低温容器常用压力的确定和计算的探讨

摘 要 针对实际工作中存在的问题，就低温容器常用压力的确定和计算的方法进行探讨。

关键词 低温容器;常用压力;压力计算

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）21-0120-02

设计温度为-20℃以下的压力容器;液化乙烯、液化天然气、液氮和液氢等储存和运输用容器均属低温压力容器。伴随我国经济的发展和低温容器技术的日益成熟，各类低温液体的广泛应用，促使各行各业对储存和输送低温液体的低温容器的需求不断增加。近几年，随着改革开放的深入，我国低温液体的产量不断的提高，供应的地区和范围日益增大，而价格也相比从前有所下降，更加促进了低温液体的利用，进而带动了我国低温容器的发展，使制作低温容器成为一个新兴的行业。下面我们进行低温容器常用压力的确定和计算。

1 压力

定义：垂直方向上作用在容器单位表面积上的应力。在GB150.1～150.4-2011《压力容器》中，除注明者外，压力均值表压。

2 工作压力pw

定义：在正常工作条件下，容器顶部能够达到的最大压力。此压力一般由购买方提供。

3 设计压力p

定义：在设定的容器顶部的最大压力情况下，与相应的设计温度一起作为容器设计的基本条件载荷，设计压力的值不可小以于工作压力。当设计者得到购买方提出的储罐工作压力之后，由GB150.1～150.4-2011《压力容器》中的B.4.7规定取容器的设计压力P大于等于安全阀的整定压力pz，即p≥pz。基于容器的工作压力pw，进而确定安全阀的整定压力pz，一般我们根据GB150.1～150.4-2011《压力容器》取pz=（1.05～1.1）pw;而当整定压力pz<0.18 MPa时，设计者可以适当提高pz相对于pw的比值。例如：

现有pw=0.8 MPa

所以pz=（1.05～1.1）pw=（1.05～1.1）×0.8=0.84～0.88 MPa

（注：此处整定压力pz为初选值，作用是确定设计压力。后面我们有详细介绍如何真正确定整定压力pz。）

而p≥pz所以p选取0.85 MPa

4 液柱静压力

定义：压力容器设计里面液体充装的总高度可以称为液柱总高度，此液柱产生的压力就是液柱静压力。我们假设现有盛装液氧的立式低温容器，当容器盛满介质时高度为6.525m，所以有：

查《化学化工物性数据手册》查的液氧密度为：1.2×10-3 kg/m3

所以液柱静压力=ρgh=1.2×10-3×9.8×6.525=0.08 MPa

借用上面第三条例子数据得p5%=0.85×0.05=0.04 MPa

由GB150.1～150.4-2011《压力容器》中4.3.2 载荷中 b）规定当液注静压力小于设计压力的5%时，可忽略不计。而现在大于它所以当我们确定计算压力时要考虑液柱静压力这一载荷。

5 计算压力

定义：在相应设计温度工况下，用来计算容器元件厚度的压力，计算压力包括了液柱静压力等附加的载荷。说白了设计压力就是得考虑容器收到的尽可能的所有压力的压差，例如借用上面3、4条中的例子如果我们现在计算一个低温容器的内胆计算压力则：

1）容器受外压我们这里设定大气压为-0.1 MPa。

2）容器受内压为设计压力以及要考虑的液注静压力。

所以，我们得到计算压力=0.85+0.08-（-0.1）=1.03 Mpa。

6 最高允许工作压力[pw]

定义：在设计温度的工况下，容器顶部所能承受的最高表压力。该压力是由容器的所有受压元件的有效厚度，并且考虑了元件承受的所有载荷进行逐一计算，最总取这些计算出的数值的最小值。它的作用是限定容器超压限定的起始压力，充分利用容器圆整后的厚度，尽量拉开工作压力和安全阀或爆破片泄放压力之间的压力差，进而使压力容器在工作时更为安全和稳定。

假设我们现有内径Di=2000 mm，壁厚为10 mm的20 m3，封头为椭圆形封头厚度12 mm的不锈钢低温容器我们继续借用签名的的例子计算压力为1.03 MPa，设计压力为0.95，将这些数据输入SW6-2011中我们的到：

1）筒体有效厚度为δe=9.7 mm，

已知：焊接接头系数φ=1.0

设计温度下圆筒或球壳材料的许用压力[σ]t=137 MPa

由公式：

[pw]=2δe[σ]tφ/（Di+δe）=2×137×1×9.7/（2000+9.7）=1.32 MPa

2）封头有效厚度为δe=11.7 mm，

已知：由GB150.1～150.4-2011《压力容器》表5-1知椭圆形封头形状系数K=1

由公式：

[Pw]==2×137×1×11.7/（1×2000+0.5 ×11.7）=1.598 MPa

所以我们取两者较小值为1.32 Mpa。

3）如果筒体上有开孔，那么我们需要用开孔补强允许的最大工作压力来限定我们的得到的最大允许工作压力，例如：如果我们在筒体上有个φ200 mm壁厚10 mm的小封头开孔那么我们利用SW6-2011可以得到它允许的最大工作压力为1.11 MPa，

所以综上所述我们得到的[pw]=1.11 MPa

而在这里我们要注意了！由最高允许工作压力定义我们知道此压力为表压力，而我们由厚度反推出来的压力是筒体收到的最大压差我们的减掉那-0.1 MPa的大气压，而且，如果工厂用的压力表是气象口的压力表那么我们还要把之前的液柱静压力也减掉，这样才得到了真正的表压-最高允许工作压力即：

[pw]=1.11-0.1-0.08=0.93 MPa

这个数才是我们要标注在图纸的技术特性表里的。

7 安全阀的整定压力pz

根据《固定式压力容器安全技术监察规程》规定：安全阀的整定压力一般小于等于该压力容器的设计压力。如果设计者的设计图样或者铭牌上标注有最高允许工作压力的时候，也可以选取最高允许工作压力当作成安全阀的整定压力。

借用上面提到的例子我们不难得到因为有最高允许工作压力所以

pz≤0.93 MPa我们取pz=0.9 MPa。

参考文献

[1]寿比南，陈刚，郑津洋，等.GB150.1～150.4-2011 压力容器[S].中国标准出版社，2012.

[2]寿比南，谢铁军，贾国栋，等.固定式压力容器安全技术检查规程[S].新华出版社，2010.

[3]郭易德，赵斌义，阮黎祥，等.HG/T20580～20585-2011 中华人民共和国化工行业标准[S].中国计划出版社，2011.

[4]刘启光，马连湘，刘杰，等.化学化工物性数据手册[M].化学工业出版社，2002.