低温压力容器设计中应注意的问题

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1、低温压力容器设计中应注意的问题摘要由于低温压力容器的应用日趋普遍及其特殊性，应从设计温度的确定、选材、结构设计、焊接和检验等各个环节严格要求。关键词低温低应力工况低温夏比V型缺口冲击试验金属温度应力集中中图分类号TH12文献标识码A文章编号1008-9411(2010)05-0013-03目前在石油化工企业使用的压力容器中，气体的液化、分离以及液化气体的生产、贮运和应用日趋普遍，低温技术的发展促进了各种低温压力容器的运用，占有一定的比重。因该类压力容器工作温度较低，容器材料的脆性相应增大。其受压元件在拉应力的

2、作用下，应力水平在低于材料的屈服强度，或低于许用应力的情况下可能会发生脆性破坏，脆性破坏前容器结构不出现或是只有局部的极小塑性变形，而在结构的大范围内没有宏观的整体屈服迹象或其他明显征兆，对石油化工生产的安全威胁很大。因此对于低温压力容器，必须从设计、选材、制造到检验各个环节的要求与非低温压力容器相比都要有不同程度的提高。根据GB150一1998钢制压力容器》附录C《低温压力容器》的规定，低温压力容器是指容器的设计温度低于或等于一20`G，以及由于环境温度的影响，壳体的金属温度低于或等于一2090，在工艺操作

3、过程中容器的壁温处于低温状态下的一种压力容器。低温低应力工况系指壳体或其受压元件的设计温度虽然低于或等于一209C，但其环向应力小于或等于钢材标准常温屈服点的1/6，且不大于50MPa时的工况。低温低应力工况不适用于钢材标准抗拉强度下限值大于540MPa的低温容器。低温压力容器在设计时应注意的问题:在工程上，通常采用以下几种方法来确定处于低温压力容器的设计温度。(1)金属温度系指元件金属沿截面厚度的温度平均值，元件金属两侧的流体温度不同时，通过流体与壁面间的给热、污垢热阻以及元件金属的热量传导，利用传热计算可

4、以求得元件两侧金属表面的温度。但是，由于很多介质的传热系数K值和给热系数a值难以查出，在工程计算中，多采取经验值代人。(2)当受压元件与工作介质直接接触，且外部有良好的保冷或保温设施时，或容器内流。体温度接近环境温度，或传热条件使得壳体壁温接近物料温度，则此时壳体元件的金属温度可以取为物料温度。(3)对于已有生产运行的同类容器，可以通过实际测定确定受压元件的金属温度。(4)对于露天或无采暖的厂房内(事故停车所特设的容器及意外降温和停车后的自然温除外)放置的容器，其壳体的金属温度应该考虑在低温环境中受到的气温条

5、件的影响。1设计温度的确定设计温度高于一20℃和设计温度低于一2090，在设计、选材、制造等方面是截然不同的。所以，设计温度的确定是低温压力容器设计中一项至关重要的因素，应从设备在相应设计温度与同时存在的设计压力一起作为设计载荷条件，和是否受环境温度影响、介质的温度以及有无保温或保冷等方面，去做具体问题分析。2低温压力容器的选材低温压力容器的选材应考虑设计温度、材料的低温冲击韧性、壁厚、使用时的拉应力水平、焊接及焊后热处理等问题。还必须要根据具体用途、具体使用条件、特定的安全重要性提出必要的、多于GB150规

6、定或高于GB150合格指标的补充要求。(1)低温容器受压元件用钢材应是镇静钢，承受载荷的非受压元件也应该是具有相当韧性且焊接性能良好的钢材。(2)一般低温用钢都要求正火处理，正火处理除可以细化晶粒外，还可以减少由于终轧温度和冷却速率不同而引起的显微组织不均匀，可降低钢材无塑性转变温度。(3)对低温用碳素钢和低合金钢各类钢材，除因材料截面尺寸太小，无法制取5mmx10mmx55~的小尺寸试样的情况外，必须按HG20585标准要求进行低温夏比V型缺口冲击试验。低温容器用钢的冲击试验温度应低于或等于壳体或其受压元件

7、的最低设计温度，当壳体或其受压元件使用在低温低应力工况时，钢材的冲击试验温度应低于或等于最低设计温度加5090。(4)对于低温容器用碳素钢和低合金钢壳体钢板，当钢板厚度8>20~时，应按JB/T4730逐张进行超声波检测，合格级别为l级。(5)奥氏体高合金钢螺栓材料使用在一100℃以下时，可以考虑经应变硬化处理以保证需要的强度。奥氏体高合金钢使用在一196℃以下，还应考虑某些附加材料试验要求。(6)使用温度在一100℃到一70℃区间的低合金钢材料，目前国内尚无适用的钢材产品，可以选用国外的适用材料，或是直接选

8、用奥氏体高合金钢。(7)焊接材料应选用与母材成分和性能相近或相同的具有较好低温韧性的材料，对焊条电弧焊焊条应选用低氢碱性焊条，对于埋弧焊焊剂应选用碱性或中性焊剂。低温容器用焊条应按相应焊条标准按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量复验。圆滑过渡。(8)在结构上应避免焊缝的集中和交叉。(9)容器焊有接管及载荷复杂的附件，需焊后消除应力而不能整体进行热处理时，应考虑部件单独热处理的可能性。(10)焊缝的