液化二甲醚气瓶的设计与标准.doc

液化二甲醚气瓶的设计与标准2007-2-9分享到： QQ空间 新浪微博 开心网 人人网 摘要：二甲醚(Dimethyl ether DME)作为一种新的清洁燃料其性质与液化石油气(LPG)相似，液化后盛装于钢制气瓶中，便于储存、运输和使用；介绍了液化二甲醚气瓶标准(初稿)的主要内容及二甲醚气瓶的设计。 关键词：二甲醚；气瓶；设计；标准Abstract:The properties of Dimethl ether as new clean fuel is similar with liquefied petroleum gas. The liquefied Dimethyl ether fill in cylinder，easy to store transport and use. Introduce the content of the Liquefied Dimethyl Ether Cylinders draft and the devise of liquefied dimethyl ether.Keywords：dimethyl ether cylinder devise standard1、液化二甲醚气瓶标准的由来 二甲醚(Dimethyl ether DME)是一种无色、易燃、易液化、无毒气体，在常温、常压下为气体，压力下为液体。作为一种新型清洁燃料，二甲醚燃烧热值高，分子中含氧,燃烧性能良好,燃烧后无黑烟，CO、NO排量低；二甲醚组份单一，无残液，燃烧废气无毒，符合卫生标准。液化二甲醚性质与液化石油气(LPG)相似，用承压钢制气瓶盛装,储运安全，使用方便,可替代LPG作为瓶装民用燃料，也可经过改装取代汽油作车用燃料，因此，二甲醚作为替代能源其使用前景受到广泛关注。 由于液化二甲醚的饱和蒸气压低，储运方式采用瓶装或管道输送是安全的，尤其是采用瓶装更加经济实惠和方便灵活。由于目前尚未有液化二甲醚气瓶标准和有专用的液化二甲醚气瓶，在一些较早使用二甲醚的地方,出现了用液化石油气瓶来充装液化二甲醚的情况，这是不可取的。因为液化二甲醚与液化石油气毕竟是两种不同性质的液化气体，如果两种气体混用于一种气瓶，必然会给使用和安全管理带来混乱。为了加强二甲醚的充装、储运和使用的规范管理，国家质检总局要求全国气瓶标准化技术委员会液化石油气瓶标准技术分委员会组织调研，根据气瓶安全监察规程编制液化二甲醚气瓶国家标准,并要求气瓶在直径、外形和颜色上与现在的液化石油气气瓶有所区别。2、气瓶安全监察规程的有关规定 国家质检总局颁发的气瓶安全监察规程是我国关于气瓶管理的技术法规，适用于正常环境温度(-4060)下使用的、公称工作压力为1.030MPa、公称容积0.43000L的各种气体的气瓶。规程是气瓶安全的基本要求,气瓶的设计、制造、充装、运输、储存、经销、使用和检验等环节，均应符合规程的规定。 规程规定：气瓶的水压试验压力一般为公称工作压力的1.5倍：气瓶的公称工作压力，对于盛装液化气体的气瓶,系指温度为60时瓶内气体压力的上限值。制造气瓶的主体材料应符合相应的国家标准的规定，还应符合相关气瓶产品标准对材料的要求。3、二甲醚的性质 二甲醚，无色易燃、易液化、含氧气体，燃烧时火焰略带光亮。具有轻微的醚香味,具有隋性、无腐蚀性，无毒性,过量接触会有轻微刺激和麻醉作用。分子式(CH3)2O，结构式CH3OCH3，摩尔质量46.07，相对密度1.617(空气=1)。熔点-138.5，闪点-41,沸点-25。临界压力538kPa，临界温度128.8，临界密度0.217g/ml。空气中爆炸极限3.4526.7(体积)，汽化潜热467kJ/kg(20时)，低位发热值28.9MJ/kg，理论空气系数6.96。 3.1 二甲醚主要物理特性 表1 二甲醚主要物理特性温度()饱和蒸汽压(KPa)饱和液体密度(Kg/m3)饱和蒸汽密度(Kg/m3)15443.065662.808226.60720515.400655.180198.05840897.315622.540113.293601458.004585.56969.9362701819.110564.85761.6046 说明：二甲醚主要物理特性由西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室提供。4 GB液化二甲醚气瓶标准(初稿)简介 标准规定了液化二甲醚气瓶的型式、材料、设计、制造、试验方法、检验规则、标志、包装、贮运和使用年限等要求。 4.0 前言 在标准前言中规定，按本标准设计、制造的液化二甲醚气瓶可作为民用气瓶、工业用气瓶和车用气瓶。标准中有关车用气瓶的技术要求用仿宋体字标出。由于二甲醚气体的性质与液化石油气相近，标准关于焊接工艺评定、热处理工艺评定等方法参照采用液化石油气气瓶的有关规定。 4.1 范围 标准适用于在正常环境温度(-40+60)下使用的，水压试验压力为2.25MPa，公称容积不大于1000L，可重复盛装液化二甲醚的钢质焊接气瓶。 正常环境温度(-40+60)是根据我国地理位置和冬夏气温所决定的。 公称工作压力在60时瓶内二甲醚的饱和蒸汽压是1.458MPa，根据规程的规定，取二甲醚气瓶的公称工作压力为1.5MPa。 水压试验压力根据规程的规定，水压试验压力为公称工作压力的1.5倍，取二甲醚气瓶的水压试验压力为2.25MPa。 公称容积不大于1000L公称容积不大于1000L已可以满足液化二甲醚气瓶在不同情况下的使用要求。 可重复盛装根据设计计算,在正常使用条件下，气瓶经多次可重复盛装不会发生塑性变形，因此液化二甲醚气瓶可重复盛装使用。 液化二甲醚在正常温度(20)下,瓶内二甲醚的饱和蒸汽压为0.515MPa时，二甲醚已经液化；液化后二甲醚的体积大大缩小，便于储存和运输。 钢质焊接气瓶液化二甲醚气瓶是一种移动式的压力容器，用焊接气瓶专用钢材制造，可大大提高气瓶承受的内压力和使用寿命;由于二甲醚气瓶属于低压气瓶，且结构并不复杂，采用焊接工艺是较好的制造方法。 4.2 气瓶的型式和基本参数 4.2.1 气瓶型号的表示方法 4.2.2 公称容积和内直径 气瓶公称容积和内直径按表2规定。表2 公称容积和内直径(推荐)公称容积V(L)12211501514004018008011000内直径Di (mm) 60 80 100 120 150 180 200 250 200 230 250 280 294 314350 374 400 400 450500 600 500 600 800800 900 4.2.3 典型气瓶型号和参数(见表3)表3 液化二甲醚气瓶典型型号和参数(推荐)型号气瓶内直径mm公称容积L液化二甲醚最大充装量kg封头形状系数护罩外径mm底座外径mmYJP3.5 1203.52.0K=1.090120YJP920095.0K=1.0150150YJPl82501810.0K=1.0190180YJP272942715.0K=1.0190210YJP35.5 3143520.0K=1.0190240YJP453544525.0K=1.0230320YJP713747040.0K=1.0230320YJP713748850.0K=1.0230320YJP954009555.0K=1.0230320YJ0K=1.0320400YJP180450175100.0K=1.0380450YJP250500250145.0K=1.0420500YJP400500350200.0K=1.0430500YJP500 500500290.0K=1.0430500YJP600600600340.0K=1.0520600YJP800800800460.0K=1.0680800YJPl000 9001000560.0K=1.0780900注1：按气瓶安全监察规程的规定，二甲醚的充装系数为0.58kg/L 注2: 其他型号和参数的气瓶可按气瓶安全监察规程的规定。 4.2.4 气瓶结构 1)气瓶一般结构(见图1) 2) 二甲醚气瓶结构可以做成卧式。 4.3 材料 气瓶主体(指筒体、封头等受压元件)材料，除应符合GB6653焊接气瓶用钢板外材料的化学成分还应符合下列范围： 碳C. . .不大于0.18 硅Si. . .不大于O.10 锰Mn. . .0.701.50 硫S. . .不大于0.020 磷P. . .不大于0.025 硫S+磷P . . .不大于O.040 瓶体材料的力学性能应符合相应标准的规定；瓶体材料的屈强比(ReL/Rm)不得大于0.80倍。 4.4 设计 4.4.1 气瓶的设计应符合气瓶安全监察规程、气瓶安全监察规定的规定。公称容积小于40L(含40L)的气瓶，瓶体由两部分组成，只有一条环焊缝,采用缩口插入式装配；公称容积大于40L的气瓶,瓶体由三部分组成,有两条环焊缝和一条纵焊缝，封头和简体采用缩口插入式装配。 4.4.2设计气瓶瓶体壁厚时，材料的强度参数应采用屈服强度ReL的下限。气瓶封头形状应为标准椭圆形。 4.4.3气瓶强度计算 气瓶强度计算，标准采用第三强度理论公式。 标准对筒体计算壁厚、封头曲面部分计算壁厚、刚度校核的计算公式作了详尽的规定。 标准在强度计算时采用等厚度原则，即气瓶封头和简体的名义壁厚应相等。确定名义壁厚应考虑钢板厚度负偏差和工艺减薄量。 4.5 制造 制造企业必须持有国家质量检验检疫总局特种设备安全监察局颁发的制造许可证。气瓶制造企业应有健全的质量保证体系，并进行质量控制。 标准对气瓶的制造工艺作了详尽的规定 4.6 试验方法和检验规则 气瓶制造过程中的检验方法有无损探伤(射线透照探伤、表面探伤)、逐只检验(包括外观检验、水压试验、气密性试验)、批量检验(包括力学性能试验、水压爆破试验)、型式试验，并对检验规则作了详尽的规定。 4.7 标志、涂敷 标志 每只气瓶应有表示其唯一性标识的电子标签;气瓶应粘有安全使用提示。 涂敷 钢瓶表面应印有“液化二甲醚”红色字样，其字体为6080mm高的仿宋体汉字。钢瓶颜色应淡兰色。 4.8 钢瓶的设计使用年限 按本标准制造的钢瓶设计使用年限为8年，钢瓶的设计使用年限应压印(或打印)在气瓶的护罩上。 4.9 附录 标准有7个附录：A(规范性附录)二甲醚性质;B(资料性附录)符号对照表；C(规范性附录)气瓶钢印标志；D(资料性附录)产品合格证格式；E(资料性附录)气瓶使用说明书；F(资料性附录)质量说明书格式；G(规范性附录)安全性能试验(仅适用于车用钢瓶)。5、设计举例-YJP95液化二甲醚钢瓶设计计算 5.1 设计依据 气瓶安全监察规程 GB液化二甲醚钢瓶(初稿) GB6653焊接气瓶用钢板 GB709热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差 5.2 参数选取 充装介质：二甲醚 瓶体材料：HP295 屈服强度：s=2g5 MPa 最高环境温度:60 钢瓶内径：Di=400 mm 公称容积V=95 L 椭圆形封头形状系数：K=1 水压试验压力：Ph=2.4 MPa 焊缝系数：=0.9 重量充装系数：F=O.58 kg/L (按瓶规规定) 5.3 钢瓶各部分尺寸计算 5.3.1 瓶体壁厚计算 1)瓶体设计壁厚S0 筒体计算壁厚S01 封头计算壁厚S02 钢瓶瓶体设计壁厚取S01和S02中的大值，向上圆整保留一位小数 选用瓶体设计壁厚S0=2.5mm。 2)瓶体名义壁厚S 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3.0mm。 钢板厚度负偏差：0.20mm 工艺减薄量：3.010=0.30mm S=2.5+O.20+0.30=3.0mm 选取瓶体材料名义壁厚S=3.0mm。 3)瓶体刚度校核 式中：DO钢瓶外径 SS0 选用瓶体名义壁厚S=3.0mm的钢板能够满足瓶体刚度要求。 5.3.2 瓶体高度计算(因篇幅关系，省略) 5.3.3 钢瓶有效容积V计算钢瓶有效容积为98.76L。(因篇幅关系，计算省略) 5.3.4 允许最大充装量w计算 W=FV=950.58=55.1kg