液化石油气容器过量灌装危险性分析
作者：严铭卿1 曹琳2 严长卿3
来源：1.中国市政工程华北设计研究院 2.哈尔滨工业大学 3.河南省交通规划勘察设计院
评论： 更新日期：2013年05月23日
得到适用于两种外形容器的计算式：式中m——系数，圆筒形容器取2，球形容器取3
容器中LPG内压力的计算式为：
式中p——容器中LPG内压力，Pa
x——系数，圆筒形容器取1，球形容器取2
δ——容器壳体壁厚，m
将式(8)、(15)带入式(13)并整理积分得到：
式中ts——容器壳体应力达到屈服极限时的LPG温度，℃
t0——充满时LPG温度，℃
σ0——容器壳体材料的屈服极限，Pa
p0——充满时LPG内压力，Pa
1.2 容器材料在塑性变形阶段的应力及应变
容器壳体钢材的应力-应变曲线见图1。
弹性变形阶段OS的斜率为nE/(n-υ)，εs为材料达到屈服极限时的应变。塑性变形阶段由屈服极限点S开始，直至断裂点B，吼为材料达到强度极限时的应变。设塑性阶段应力-应变关系为二次曲线，存在如下关系：
对灌装率为9的容器，能引起LPG的体积膨胀，先使液态充满继而导致容器破裂的温升血(单位为℃)的计算式为：
△t=△tpre+△tf (31)
需要注意，由于α、κ等参数与温度有关，因此△t、△tpre的计算与起始温度等条件有关。
2 算例
已知球罐容积V=400 m3，半径R=4.6 m，壁厚6=0.030 m，钢材材质为16MnR，弹性模量E=2.07×105 MPa，屈服极限σs=330 MPa，强度极限σb=490 MPa，α=2，m=3，n=1。LPG的体胀系数仅=2.5×10-3 K-1，压缩率κ=1.38×10-3 Pa-1，充满时LPG温度t0=-15℃，充满时LPG压力p0=0.114 MPa。
经计算可得，充满时LPG容器壳体材料应力σ0=8.73 MPa。由式(29)计算可得，导致球罐破裂的温升△tf=8.7℃。
在我国大部分地区，冬季或夏季的昼夜温差为10℃左右或更大，可见LPG容器在一天内经历10℃以上的温度变化会是很经常的，过量灌装的危险必然存在。LPG容器过量灌装极易导致容器破裂，LPG大量外泄，引发火灾爆炸事故。
参考文献：
[1] 樊元三.液化石油气储罐的设计要点及安全性论证[J].煤气与热力，1994，14(4)：24-26.
[2] 丁伯民，蔡仁良压力容器设计[M].北京：中国石化出版社，1992.
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