低温压力容器的设计

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The Design of the Low-temperature Pressure VesselsSONGNa-na(Qing Hal province Research and Design Institute of chemical industry，Xining，810008，china)Abstraa.Determination of the design temperature，selection of material and structure design ，Manufacturing andinspection in the low - temperature pressure vesels were dcused in this paperKey words：low - temperature vessels，design-、 前言低温压力容器是指在-定的低温环境下容易产生低应力脆性破坏的压力容器 .在目前的工业装置中应用 日趋普遍 ，例如：液氢装置(-253℃)；LNG(-160%)；乙烯低温存贮 (-104%)等装置。本文对低温压力容器在设计过程中需要注意的问题进行探讨。

二、设计温度的确定对于低温压力容器，设计温度的确定是设计中至关重要的- 项因素[2。根据《压力容器(GB150.3-2011)》附录 E关于低温压力容器的基本设计要求中的规定。-般采用以下几种方法来确定低温压力容器的设计温度 ：1)当容器的不同部位在工作过程中产生不同的温度时，可以分别设定不同的温度作为各部位的设计温度；2)工艺流程中的压力容器 ，在正常工作状态下其内部介质处于不断流动的更新状态.介质温度按工艺要求是-定的，加之容器有外保温或保冷措施。此时可认为容器壳体壁温不受环境温度影响，介质温度直接决定壳体壁温；3)当器壁两侧有热量传递过程时，可根据传热计算得出的壁温或实测壁温.并考虑温度波动值后的最低温度确定设计温度 ：4)对于户外储存容器 .当壳体的金属壁温受大气环境气温条件影响时 ，其最低设计温度可按该地区气象资料，取历年来月平均最低气温”的最低值。

三、低 温压力容器的选材钢材在低温条件下工作时具有冷脆性，衡量低温钢性能的主要指标是低温韧性 ，钢的成分和组织对低温性能都有显著影响 ，磷、碳、硅使钢的脆性转变温度升高，而锰和镍会使脆性转变温度降低 ，对低温韧性有利。钢中含镍量增高时，可以使其在更低的温度下保持相当高的冲击韧性。此外，钢的晶粒越细 。低温冲击韧性越好。低温钢就是通过严格控制钢材中的碳、硫、磷含量或加入-些钒、铝、钛和镍等合金元素 ，达到固溶强化 、细化晶粒的目的，并通过正火或正火回火处理来细化晶粒，从而使钢材在低温下具有足够的低温韧性及抗脆性破坏的能力 ，保证设备在低温条件下能安全运行。

1)低温压力容器用碳素钢和低合金钢板 ，其使用状态、冲击试验要求及使用温度下限按表 1[1钢号 钢板厚度mm 使用状态 冲击试验要求 使用温度下限℃16MnDR 6-60 正火 -4o℃冲击 -柏>6 120 正火加回火 -30℃冲击 -3015MnNiDR 6-60 正火.正火加回火 -45c冲击 -45I5MnNiNhDR 10 60 正火 正火加回火 -50℃冲击 -5009MnNiDR 6-120 正火.正火加回火 -700C击 -7008Ni3DR 6-100 正火，正火加回火.调质 -l00℃冲击 -10006Ni9DR 6-40 f6-12) 调质(或两次正火加回火) -l0o℃冲击 -10o07MnN.vDR l 60 调质 ℃冲击 -40o7MnNiM0DR l 50 调质 -50C8击 -5O2)低温压力容器用碳素钢和低合金钢钢管，其使用状态及冲击试验温度按表 211钢号 使用状态 壁厚/ram 冲击试验温度，℃l6Mn09MnD09MnNiD正火正火正火≤40≤8≤8- 40- 50- 703)对于低温容器用碳素钢和低合金壳体钢板，当钢板厚度>20mm时，应按 JB厂r4730逐张进行超声检测 ，合格级别为Ⅲ级 ：4)对奥氏体不锈钢制低温压力容器，所有焊接附件也应为奥氏体不锈钢；5)奥氏体高合金钢螺栓材料使用在-100%以下时，要考虑经应变硬化处理以保证需要的强度，具体要求见 HG20585-201l《钢制低温压力容器技术规定》；6)使用在-196℃的奥氏体高合金钢 ，还应考虑某些附加材料试验要求，可参考 ASME-Ⅷ-1和UHA-51。

7)低温压力容器用锻件按 NB47009和 NB47010。锻件级别不低于 Ⅱ级要求，设计压力大于或等于 1.6MPa时，应不低于Ⅲ级 。

四、低温压力容器的结构设计低温压力容器及其部件的结构设计中要考虑以下要求：1)原则上应尽量避免铁素体钢与奥氏体钢之间的异种钢焊152 张 繇 2013年第5期接 ； 板的 4倍 ，且不小于 100mm：2)直立容器裙座过渡段应与主体材料相同 ，过渡段长度不小于4倍保温厚 度，且不小于500mm：3)容器的鞍座 、耳座、支腿应设置垫板或连接板 ，避免直接与壳体相焊：4)结构上应避免焊缝的集中和交叉5)焊有接管及载荷复杂的附件的容器，需焊后消除应力热处理而不能整体进行热处理时，应考虑焊接部位单独热处理的可能性 ：6)开孑L应尽量避开主焊缝及其附近区域，如必须在焊缝区域开孔时，应符合 HG/T20584(钢制化工容器制造技术要求》相应条款的要求 ：10)A、B类焊接接头应采用双面对接焊，或采用保证焊透及双面成型、与双面焊具有同等质量的单面对接焊：11)C、D类焊缝原则上均要求采用截面全焊透结构五、低温压力容器的制造与检验1)制造低温压力容器受压元件用钢板应根据材料标准和订货技术条件的要求进行化学成分和力学性能的复验：2)对接接头必须焊透，余高应尽量减少，角接接头应圆滑，不允许向外凸起 ，焊缝圆滑度差或成形不良者必须打磨 ，焊缝边缘不得存在咬边：4)相邻筒节和封头的纵焊缝应相错，相错距离应大于较厚5)容器的铭牌不得直接钉装在受压壳体上，必须预先焊装铭牌座 ，将铭牌装在座板上 ：6)A、B类对接接头，符合下列情况之-者应作 100%射线检测或(超声检测)：①容器设计温度低于-4O℃；②容器壳体厚度大于 25mm；③根据容规划为第Ⅲ类的压力容器31。

7)对接接头的射线检测按 JBfr4730.2的规定进行. 低 FAB级 ，焊接质量不低于Ⅱ级为合格；8)焊接接头的超声检测按 JBfr4730.3的规定进行.焊缝质量不低于 I级。

六、嗅通过对以上几个方面的探讨得出低温压力容器的设计在每个环 节上都不 容忽视 ，设计人 员必须严 格按照 GB150-2011《压力容器》和 HGfr20585-2011《钢制低温压力容器技术规定》等相关国家标准的有关规定 ，设计出安全可靠的产 品。