有关低温压力容器设计的探析

【摘要】随着石油工业的发展，对技术的要求越来越高，对设备的要求也是如此，低温压力容器就是石油工业发展的一种约束力量，因此这种容器设计的如何将成为石油工业发展关注的一个重点问题，为此，本文从不同的方面对这一问题进行了探讨。

【关键词】低温压力容器 低温压力 低温 设计

就目前而言，低温压力容器在石油化工企业的压力容器使用中占有一定的比重，它之所以有这样的地位是因为这种压力容器的工作环境要求比较低的温度，因此容器材料的脆性相应的就会增加。在拉应力的作用下的受压元件在应力水平相对比较低，低于材料的屈服强度或者低于许用应力的情况之下突然发生脆性断裂。在这种情况发生的前后，均没有或只有极小部分的发生塑性变形，而不会整体大面积的发生塑变，它在我们的日常生活中是既不容易被发现的，从而对石油化工的生产具有着极大的威胁性。从它的重要性来看，低温压力容器必须从设计、选材、制造到检验等各个环节提高对低温压力容器的要求，相较之下，对低温压力容器的要远远高于对非低温压力容器的要求，因此低温压力容器的设计、选材、制造检验的过程都需要进行细致的探究。下面我们就低温压力容器的设计温度、选材、结构设计、制造、检验、焊接等一些重要的环节进行探讨。

1 设计温度的确定

根据《压力容器（GB150.3-2011）》附录E中的对于低温压力容器的具体的相关规定，我们可以很清楚地知道低温压力容器设计中最重要的环节之一是设计温度，这一环节的准确实施的重点之处在于对介质温度和环境温度的考虑，在不同的环境中介质有可能不同，他会对材料所在的环境温度产生影响。例如：金属是受周围环境的影响的，不同的温度会使金属的韧性发生很大的改变。因此这环境中的温度问题应该在设计温度时提前考虑到。而温度的考虑不单单是指介质的考虑，它包括影响低温压力容器的各种因素，例如：南北的温差等等。

压力容器必须设计成低温压力容器，而这一低温的压力容器根据GB150――1988《钢制压力容器》附录C（标准的附录）中对低温压力容器的定义是，容器的设计温度低于或等于-20℃，或由于环境的影响，壳体的金属温度低于或等于-20℃，或在工艺操作过程中容器的壁温处于低温状态下的压力容器。同时，我们还应该注意低温低应力工况，在相关的文献中，这一名词解释为，壳体或其受压元件的设计温度虽然低于或等于-20℃，但是它环向应力小于或等于刚才标准常温屈服点的1/6，且不大于50MPa时的工况。从这些名词解释看出，在设计低温压力容器时，首先要通过大量的计算来确定该容器是符合低温压力容器的，它是否能使得设计出的容器属于低温压力工况。

2 低温压力容器的选材

2.1 低温压力容器受压元件材料的选择

低温用钢材的质量在低温压力容器质量中占有很大的重量，从使用温度来看，低温用钢大体分为三类，即低碳碳锰钢适用于-40℃以上温度，低碳钢、中镍钢适用于-40℃～-196℃时，℃铬镍奥氏体钢适用于-196℃～-273℃。

脆性断裂是钢材在低温的状态下失效的主要原因，钢材一旦处于低于脆性转变温度时，只要有足够的缺口或者缺陷时就可能导致低应力下的脆性断裂。AKV是钢材在低温下的冲击值，它是钢材缺口或缺陷在低温下塑性变形能力和对裂纹扩展的敏感性，即低温韧性的一种反应值。因此选材时对钢材的低温韧性的选择是制造低温压力容器的首要条件，所以我们必须要在充足的低温韧性的前提下，选择相对高强度的钢材，只有这样才能确保我们的低温压力容器的质量。较好的低温韧性的获得需要低温压力荣勇钢在冶炼方法上采用特殊的冶炼方法，和特殊的钢材。特殊钢材必须经过严格的检测，不允许有任何的缺陷。除此之外，为了确保刚才的塑性储备，应力集中部位的应力再分配能力的提高，刚才的屈强比可以小些，但是不允许大。

2.2 非受压元件材料的选择

连接低温压力容器受压元件的非受压元件材料的低温韧性与焊接接头性能必须和受压元件相匹配。其中对于低温压力容器来说，支座的选材时尤为重要的，主要体现在：低温韧性与受压元件相同的同种材料适用于设计温度不高于-70℃的低温容器；支座材料的低温韧性比受压元件低一个等级的材料适用于设计温度高于-70℃而低于-20℃的低温容器。考虑环境温度的影响是选用支座材料在极低环境温度下安装必须考虑的因素之一。

3 低温压力容器结构的设计

结构的应力集中、尖角的消除，以及韧性的强弱是低温压力容器结构设计中必须要考虑的问题，除此之外我们还必须注意一下

几个方面的内容：简单的结构设计；降低结构形状突变的几率，以减少局部的高应力；较小的温度梯度；减少局部的集中应力以及截面的急剧变化；不用不连续焊或者点焊来处理附件的连接焊缝；不直接将容器的支座或支脚焊在壳体上，而应该设置相应的垫板；尽可能的选用整体或厚壁不强，以确保安全。

4 制造和检验低温压力容器

（1）为了确保低温压力容器质量的合格，低温钢材在加工制造前必须复检，只有合格的材料才能更大程度的确保产品的质量的优劣。对低温冲击值的加工制造前的重新检验能够保证钢材的低温韧性，降低灾难的发生率和破坏力。其中对低温三类压力容器和球罐用钢材的全项复检也是必不可少，全项复检主要包括：复验材料的化学成分、常温机械性能、低温冲击值以及钢材超声波的检验。

（2）当低温压力容器筒体、风头的钢板厚度不达标时，必须进行超声波的检测，并且达到一定的级别，以确保低温压力容器的质量。

（3）低温压力容器需要进行100%射线或超声检测的情况主要包括以下几种情况：设计温度低于-40℃的容器；接头厚度大于25毫米，设计温度高于或等于-40℃的容器等。除此之外的低温压力容器允许进行局部无损检验，检验长度不许打于焊接长度的50%，且大于或等于250毫米。

5 总结

总而言之，低温压力容器应用的普遍性的增强，使得其设计的制造工艺也越来越得到人们的重视，我们应该通过对低温压力容器的制造过程的改良，监督和检查来促进这一特殊制造工艺的进步，从而制造出更适合现代社会的低温压力容器供相关的部门使用。

参考文献

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