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摘要：根据市场需求设计了50kg的液化石油气双阀钢瓶，介绍了钢瓶设计的情况。
关键词：设计；计算；双阀钢瓶
引言
为适应工业炉供气用及城镇小区用户液化石油气管道供气的需要，通常采用液化石油气（LPG）瓶组供气的方式，用多个50kgLPG液相钢瓶组合成供气系统。目前50kgLPG液相钢瓶多采用单阀结构，在阀门的进气口处连接一根铜管（或钢管）直插入钢瓶底部，使用时液态的石油气经液相管的底部直接向外输出到气化器进行气化。由于液相管细而长，粗糙度测量仪 http://www.cucaoduceliangyi.com 气站充装时LPG液体在管内流动的阻力很大，导致液相管破裂的现象时有发生；用户使用时随着瓶内液位的下降，液相管内输出的压力也随之降低，导致气化速率下降，影响供气的平衡，显然50kg液化石油气单阀液相钢瓶不能适应工业炉和瓶组站供气的要求。为了克服50kg液化石油气单阀液相钢瓶在结构上的不足，适应供气系统压力的气相/ 液相压力平衡，瓶组站和工业用气单位希望钢瓶制造单位能提供50kg液化石油气双阀液相钢瓶。为适应市场的需求，我公司设计开发了50kg液化石油气双阀（液相阀/气相阀）钢瓶，其型号为YSP118-II型。
1 设计依据与主要技术指标
1.1 设计依据
2000年《气瓶安全监察规程》
GB5842-2005《液化石油气钢瓶》（报批稿）
1.2 主要技术指标
盛装介质：液化石油气
公称容积：118L
LPG允许充装量：≤50kg
工作温度：-40℃～60℃
水压试验压力：3.2MPa
工作压力：2.1MPa
热处理方式：消除应力退火或正火
1.3 设计主要文件
设计任务书：明确使用介质、工作温度、工作压力、容积、主要技术要求；
设计计算书：、设计壁厚、强度计算、刚度校核、容积计算；
设计说明书：设计参数的选择与依据、材料的选择、安全附件的选择、主要生产工艺及检验要求
标准化审查报告：设计应采用标准应符合现行标准的规范；
使用说明书：充装和使用要求、安全操作要点；
设计图样：设计总图、零部件图、主要技术参数、技术要求、试验方法。
2 设计计算
说明：本次除主体材料的牌号由HP325改用HP295，并安装双瓶阀外，其他技术条件与全国液化石油气钢瓶专业委员会设计的《YSP118液化石油气钢瓶全国通用设计文件》（2001年9月国家质检总局审查批准）相同。
2.1 设计参数选取
表1 设计参数选取
基本参数 参数值 选取依据
钢瓶内直径Di Di =400 mm GB5842
水压试验压力Ph Ph=3.2 MPa GB5842
主体钢材牌号 HP295 GB5842 GB6653
材料屈服强度 Rel≥295 MPa GB6653
公称容积 ≥118 L GB5842
气密性试验压力 2.1 MPa GB5842
LPG充装系数 F= 0.42 kg/L 《气瓶安全监察规程》
椭圆形封头形状系数 K=1 GB5842
板材工艺减薄量 ≯板材名义壁厚的8% 根据制造工艺
护罩直径 φ400m
底座直径 φ400mm
设计使用年限 8年 GB5842-2005（报批稿）
2.2 YSP118-Ⅱ型液化石油气双阀钢瓶结构
图1 YSP118-Ⅱ液化石油气双阀钢瓶结构
2.3 钢瓶主体材料选择
选用名义厚度为3.5 mm的HP295钢板为主体材料，其化学成分和机械性能见表2和表3。
表2 化学成分 （%）
材料牌号 C Si Mn S P Als
HP295 0.13～0.18 ≤0.10 0.7～1.5 ≤0.02 ≤0.025 ≥0.015
表3 机械性能
材料牌号 Rel（MPa） Rm （MPa） A（%） 冷弯（180°）
HP295 ≥295 ≥440 ≥26 d＝2a
表中：d-弯心直径；a-试样厚度
2.4 钢瓶附件材料选择
底座：Q235-A
瓶阀座：20号钢
护罩：Q235-A
瓶阀：GB7512标准中的 YSF-1型液化石油气瓶阀
2.5 瓶体壁厚计算
由于主体材料的牌号由HP325改用HP295，因此需要对瓶体壁厚重新计算。
① 瓶体设计壁厚S
钢瓶瓶体设计壁厚取S1和S2中的较大值，向上圆整保留一位小数
∴ 选用瓶体设计壁厚 S=3.2mm
② 瓶体名义壁厚S0
考虑板材厚度的负偏差和拉伸时的工艺减薄量，初选钢板厚度为3.5 mm，且钢板厚度为正公差交货。
a 筒体和封头直边部分名义壁厚计算
钢板厚度负偏差：0 mm
按现有的封头拉伸工艺，封头直边部分厚度只会增加，不会减薄；筒体部分卷圆加工减薄量忽略不计。因此工艺减薄量=0 mm
S0 ≥3.2+0+0=3.2 mm
b 封头曲面部分名义壁厚计算
钢板厚度负偏差：0 mm
工艺减薄量：3.5×8%＝0.28 mm
S0 ≥3.2+0+0.28=3.48 mm
c 瓶体名义壁厚
取上述二者中的较大值，并向上圆整保留一位小数。
∴ 选取瓶体材料名义壁厚S0＝3.5 mm
③ 瓶体刚度校核
S≥(D/250)+1=[(Di+2S)/250]+1=[(400+2x3.5)/250]+1=2.628＜3.2mm
式中：D0-钢瓶外径
∴ 选用设计壁厚S= 3.2 mm 的钢板能够满足瓶体刚度要求。
④ 选用牌号为HP29、名义壁厚S0＝3.5 mm焊接气瓶用钢板，能够满足瓶体的设计要求。
2.6 上封头开孔计算
由于采用双阀结构，上封头开有两孔，用于焊接瓶阀座，两孔直径均为Φ40mm，两孔中心距为160mm（弧长中心距为168mm）。根据GB150标准规定：凸形封头上开孔应布置在以封头中心为中心80%封头内直径的范围内，当两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍时，凸形封头上开孔可允许不另行补强。故本设计的上封头开孔不需要补强。
2.7 其他计算
因为钢瓶结构与原YSP118型钢瓶基本没有改变，故瓶体尺寸、瓶体容积、允许充装量等计算省略,详见全国液化石油气钢瓶专业委员会设计的《YSP118液化石油气钢瓶全国通用设计文件》。
3 主要生产工艺
YSP118-II型钢瓶的瓶体由两个椭圆形封头、底座、瓶阀座和护罩组成，上下封头采用缩口插入式装配，主要焊缝采用自动焊接方法施焊。主要焊缝焊接工艺应符合CJ/32《液化石油气钢瓶焊接工艺评定》规定要求。
护罩焊于上封头顶部，护罩背面压印钢印标记。
钢瓶在全部焊接完成后，进行整体正火或消除应力的热处理，热处理工艺应符合CJ/33《液化石油气钢瓶热处理工艺评定》规定要求。
4 钢瓶制造检验
瓶体的主要焊缝均采用埋弧自动焊；每只钢瓶应进行不少于纵、环缝总长20%的射线照相检验，并包括纵、环焊缝的交接处，按GB17925《气瓶对接焊缝X射线实时成像检验》进行RT无损检测，按JB4730《压力容器无损检测》标准进行焊缝质量评定级别，不低于Ⅲ级为合格；测定钢瓶的重量和容积；每只钢瓶都必须进行耐压试验、气密性试验；以不多于500只为一批，从每批钢瓶中选取机械性能用瓶和水压爆破试验用瓶各一只，进行机械性能和水压爆破试验。钢瓶检验应符合GB5842标准的要求；还需经特种设备监督检验合格并出具监检证书方能出厂。
5 使用说明
5.1 使用说明
液化石油气钢瓶在充装、运输、储存、无损检测资源网使用和检验应严格遵守《气瓶安全监察规程》的规定。详见全国液化石油气钢瓶专业委员会设计的《YSP118液化石油气钢瓶全国通用设计文件》。
YSP118-II型钢瓶使用时注意区分气相瓶阀与液相瓶阀,液相阀的瓶阀座处刻有“YX”钢印标记，以标识为液相阀。
5.2 特别警示
（1） YSP118-II型液化石油气双阀钢瓶只能用于LPG工业用气单位和LPG气化站供气用，不能用于民用供气；
（2） 液相阀只能与气化器或工业炉的管道连接；
（3） 禁止液相阀与减压阀直接连接使用；
（4） 禁止充入氮气加压方法使用钢瓶；
（5） 充气时禁止在充装台上将释放LPG气体及极易导致爆炸事故的违章操作行为。
6 设计文件的鉴定评审
《气瓶安全监察规程》规定，气瓶设计实行设计文件鉴定评审制度。2005年8月我公司完成了YSP118-II液化石油气双阀钢瓶的设计文件的编制，9月送交国家质检总局批准的气瓶设计文件鉴定机构-大连市锅炉压力容器检验研究所进行鉴定评审，11月，大连市锅炉压力容器检验研究所签发鉴定报告，认为我公司的“YSP118-II液化石油气双阀钢瓶的设计文件符合GB5842《液化石油气钢瓶》的有关要求，可以用于YSP118-II液化石油气双阀钢瓶的生产”。现在，我公司已经可以为瓶组站和工业用气单位提供50kg液化石油气双阀液相钢瓶。
7 结语
YSP118-II液化石油气双阀钢瓶设计开发的成功和投放市场，克服了在原YSP118型加一根液相管作为液相瓶在结构上的不足，消除了LPG的充装和输出经由液相管所带来的铜管破裂和供气压力不均衡问题，因此，50kg 双阀钢瓶的适用性和安全性更能满足工业炉供气用及城镇小区用户液化石油气管道供气的需要。
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