低溫管道與低溫壓力容器設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討

李明輝

摘要：我國(guó)目前在低溫管道與低溫壓力容器的設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然存在較多的問(wèn)題，成為工業(yè)的正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中的一個(gè)巨大隱患，威脅著給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全?；诖?，本文主要針對(duì)低溫管道與低溫壓力容器設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：低溫管道;低溫壓力容器設(shè)計(jì);問(wèn)題

全球經(jīng)濟(jì)的日新月異伴隨著科技水平的不斷更新和發(fā)展，低溫材料在技術(shù)上面有很明顯的進(jìn)步，同時(shí)也促進(jìn)了低溫壓力容器的制作和設(shè)計(jì)，這些為低溫壓力容器的廣泛使用提供了一定的技術(shù)支保障。生活中我們不難發(fā)現(xiàn)一些天然氣液化和生產(chǎn)以及運(yùn)輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)中都已經(jīng)開(kāi)始普遍應(yīng)用低溫壓力容器，目前，低溫壓力容器還是存在一定的安全隱患，由于它在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中所使用的溫度十分底，容器材料的脆性急速比較大，當(dāng)溫度低到一定的環(huán)境條件，整個(gè)容器材料會(huì)因外界輕微的碰撞而發(fā)生破裂，導(dǎo)致容器內(nèi)氣體泄漏，甚至有可能會(huì)發(fā)生爆炸的情況，無(wú)法保證人們的生活、生命和財(cái)產(chǎn)，這對(duì)于安全來(lái)說(shuō)有著極為嚴(yán)重的影響。

1.低溫管道及低溫壓力容器的溫度設(shè)計(jì)

在壓力容器和管道的設(shè)計(jì)上溫度能起到?jīng)Q定性的作用。溫度高于-20?℃?或低于-20?℃對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)、選材、制造帶來(lái)的影響都截然不同，能否有效的控制溫度是設(shè)計(jì)低溫容器和低溫管道必不可少的因素?！秹毫θ萜鳌逢P(guān)于設(shè)計(jì)也有一定的規(guī)定，低溫壓力容器溫度設(shè)計(jì)的同時(shí)不僅要把整個(gè)生產(chǎn)介質(zhì)、生產(chǎn)環(huán)境的溫度因素進(jìn)行綜合全面的分析并且進(jìn)行考慮，盡可能的排除一切所有能夠影響設(shè)計(jì)有關(guān)的原因以及因素。確保低溫壓力容器的溫度設(shè)計(jì)達(dá)到符合其所有要求的標(biāo)準(zhǔn)。另外，在溫度設(shè)計(jì)過(guò)程中不能忽略低溫壓力容器因使用環(huán)境溫度較低而引發(fā)材料脆性所帶來(lái)的不良變化。使用容器的地點(diǎn)不同，溫度肯定有所差異，比如南北方的環(huán)境溫度差異相比，差異較大，因此，在容器的設(shè)計(jì)上就得首先考慮使用的環(huán)境因素，對(duì)容器各個(gè)方面提出要求，不能存在一絲絲差別，從而做到一絲不茍。

2.低溫管道及低溫壓力容器的選材

材料的低溫沖擊韌性、設(shè)計(jì)溫度、壁厚及使用時(shí)的拉應(yīng)力水平、焊接、焊后熱處理都是在對(duì)低溫管道和低溫壓力容器選材方面所應(yīng)該慎重考慮的問(wèn)題。具體的要求有以下幾個(gè)方面：第一個(gè)方面，所使用的容器和受壓元件采用的鋼材必須是經(jīng)過(guò)采用爐外精煉工藝，并且按照HG?20585標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行夏比（?V形缺口）?低溫沖擊試驗(yàn)由氧氣轉(zhuǎn)爐或電爐進(jìn)行煉制;第二個(gè)方面，其所制造低溫管道和低溫壓力容器的筒體、厚度、封頭的鋼板超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須按照J(rèn)B/T?4730（已由NB?/?T?47013代替）來(lái)進(jìn)行超聲波檢測(cè)，達(dá)到Ⅲ級(jí)合格的級(jí)別;第三個(gè)方面，選擇低溫壓力容器受壓元件直接焊接的非受壓附件材料的鋼韌性質(zhì)量要非常好，操作溫度要在鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度之上，其碳、磷、硫的含量必須在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)，另外低溫韌性及焊接接頭要與受壓元件相匹配，確保其能符合低溫管道及低溫壓力容器的選材標(biāo)準(zhǔn)。

3.低溫管道及低溫壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

容器的制作、使用需求是設(shè)計(jì)低溫管道和低溫壓力容器結(jié)構(gòu)考慮的兩個(gè)因素。在操作過(guò)程中需要注意六個(gè)方面。這六個(gè)方面主要包括：第一方面：簡(jiǎn)單的低溫管道和低溫壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于焊接操作。第二個(gè)方面：盡量選擇有流線型的容器，以防結(jié)構(gòu)突變，應(yīng)力過(guò)于集中導(dǎo)致容器破裂。第三個(gè)方面：焊接完后進(jìn)行應(yīng)力消除時(shí)，只需在焊接處進(jìn)行熱處理。第四個(gè)方面：選材方面要注意選同種材料，避免材料不同產(chǎn)生溫度梯度。第五個(gè)方面：焊接附件的時(shí)候不能將兩種焊接接頭處重合，使用連續(xù)焊避免電焊。第六個(gè)方面：制作容器支架和底座時(shí)，在容器和底座、支架間要安裝與容器材料一樣的墊板，以防容器與底座焊接在一起。

4.低溫管道及低溫壓力容器的焊接

焊接工藝在制造低溫管道和低溫壓力容器中要求很高，需要按照《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定（NB/T47014-2011）》進(jìn)行工藝測(cè)試，并選用與母體材料成分性能相近的具有良好低溫韌性的材料。在規(guī)定的范圍內(nèi)控制好焊線能量，以防焊道過(guò)熱，采用較小的焊接線能量進(jìn)行多道焊接，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是，不能使焊縫金屬在熱影響區(qū)形成粗晶組織導(dǎo)致鋼材的低溫而使得韌性降低。在焊接進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的過(guò)程中要注意焊縫兩側(cè)的母材的有不同的要求，隨時(shí)的控制沖擊焊接試驗(yàn)的溫度保持低于或者等于兩側(cè)母材中的比較高的一方。焊接的接頭必須要避免弧坑不良因素引起的所有缺陷，盡最大努力杜絕出現(xiàn)凸形角焊縫、減小余高的這樣的情況發(fā)生。在壓力測(cè)試錢(qián)進(jìn)行焊后熱處理的同時(shí)應(yīng)該把焊件上的直接測(cè)量作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)，并在處理的過(guò)程中做好連續(xù)的相關(guān)記錄，為了降低低溫脆斷，消除接頭區(qū)域內(nèi)的焊殘余應(yīng)力焊后也同樣要做相應(yīng)的熱處理。因此合理選定容器的熱處理厚度，按照嚴(yán)格工藝參數(shù)，進(jìn)行規(guī)范的焊后操作可以避免容器出現(xiàn)變形、開(kāi)裂、過(guò)熱等不良等缺陷的情況發(fā)生。

5.低溫管道及低溫壓力容器的檢驗(yàn)

要想確保低溫管道和低溫壓力容器成品的質(zhì)量，關(guān)鍵的步驟是檢查工作要做到面面俱到。在檢測(cè)中當(dāng)碳素鋼、低合金剛的厚度高于17mm則需要對(duì)鋼板進(jìn)行焊后熱處理;當(dāng)設(shè)計(jì)溫度不超過(guò)-41℃的A、B類(lèi)焊接接頭，容器外殼的厚度又高于16mm，則需要采用超聲波檢測(cè)的方式來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)低溫壓力容器的A、B類(lèi)焊縫接頭的檢測(cè)注意要采用局部無(wú)線檢測(cè)的方式。，并將焊縫接頭檢測(cè)的長(zhǎng)度控制在50%左右。在對(duì)容器進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格控制液壓溫度，確保試驗(yàn)溫度在沖擊試驗(yàn)最高溫度上加20℃。

6.結(jié)束語(yǔ)

鑒于低溫壓力容器在科學(xué)里面使用的廣泛性和使用材料的特殊性，在設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，尤其對(duì)介質(zhì)、環(huán)境的溫度、容器材質(zhì)的拉應(yīng)力大小進(jìn)行準(zhǔn)確的選擇和分析，避免更多的檢測(cè)費(fèi)用和浪費(fèi)，確保生產(chǎn)出高質(zhì)量要求的產(chǎn)品。

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