低温压力容器设计中应注意的问题.docVIP

低温压力容器设计中应注意的问题 摘要由于低温压力容器的应用日趋普遍及其特殊性，应从设计温度的确定、选材、结构设计、焊接和检验 等各个环节严格要求。 关键词低温低应力工况低温夏比V型缺口冲击试验金属温度应力集中 中图分类号TH12文献标识码A文章编号1008 - 9411 (2010) 05 - 0013 - 03 目前在石油化工企业使用的压力容器中，气体 的液化、分离以及液化气体的生产、贮运和应用日趋 普遍，低温技术的发展促进了各种低温压力容器的 运用，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可能会发生脆性破坏，脆性 破坏前容器结构不出现或是只有局部的极小塑性变 形，而在结构的大范围内没有宏观的整体屈服迹象 或其他明显征兆，对石油化工生产的安全威胁很大。 因此对于低温压力容器，必须从设计、选材、制造到 检验各个环节的要求与非低温压力容器相比都要有 不同程度的提高。 根据GB150一1998钢制压力容器》附录C《低 温压力容器》的规定，低温压力容器是指容器的设计 温度低于或等于一20`G，以及由于环境温度的影响， 壳体的金属温度低于或等于一2090，在工艺操作过 程中容器的壁温处于低温状态下的一种压力容器。 低温低应力工况系指壳体或其受压元件的设计温度 虽然低于或等于一209C，但其环向应力小于或等于 钢材标准常温屈服点的1/6，且不大于50MPa时的 工况。低温低应力工况不适用于钢材标准抗拉强度 下限值大于540MPa的低温容器。 低温压力容器在设计时应注意的问题: 在工程上，通常采用以下几种方法来确定处于 低温压力容器的设计温度。 (1)金属温度系指元件金属沿截面厚度的温度 平均值，元件金属两侧的流体温度不同时，通过流体 与壁面间的给热、污垢热阻以及元件金属的热量传 导，利用传热计算可以求得元件两侧金属表面的温 度。但是，由于很多介质的传热系数K值和给热系 数a值难以查出，在工程计算中，多采取经验值代 人。 (2)当受压元件与工作介质直接接触，且外部 有良好的保冷或保温设施时，或容器内流。 体温度接近环境温度，或传热条件使得壳体壁 温接近物料温度，则此时壳体元件的金属温度可以 取为物料温度。 (3)对于已有生产运行的同类容器，可以通过 实际测定确定受压元件的金属温度。 (4)对于露天或无采暖的厂房内(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)放 置的容器，其壳体的金属温度应该考虑在低温环境 中受到的气温条件的影响。 1设计温度的确定 设计温度高于一20℃和设计温度低于一2090， 在设计、选材、制造等方面是截然不同的。所以，设 计温度的确定是低温压力容器设计中一项至关重要 的因素，应从设备在相应设计温度与同时存在的设 计压力一起作为设计载荷条件，和是否受环境温度 影响、介质的温度以及有无保温或保冷等方面，去做 具体问题分析。 2低温压力容器的选材 低温压力容器的选材应考虑设计温度、材料的 低温冲击韧性、壁厚、使用时的拉应力水平、焊接及 焊后热处理等问题。还必须要根据具体用途、具体 使用条件、特定的安全重要性提出必要的、多于 GB150规定或高于GB150合格指标的补充要求。 (1)低温容器受压元件用钢材应是镇静钢，承 受载荷的非受压元件也应该是具有相当韧性且焊接 性能良好的钢材。 (2)一般低温用钢都要求正火处理，正火处理 除可以细化晶粒外，还可以减少由于终轧温度和冷 却速率不同而引起的显微组织不均匀，可降低钢材 无塑性转变温度。 (3)对低温用碳素钢和低合金钢各类钢材，除 因材料截面尺寸太小，无法制取5mmx10mmx 55~的小尺寸试样的情况外，必须按HG20585标 准要求进行低温夏比V型缺口冲击试验。低温容器 用钢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5090。 (4)对于低温容器用碳素钢和低合金钢壳体钢 板，当钢板厚度8 20~时，应按JB/T4730逐张进 行超声波检测，合格级别为l级。 (5)奥氏体高合金钢螺栓材料使用在一100℃以 下时，可以考虑经应变硬化处理以保证需要的强度。 奥氏体高合金钢使用在一196℃以下，还应考虑某些 附加材料试验要求。 (6)使用温度在一100℃到一70℃区间的低合金 钢材料，目前国内尚无适用的钢材产品，可以选用国 外的适用材料，或是直接选用奥氏体高合金钢。 (7)焊接材料应选用与母