谈低温压力容器设计要点与注意事项

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摘要：当下，工业装置中有关气体液化的生产、运输和使用时间有所增加，低温技术促进了不同种类低温压力容器的前进和变革。低温压力容器的设计与常温容器的设计相比较更加麻烦，故文章主要分析了低温压力容器的使用特征和注意要点，并且重点叙述了低温压力容器的材料种类、结构设计及其制造工艺等要点，希望可以更好地推动低温压力容器设计工作的顺利进行。

关键词：低温压力容器设备；设计构思；综合论述；注意要点

1确定低温压力容器的设计温度

设计温度在-20℃之下可以对碳素钢、低合金钢、双相不锈钢以及铁素体等材料能不能作为低温容器的重要材料。如果设计温度小于-196℃，用来判别奥氏体不锈钢容器能不能放在低温容器当中。工作人员在具体开展设计的时候要调查好容器温度的影响要素，并且了解容器的使用地点和安装特点，还包括正常工作环境下容器壳体的金属温度。

2材料种类的选择要点

由于低温压力容器的失效是脆性断裂造成的，这说明钢材在低温状态下有较强的脆性，它的韧性也会随之降低。低温钢材在冶炼方法、热处理以及化学成分等方面有着不同的要求，所用钢材具有低温冲击的特点，当下，我国低温用钢根据使用温度可以分成类别：首先，设计温度低于-20℃但高于-40℃，这种容器主要是16MnDR的钢材，通常运用在容易受到室外环境和温度影响的空气储罐或者氮气储罐等。第二，设计温度低于-40℃但高于-196℃，这种容器主要是ni品牌的低温钢材，使用这种材料来制作低温容器；一般来说，设计温度为-70℃的09mnnidr可以用于液氨装置当中；08ni3dr还可以用于生产和制造温度为-100℃的低温容器设备。高于-196℃用奥氏体不锈钢材料，可免做冲击试验。第三，设计温度低于-196℃但是不高于-253℃，这种容器用奥氏体不锈钢材料，另外，要对这个温度范围内的奥氏体不锈钢进行相关的冲击检测。

3低温压力容器结构设计的具体要素

3.1设计容器结构的注意事项

首先，设计人员要保证征结构的简单，减少不必要的约束，还要防止出现太多的附加应力，避免太大的温度变化，坚持选材一致的原则。第二，设计人员要尽可能地避免结构形状的突发性改变，减小局部的应力大型，裂纹主要是局部应力较高导致的。第三，接管和壳体连接地带的角焊缝要合理地运用好凹型圆滑装置，接管的端部内壁需要做好圆角处理工作。接管补强要使用整体补强或厚壁管补强的办法。在使用补强圈结构的过程中要结合全焊透结构，并且使用焊缝圆滑加以过渡。第五，支座与壳体在焊接中要放好相应的垫板。3．2设计密封紧固构件低温压力容器法需要用到螺柱紧固构件，不可以使用传统的铁素体商品紧固构件，要根据设计温度来选择相应的材料，一般来说设计温度在-40℃~-70℃应选择35CrMoA螺柱材料；而设计温度在-100℃~-70℃要选择30CrMoA螺柱材料。还要对硫与磷的化学成分进行限定，做好相应的低温冲击实验。

3．3有效设计密封垫片

密封垫片需要使用聚四氟乙烯或者柔性石墨等材料，它们在低温状态下具有较好的弹塑性能，工作人员在使用温度小于-40℃的密封垫片时要使用奥氏体不锈钢材料、铜材料或铝材料，它们属于低温环境下较少转变特性的金属材料。

4焊接接头的设计与焊材的采用

由于低温压力容器设备在工作的时候要考虑不同焊接接头的承受重力和性能，那么工作人员要合理地设计好焊接接头，低温压力容器受压部件经常采用焊接结构的设计方法，a类焊接接头应使用双面对接焊或类似双面焊的全熔透对接焊接接头，若采用单面焊的对接接头，工作人员在使用带垫板的单面焊，那么焊接之后要拆掉垫板。B类焊接接头的承受轴向应力和A类焊接接头一样，因结构限制时，可采用不拆垫板的单面对接焊接接头。C类和D类焊接接头不管使用什么形式都是截面全焊透结构。除结构要求外，E类焊接接头应避免间断焊和点焊。焊条选用化学成分和力学性能与母材相近的低氢碱性焊条，焊剂选用碱性或中性焊剂，且低温冲击值不小于标准的规定，还应复验熔敷金属扩散氢含量。不同种类的钢焊接工艺判定和产品焊接试板也要符合相关要求：首先，焊接接头的抗拉强度不可以比周边母材中的最小抗拉强度还小；第二，铁素体侧的熔合线和热影响区的冲击功力与铁素体钢的抗拉强度有关。第三，工作人员还要对接头进行相应的侧弯实验操作，将弯心直径设置在4倍试样的厚度大小。完成了弯曲实验操作之后拉伸面上测量裂缝大小不可以大小1.5mm，熔合线处不可以大于3mm的开裂缺陷。（和前面选材有冲突）

5制造检验的注意事项

低温压力容器制造前需对容器用钢材进行复验，对于第三类容器和球罐用钢材应进行全项目复验。低温压力容器设备在焊接之前要依照相关标准和规范来评定焊接工艺的合格与否，低温容器的焊接处需要掌控好线能量大小，工艺评定范围之内可以使用较小的焊接线能量。焊缝表敏不允许存在咬边等缺陷。如果低温容器中存在a类纵向焊接接头容器，工作人员就要制备好产品焊接部件，产品焊接部件就是在实际制作的时候让制作焊工根据原产品的形状进行操作，确保在相同的焊接工艺与条件下，产品的焊接接头能够有效的焊接，不可以出现产品完成后再次补做的现象。低温压力容器采用设计文件规定的方法进行检测，热处理等制造数据必须有记录可追溯。

6结语

总而言之，低温压力容器能够在低温环境下科学地运转，对比其他适应高温度环境的低温压力容器，低温压力容器会遇到一些意外破损的情况。如果低温压力容器出现显著的缺口或者缺陷，这就表示低温压力容器的使用温度太低，那么低温压力容易就很有可能脆断或者破坏，从而引发一系列的危险，还会影响施工人员的生命安全，甚至给企业的经济带来严重影响。所以工作人员在设计低温压力容器的时候要关注温度对低温压力容器的影响，进而有效地降低低温压力容器的潜在安全危险。

参考文献

［1］于清，何磊.低温压力容器及低温低应力容器的设计分析［J］.当代化工研究，2018，（12）：155-156.

［2］王健，田洪根，展西国.浅谈低温压力容器制造监督检验问题［J］.低温与特气，2018，（5）：47-50.

［3］海莹，张科，王莎.低温钢制压力容器施工工艺要点［J］.石化技术，2018，（9）：100.

作者：滕雪松 单位：大庆市达峰石油化工设计有限公司