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氟里昂包装钢瓶与钢制焊接气瓶的比较分析(上)

摘 要:氟里昂包装钢瓶的设计、制造和检验与其它钢制焊接气瓶相比具有明显不同，其安装爆破片、以工作压力作为设计压力而不用水压试验压力、屈服应力采用σ0．2而不是σs、瓶体材料经冷加工冲压成型后不再进行退火热处理、焊缝不做无损探伤检查而只做外观检查、焊接接头系数取1．0、产品只做气压试验且气压试验压力为工作压力的1．1倍。结合实际情况、基本原理和制造经验，找到了氟里昂包装钢瓶设计、制造及检验的理论依据，论证了依据的合理性。

关键词:钢瓶 氟里昂 包装瓶 标准 比较

氟里昂一12(CF CI ，以下简称F-12)和氟里昂一22(CHF C1，以下简称F-22)是工业上常用的制冷剂，被广泛应用于电冰箱、冰淇淋机、空调和恒温抽湿机等小型制冷设备。该制冷剂常温下具有一定的蒸汽压力，在充装、运输和使用等过程中必须使用能承受一定压力的包装容器，这种盛装氟里昂的小型容器被称为氟里昂轻型包装钢瓶(以下简称包装钢瓶)。氟里昂包装钢瓶在国外使用较早，而国内直到1992年才由广东省惠州市卫国机械厂填补了这项空白。该厂经过对国外相同类型包装钢瓶的调查研究和测试，于1992年8月进行了产品鉴定，并制订出Q／DwC—S1—92《氟里昂轻型包装钢瓶》标准n]。10多年来，该产品已在国内广泛使用。

在GB (钢桶国家标准》中 ]，轻型桶的材料厚度已经逐步降低。以前200 L的钢桶壁厚为1．5 mm，后来降为1．25 mE和1．2 mE。而现在1．0 mE 厚的钢桶已经很普遍。在国际运输包装中，壁厚为0．8 mm的200 L钢桶已成为主流，而采用0．5～0．6 mE 钢板制造钢桶也成为发展方向。由于氟里昂包装钢瓶为一次性使用，所以在满足以对材料进行性能评价、利用开发研究和质量控制安全的基础上应尽量减小壁厚，以节省原材料。文中研究分析氟里昂包装钢瓶设计、制造及检验方面的独特之处，希望对氟里昂包装钢瓶的全面理解和安全使用有所帮助。

I 功能

F一12或F一22由生产厂家充装到包装钢瓶内，然后运送到制冷设备厂或维修部门，再将包装钢瓶内的F-12或F-22充入制冷设备内。至此，包装钢瓶就完成了氟里昂包装任务，不能重复充装使龙眼用。氟里昂制冷剂在常温下有一定的饱和蒸汽压力，例如F-12在20℃时饱和蒸汽压为0．576 MPa，包装钢瓶必须能承受一定的内压并保证密封又普及了知识，这项功能与其他钢瓶是相同的。但氟里昂包装钢瓶只作一次性使用，与其它钢瓶的重复使用有很大差别，所以氟里昂包装钢瓶不属于《气瓶安全监察规程》的监察范围 ，其设计、制造和检验等方面有特殊之处。

2 结构

目前，国内外的氟里昂包装钢瓶均采用如图1所示的结构形式。包装钢瓶由上封头、下封头、提手、瓶阀和爆破片组成，上、下封头以1条环焊缝对接焊成瓶体。

广东省惠州市卫国机械厂生产的氟里昂包装钢瓶有FQP-22型、FQP一13型和FQP-6型，其规格爆破压力见表1。包装钢瓶的瓶体最小壁厚为1 mm，爆破片(3 ．3)MPa，瓶体爆破压力不小于4 MPa，其它技术性能见表2。

注：1)52℃时的饱和蒸汽压力。包装钢瓶与钢质焊接气瓶在结构上最大的差别是包装钢瓶瓶体上安装了爆破片，并规定其爆破压力为(．3)MPa，而其它钢质气瓶是不安装爆破片的。笔者认为，这是因为考锰砂滤料虑了如下因素：①F-12及F-22是对人体无毒性且安全的制冷剂，也没有助燃及易燃易爆的危险。《气瓶安全监察规感程》第十条规定毒性程度为极高或高度危险气体的气瓶上，禁止装配易燃塞、爆破片及其它水钻首饰泄压装置。设计包装钢瓶参考了这条规定。② 包装钢瓶的焊接接头系数取1．0，而又不做任何无损探伤，这无疑会留下某些隐患，安装爆破片有意降低了爆破压力，减少了钢瓶瓶体或焊缝破裂的危险，而爆破片破裂时的危害性是很小的。

3 强度设计

包装钢瓶的强度必须满足以下2个条件才能达到产品标准：① 钢瓶最小壁厚1 mm。② 瓶体材料在经过冷冲压加工成型后抗拉强度 σ≥ 450 MPa及屈服强度σ0.2≥435 MPa。这种强度设计方法与其它钢瓶的设计方法有较大差别。

采用下式计算钢制焊接气瓶最小壁厚 ：

比较式(1)和式(2)，可知有2点差别：①包装钢瓶计算式中用工茶叶作压力Pi做为设计压力而不用水压试验压力P 。因为水压试验压力很接近瓶体爆破片的破裂压力，不利于保证爆破片的性能。水压试验后必须彻底清除水渍，这不但增加了制造成本，而且还严重影响氟里昂产品的质量，故对包装钢瓶不做水压试验而逐个做气压试验。以工作压力作为产品的设计压力，可降低包装钢瓶的强度储备，以达到减小壁厚降低钢瓶自重的目的。② 在包装钢瓶的强度计算中，屈服应力用σ0.2。而不用 ，其主要原因是包装钢瓶的瓶体采用冷冲压加工成型，成型之后不再经退火处理，故材料得到冷加工硬化效果，瓶体材料没有明显的屈服台阶，采用σ0.2的屈服应力值进行计算是较为合理的。对其它钢制焊接气瓶，瓶体冷冲压成型之后均进行退火处理，瓶体材料有较为明显的屈服台阶，采用 进行计算是合理的。