LPG钢瓶爆破强度的确定

刘 兵 游 涛 袁小会 陈 刚 张 磊 吴元祥

（1.武汉软件工程职业学院 湖北 武汉：430205；2.武汉工程职业技术学院 湖北 武汉：430080）

LPG（液化石油气）钢瓶是工业生产与人民生活中广泛使用的特种设备，为确保安全，我国制定标准 GB5842《液化石油气钢瓶》［1］，确定其规格，规范其设计、制造与使用。

工程中通常采用中径公式［1－2］计算LPG钢瓶的爆破强度；但对于某些规格LPG钢瓶的爆破强度时，其计算误差比较大［3］。刘小宁等［4－5］、刘兵等［6］、吴元祥等［7］发现，当钢制薄壁内压圆筒容器的长度与内直径之比（长径比）较小时，封头对容器的爆破强度有加强作用；张红卫等［8－9］、周波等［10］发现，当圆筒容器的长径比较小时，封头结构对对容器爆破强度的加强作用有影响。

考虑到LPG钢瓶与薄壁内压圆筒容器的封头结构并不一致，文中基于LPG钢瓶的试验数据，建立了计算LPG钢瓶爆破强度的经验公式，得到区分LPG长、短钢瓶的临界长度计算公式。

1 LPG钢瓶的爆破强度

与薄壁内压圆筒容器类似，当LPG钢瓶的长度与内直径之比较大时，封头对钢瓶筒体爆破强度没有加强作用［4－10］，此时的钢瓶称为长钢瓶，其强度可用中径公式计算［1－2］；当钢瓶的长径比较小时，封头对筒体爆破强度有加强作用，此时的钢瓶称为短钢瓶；短钢瓶的爆破强度与长径比有关，用中径公式计算会有较大的误差。

1.1 长钢瓶的爆破强度

LPG长钢瓶的爆破强度可用中径公式确定：

式中，p1为LPG长钢瓶的爆破强度，MPa；k为筒体径比，k＝1＋2δ／Di；δ为筒体壁厚，mm；Di为筒体内直径，mm；R为筒体材料的抗拉应力，MPa。

1.2 短钢瓶的爆破强度

基于文献［4－10］的研究，可设定短钢瓶的爆破强度的经验公式形式为：

式中，p2为LPG短钢瓶的爆破强度，MPa；L为筒体长度，mm；a，b为经验系数，由试验数据确定。由式（2）可得：

如果通过试验测得LPG短钢瓶的爆破强度p2i和几何参数L、Di，对于组试验数据，有：

根据回归分析［11］，可得到回归系数A与B，根据式（3－2）可得系数a，b的值：

根据式（5）与式（2）得到LPG短钢瓶爆破强度计算公式。

1.3 LPG钢瓶的临界长度

当p1＝p2时，区分LPG长、短钢瓶的临界长度计算公式由式（1）、式（2）可得：

式中，Lcr为钢瓶的临界长度。

由式（6）可知，L＜Lcr为LPG短钢瓶，L＞Lcrr为LPG长钢瓶，L＝Lcrr为LPG临界长度钢瓶。

2 试验数据

2.1 常用LPG钢瓶规格

常用型号LPG钢瓶规格［1］见表1。

表1 LPG钢瓶的常用型号与规格

2.2 试验数据

爆破失效为LPG钢瓶常见失效形式，文献［3］得到材质为SG295的LPG钢瓶爆破强度实测值，见表2。为讨论方便，先将YSP23.5和YSP35.5作为短钢瓶。

表2 SG295钢制LPG钢瓶爆破强度实测值

3 爆破强度

将表1、表2的数据代入公式（4），结果见表3。

由于Xi与Yi成线性关系，将表3中数据导入Origin软件，应用最小二乘法进行线性拟合分析，得到β＝－0.5249，α＝0.3634，根据式（5），得到b＝－0.5249与a＝1.4382；由式（6）有：

表3 分组实验数据Xi、Yi

4 公式的验证与应用

4.1 LPG钢瓶的类型

假设式（9）适用于不同材料制造的LPG钢瓶，将表1数据代入式（9），可得到LPG钢瓶的类型，见表4。

表4 LPG钢瓶的类型

由表4可知，将YSP23.5和YSP35.5的相关数据作为短钢瓶处理是合理的。

4.2 其他材料制造LPG钢瓶的承载特性

采用其他材料制造的LPG钢瓶爆破强度试验数据，验证文中方法的适用性，结果见表5、表6。

由表5与表6可知：1）用不同材料制造的LPG短钢瓶，其爆破强度宜用式（7）计算；2）LPG长钢瓶的爆破强度宜用式（1）计算；因此，用式（8）区分不同材料制造的LPG钢瓶类型是合适的，即表4的结果是合理的。

表5 其他材料制造的LPG短钢瓶爆破强度实测值与计算值比较

表6 LPG长钢瓶爆破强度实测值与计算值比较

5 结论

（1）根据封头对钢瓶爆破强度是否存在加强作用，LPG钢瓶有长、短之分；按中国标准，YSP4.7、YSP12、YSP23.5、YSP26.2与 YSP35.5是LPG短钢瓶，YSP118是LPG长钢瓶。

（2）基于试验数据，建立了计算LPG短钢瓶爆破强度的公式；得到区分LPG长、短钢瓶的临界长度计算公式。

（3）LPG长钢瓶的爆破强度宜用中径公式确定。

［1］GB5842－2006.液化石油气钢瓶［S］.

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