形容器取2
δ——容器殼體壁厚，m
將式(8)、(15)帶入式(13)并整理積分得到：
式中ts——容器殼體應(yīng)力達(dá)到屈服極限時的LPG溫度，℃
t0——充滿時LPG溫度，℃
σ0——容器殼體材料的屈服極限，Pa
p0——充滿時LPG內(nèi)壓力，Pa
1.2 容器材料在塑性變形階段的應(yīng)力及應(yīng)變
容器殼體鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖1。
彈性變形階段OS的斜率為nE/(n-υ)，εs為材料達(dá)到屈服極限時的應(yīng)變。塑性變形階段由屈服極限點S開始，直至斷裂點B，吼為材料達(dá)到強度極限時的應(yīng)變。設(shè)塑性階段應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為二次曲線，存在如下關(guān)系：
??? 對灌裝率為9的容器，能引起LPG的體積膨脹，先使液態(tài)充滿繼而導(dǎo)致容器破裂的溫升血(單位為℃)的計算式為：
??? △t=△tpre+△tf??????? (31)
??? 需要注意，由于α、κ等參數(shù)與溫度有關(guān)，因此△t、△tpre的計算與起始溫度等條件有關(guān)。
2 算例
??? 已知球罐容積V=400 m3，半徑R=4.6 m，壁厚6=0.030 m，鋼材材質(zhì)為16MnR，彈性模量E=2.07×105 MPa，屈服極限σs=330 MPa，強度極限σb=490 MPa，α=2，m=3，n=1。LPG的體脹系數(shù)僅=2.5×10-3 K-1，壓縮率κ=1.38×10-3 Pa-1，充滿時LPG溫度t0=-15℃，充滿時LPG壓力p0=0.114 MPa。
??? 經(jīng)計算可得，充滿時LPG容器殼體材料應(yīng)力σ0=8.73 MPa。由式(29)計算可得，導(dǎo)致球罐破裂的溫升△tf=8.7℃。
??? 在我國大部分地區(qū)，冬季或夏季的晝夜溫差為10℃左右或更大，可見LPG容器在一天內(nèi)經(jīng)歷10℃以上的溫度變化會是很經(jīng)常的，過量灌裝的危險必然存在。LPG容器過量灌裝極易導(dǎo)致容器破裂，LPG大量外泄，引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。
參考文獻(xiàn)：
[1] 樊元三.液化石油氣儲罐的設(shè)計要點及安全性論證[J].煤氣與熱力，1994，14(4)：24-26.
[2] 丁伯民，蔡仁良壓力容器設(shè)計[M].北京：中國石化出版社，1992.
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