液化石油氣容器過量灌裝危險性分析

1、解決方案示范文本 | Excellent Model Text 資料編碼：CYKJ-FW-614編號：_液化石油氣容器過量灌裝危險性分析審核：_時間：_單位：_液化石油氣容器過量灌裝危險性分析用戶指南：該解決方案資料適用于為完成某項目而進行的活動或努力工作過程的方案制定，通過完善工作思路，在正常運行中起到指導(dǎo)作用，包括確定問題目標和影響范圍、分析問題并提出解決方案和建議、成本計劃和可行性分析、實施和跟進。可通過修改使用，也可以直接沿用本模板進行快速編輯。摘要：建立了液化石油氣容器在充滿狀態(tài)下，升溫導(dǎo)致其膨脹破裂的動態(tài)解析模型。模型考慮容器殼體材料的彈性、塑性變形，適用于容器外殼在塑性變形范圍內(nèi)

2、發(fā)生破裂的問題。結(jié)合算例，對可導(dǎo)致液化石油氣容器外殼破裂的溫升進行了求解。關(guān)鍵詞：液化石油氣；容器；灌裝；危險性分析Risk Analysis for Overfilling LPG VesselYAN Ming-qing¹，  CAO Lin²，  YAN Chang-qing³(1.North China Municipal Engineering Design & Research Institute，Tianjin 300074，China；2.Harbin Institute of Technology，Harbin 1500

3、01，China；3.Henan Communication Planning Survey and Design Institute，Zhengzhou 450052，China)Abstract：A dynamic analytic model of expanding crack of fully filled vessel due to LPG temperature rise is established. The elastic-plastic deformation of the vessel shell is taken into account in the model to

4、 suit for the crack problem of the vessel shell in the plastic deformation range. The solution of temperature rise causing the crack of LPG vessel shell is conducted with a calculation example.Key words：LPG；vessel；filling；risk analysis液化石油氣(LPG)容器(大容積的儲罐或小容積的鋼瓶)都不應(yīng)完全灌裝滿，一般容積灌裝率0.85。容積灌裝率與灌裝時的溫度、LPG的

5、組成和灌裝后可能的溫升等有關(guān)，如能按規(guī)定的容積灌裝率灌裝可保證容器在環(huán)境溫度變化時的安全。一旦過量灌裝，易發(fā)生容積灌裝率達到100%的狀況。液態(tài)LPG的體脹系數(shù)很大(在1020為水的17倍)。完全充滿LPG的容器，在環(huán)境溫度升高的情況下，膨脹的液態(tài)LPG會引起容器殼體發(fā)生很大的應(yīng)變，導(dǎo)致應(yīng)力急劇增大。當應(yīng)力超過容器材料的強度極限時，即引起容器破裂1、2。本文建立LPG容器在充滿狀態(tài)下，升溫導(dǎo)致膨脹破裂的動態(tài)解析模型，其中建立容器殼體材料的彈塑性線性模型，將容器殼體材料塑性階段由屈服極限點到強度極限點的應(yīng)力曲線簡化成斜率為常數(shù)的直線，用于討論容器殼體材料實際發(fā)生在塑性范圍的破裂問題。1 動態(tài)解析

6、模型的建立1.1 容器材料在彈性變形階段的應(yīng)力及應(yīng)變設(shè)LPG容器的容積為y(單位為m³)，裝滿液態(tài)LPG(以下LPG均指液態(tài)LPG)后，在溫升為山(單位為)時，LPG的體積增量為：dVLPG,t=Vdt (1)式中dVLPG,t因升溫LPG體積的增加量，m³LPG體脹系數(shù)，K-1(-1標在右上位置)由于LPG具有壓縮性，因此有：dVLPG,p=-Vdp (2)式中dVLPG,p因壓力增加LPG體積的減少量，m³LPG的壓縮率，Pa-1(-1標在右上位置)dp容器中LPG內(nèi)壓力增加量，Pa在彈性變形階段內(nèi)，容器殼體鋼材的應(yīng)力及應(yīng)變?yōu)椋?#160; 式中在L

7、PG內(nèi)壓下容器殼體應(yīng)力，Pan系數(shù)，圓筒形容器取2，球形容器取1 E容器殼體材料彈性模量，Pa 泊松數(shù) 在LPG內(nèi)壓力下容器殼體應(yīng)變R容器半徑增量，m R圓筒或球形容器半徑，m由式(3)可得： 將式(5)代人式(6)可得：    環(huán)境引起容器中LPG升溫時，LPG體積發(fā)生變化，引起容器容積發(fā)生變化的計算式為：dV=dVLPG,t-dVLPG,p (9)將式(1)、(2)代人式(9)得：  對于圓筒形容器(理想化為圓柱形，高為h，單位為m)：   對于球形容器：得到適用于兩種外

8、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，Pax系數(shù)，圓筒形容器取1，球形容器取2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)力達到屈服極限時的LPG溫度，t充滿時LPG溫度，0容器殼體材料的屈服極限，Pap充滿時LPG內(nèi)壓力，Pa1.2 容器材料在塑性變形階段的應(yīng)力及應(yīng)變?nèi)萜鳉んw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-)，s為材料達到屈服極限時的應(yīng)變。塑性變形階段由屈服極限點S開始，直至斷

9、裂點B，吼為材料達到強度極限時的應(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、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=2.07×10的5次方(原多次方位置應(yīng)該標在右上位置，但word格式不支持) MPa，屈服極限s=330 MPa，強度極限b=490 MPa，=2，m=3，n=1。LPG的體脹系數(shù)僅=2.5×10-3(-3標在右上位置) K-1(-1標在右上位置)，壓縮率=1.38×10-3(-3標在右上位置) Pa-1(-1標在右上位置)，充滿時LPG溫度t=-15，充滿時LPG壓力p=0.114 MPa。經(jīng)計算可得，充滿時LPG容器殼體材料應(yīng)力=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)