低温压力容器和低温低应力容器应用

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1、低温压力容器和低温低应力容器应用摘要：低温压力容器及低温低应力工况的应用。关键词：低温容器低温低应力工况前言目前在石油化工、制冷、低温工程等行业使用的压力容器中，低温压力容器占有一定的比重。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突然发生脆性断裂。这种断裂发生的前后，均没有或只有局部极小的塑性变形，而没有整体屈服，在日常生产中不易觉察，对石油化工生产的安全威胁更大。在制冷行业使用的压力容器中，相当多的压力容器工作温度也较低，但制冷剂在较低工作温度下其工作压力较低，其运行工况在低

2、温低应力工况条件下。因此对于低温压力容器的认识以及非低温压力容器应用将有助我们设计、制造及检验的选择。一、低温压力容器的含义根据GB150.3-2011附录E关于低温压力容器的基本设计要求、GB151-1999《管壳式换热器》附录A“低温管壳式换热器”中规定，低温压力容器、换热器是指碳素钢和低合金钢制设计温度低于-2CTC容器、换热器，以及由于环境的影响，导致操作条件下容器壳体的金属温度低于-20°C,在操作过程中容器的壁温处于低温状态下的一种压力容器。辂鎳奥氏体不锈钢容器、换热器，在设计温度高于等于-196°C,且满足下列各项要求时，可不遵循GB150.3-2011

3、附录E和GB151-1999《管壳式换热器》附录A的规定。A）母材应为含碳量小于或等于0.10%,并符合GB150.2-2011材料的规定；bB）焊接材料和工艺符合NB/T47014-2011《承压设备用焊接工艺评定》的要求；cC）设计温度低于-100°C时，应按NB/T47014-2011进行焊缝金属的低温夏比（V形缺口）冲击试验，且应符合GB151-1999《管壳式换热器》附录A,A2.1,A2.2的要求。二、低温容器发生脆裂的必要件如下：（1）低温。（2）外载荷及残余应力引起的一定应力水平。（3）缺陷。（4）厚度。三、低温压力容器的认识⑴设计温度的确定根据HG/

4、T20580-20585-2011及相关标准，有以下几种方法来确定处于低温下工作的压力容器的设计温度。1）通过计算，当受压元件两侧有热量传递过程时，可根据传热计算求得在相应的温度下，沿受压元件厚度方向的平均金属温度。计算方法可采用GB151-1999《管壳式换热器》附录G所给出的公式计算。2）当受压元件与工作介质直接接触，并有外保冷或保温设施时，可取介质在操作过程中的最低温度或介质的工作温度减去5〜10€作为该受压元件的设计温度。3）当受压元件可能受环境温度控制时，即在寒冷地区,受压容器置于露天或无采暖的厂房内（为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），

5、受压元件的设计温度应从以下几方面考虑确定：①对盛装液体，且物料的充装量占容器容积1/4以上，且无保温设施的储存压力容器，由于液体的热容量较气体大，致使受压元件的金属温度要略高于冬季空气调节室外计算温度，所以需把冬季空气调节室外计算温度上升1°C,方可作为该受压元件的设计温度。②对盛装压缩气体，且无保温设施的贮存压力容器，由于气体的热容量小，受压元件的金属温度按近于冬季空气调节室外计算温度，所以取冬季空气调节室外计算温度下降2°C,作为该受压元件的设计温度。③对于工艺参数不清楚或不全的情况，可依相同的工况，并正在运行的设备，采用实测办法来确定其设计温度。⑵材料选择低温压

6、力容器的材料选择主要考虑在整个工作温度区应有足够的韧性，钢材的使用温度下限可不低于钢材标准中规定的最低实验温度。a）低温压力容器受压元件所采用的钢材，必须是镇静钢。b）低温压力容器及其受压元件所采用的钢材，除因材料截面尺寸太小，无法制取2.5mmX10mmX55mm的小尺寸式样的情况外，必须按HG/T20585-2011标准要求进行夏比（V型缺口）低温冲击试验。c）用于制造低温压力容器筒体、封头的钢板，厚度超过标准规定时，需按JB4730进行超声波检测，合格级别为III级。d）与低温压力容器受压元件直接焊接的非受压附件材料，其低温韧性及焊接接头性能需与受压元件匹配。⑶

7、结构设计在结构设计中要注意消除结构的应力集中，消除尖角，要有足够的柔性。为此在设计时要特别注意以下几个问题：a）结构应尽量简单，尽量避免结构形状的突然变化，减少局部高应力；b）避免产生过大的温度梯度；c）应减少局部的应力集中以及截面的急剧变化；d）附件的连接焊缝不应采用不连续焊或点焊；e）容器的支座宜设置垫板或连接板，尽量避免直接与容器壳体相焊。f）容器焊有接管及载荷复杂的附件，需焊后消除应力而不能进行整体热处理时，应考虑部件单独热处理的可能性；g）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；h）焊缝的结构