浅谈低温压力容器的设计

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1、浅谈低温压力容器的设计浅谈低温压力容器的设计江苏·常州李政2011年12月摘要对低温压力容器从材料、环境温度、制造检验、其它等方面论述了低温容器设计上的要求。关键词低温压力容器设计材料温度制造检验GB150-1998《钢制压力容器》附录C规定，设计温度低于或等于-20℃的钢制压力容器称之为低温容器。当壳体或其受压元件使用在“低温低应力工况”下，若其设计温度加50℃后，高于-20℃，就不属于低温容器。由于环境温度的影响，壳体的金属温度低于或等于-20℃时也属于低温容器。环境温度系指容器使用地区历年来“月平均最低气温的最低值”。低温下操作的压力容器由于随着使用温度的降低，容器所用钢材及其连

2、接焊缝会由延性状态转变为脆性状态，当容器由于材料、制造、焊接等引起的缺陷时，在低于材料的脆变温度下受力会导致容器脆断，发生灾难性事故。所以对于低温压力容器，对设计、制造、检验、验收的要求都比常温容器的要求要高许多，设备的造价也比常规压力容器要高25%左右，故设计时是否将其作为低温压力容器来设计，对容器的安全可靠、节约成本都有十分重要的意义。笔者根据多年的工作经验，对按规则进行设计的低温容器进行归纳和总结。1低温界限压力容器的低温与常温界限各国有不同的规定。例如：美国ASME第Ⅷ篇第1分篇规定为＜-29℃，日本JISB8243规定为＜-10℃，我国规定为≤-20℃为低温。如果仅根据常州市

3、万象化工机械有限公司浅谈低温压力容器的设计温度的高低来决定是否按低温压力容器要求设计并不完全合理。有时壁温虽然为低温，但应力也很低，这时若按低温容器设计则将造成浪费；有时压力容器处于环境低温下，但又按常温设计，则往往会有发生冷脆的危险。2夏比（V型缺口）低温冲击试验设计温度＞-20℃时按常温设计，若≤-20℃则按低温容器设计，并作低温冲击试验。低温容器用钢（含钢板、钢管、锻件）的冲击试验温度应低于或等于壳体或其受压元件的最低设计温度。当壳体或其受压元件使用在符合低温低应力工况时，钢材的冲击试验温度应低于或等于最低设计温度加50℃（若温度加50℃后，高于-20℃时，按表1规定）。若设计温

4、度为-19～0℃，用于壳体的下列钢板作低温冲击试验，试验温度为钢板的使用温度a)使用温度低于0℃时，厚度大于25mm的Q245R，厚度大于38mm的Q345R、15MnVR，任意厚度的18MnMoNbR、13MnNiMoNbR和Cr-Mo钢板。b）使用温度低于-10℃时，厚度大于12mm的Q245R，厚度大于20mm的Q345R、15MnVR。若设计温度＞0℃，则免作低温冲击试验。见表1。表13环境低温下设计温度的决定常州市万象化工机械有限公司浅谈低温压力容器的设计所谓环境温度是指容器使用地区历年来月平均气温的最低值。月平均最低气温是指当月各天的最低气温相加后除以当月的天数。在寒冷的地

5、区，露天安放或置于无采暖厂房内受环境低温影响的压力容器，当其设计温度受环境温度控制时，其最低设计温度按如下原则确定：（1）盛装压缩气体且无保温设施的贮存容器，设计温度取最低环境温度降3℃.（2）盛装液体体积占容积的1/4以上的无保温的贮存容器设计温度取最低环境温度。（3）有保温或物料经常处于流动状态的容器，设计温度应根据物料的温度、流量、容器大小和散热情况等综合考虑壁温，通过计算分析或参考实例确定。（4）除为事故停车特设的容器外，考虑环境低温对容器壁温的影响应以正常运行条件为依据。一般不以事故状态的意外降温或停车后的自然降温来确定设计温度。对低应力或降应力工况如前述。4低温容器设计应注

6、意的问题4.1低温下的选材低温（设计温度＜-20℃）下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、焊接及焊后热处理等问题。表2常州市万象化工机械有限公司浅谈低温压力容器的设计表3表4常州市万象化工机械有限公司浅谈低温压力容器的设计表5表6板材、钢管、锻件、螺栓及螺母的选材分别见表2～表6.表中的最低冲击试验温度即为钢材的最低使用温度。4.2结构常州市万象化工机械有限公司浅谈低温压力容器的设计①结构尽可能简单，减少焊接件的拘束程度。②结构应避免产生过大的温度梯度。③结构应减少局部的应力集中以及截面的急剧变换；④附件的连接焊缝不应采用不连续焊或点焊。⑤容器的鞍座、耳座、

7、支腿（球罐除外）或裙座宜设置垫板或连接板，尽量避免直接与容器壳体相焊。垫板或连接板按低温用材考虑。⑥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。⑦接管补强应尽可能采用整体补强或厚壁管补强，若采用补强板，应为全焊透结构，且焊缝圆滑过渡。⑧介质有危险（易燃或毒性为极度、高度危害）或压力大于等于1.6MPa时，T型接管应采用无缝挤压三通或加厚管开孔焊接。⑨与壳体相焊采用插入式结构时，管端的尖角须车