低溫壓力容器設(shè)計探析

王志泉

低溫壓力容器設(shè)計探析

王志泉

（山東省化工研究院，山東濟(jì)南 250014）

相較于常溫壓力容器，低溫壓力容器更容易發(fā)生脆性斷裂，并且具有突發(fā)性和預(yù)見性差等特點，容易造成嚴(yán)重的事故。為此，著眼于石油化工低溫壓力容器設(shè)計中關(guān)鍵問題的分析，并重點分析了低溫壓力容器的選材和焊接工藝兩個主要方面，對石油化工中常用的低溫壓力容器設(shè)計進(jìn)行較為詳盡的探析。

低溫；壓力容器；石油化工

1　引言

伴隨著第三次科技浪潮的興起，全球科技發(fā)展迅猛，新材料更是成為當(dāng)今社會關(guān)注的熱點。在日常生產(chǎn)生活中，經(jīng)常用到低溫壓力容器，如液化天然氣的生產(chǎn)及運輸、特殊氣體及液體的保存等，在石油化工中應(yīng)用尤為普遍。低溫壓力容器在使用過程中由于其所處環(huán)境溫度較低，容器脆性表現(xiàn)明顯，再受到撞擊或者溫度劇烈變化時容易造成容器受損或爆炸，造成嚴(yán)重的生命和經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失。為此對低溫壓力容器設(shè)計進(jìn)行全方位的探析，對于低溫壓力容器的生產(chǎn)和使用具有重要的現(xiàn)實意義。

2　低溫壓力容器設(shè)計關(guān)鍵問題研究

2.1設(shè)計溫度

眾所周知，不同溫度條件下，材質(zhì)具有迥異的物理性能，所以設(shè)計溫度在低溫壓力容器設(shè)計中具有至關(guān)重要的作用。在眾多規(guī)范中都明確指出，設(shè)計溫度的確定必須在綜合考慮介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度的基礎(chǔ)上進(jìn)行，做到具體問題具體分析。例如在進(jìn)行液化石油氣管道和儲存罐的設(shè)計時，溫度方面要考慮的因素包括：長距離運輸中環(huán)境溫度的變化，晝夜溫差對材料強(qiáng)度的影響等。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、選材及焊接工藝選擇等。

2.2低溫壓力容器焊接

在進(jìn)行液化天然氣等石油化工類低溫壓力容器焊接時，應(yīng)注意以下幾點：焊有接管及載荷復(fù)雜的附件的容器，需焊后消除應(yīng)力熱處理而不能進(jìn)行整體熱處理時，應(yīng)考慮焊接部位單獨熱處理的可能性；附件的連接焊縫不能采用不連續(xù)焊或者點焊，而且不應(yīng)與A、B類焊接接頭重合；容器的支腿、鞍座和耳座（球罐除外）宜設(shè)置墊板或者連接板，盡量避免直接與容器殼體直接相焊。墊板或者連接板應(yīng)與本體材料相同。

2.3低溫壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于低溫壓力容器主要在低溫下使用，溫度的變化易對容器強(qiáng)度及穩(wěn)定性造成影響，所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量消除應(yīng)力集中的尖角部位。除此之外，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，還應(yīng)注意以下幾點：①低溫壓力容器結(jié)構(gòu)要盡量簡單，以此減少焊接的復(fù)雜性；②盡量減少局部出現(xiàn)高應(yīng)力，控制結(jié)構(gòu)形狀突變幾率；③考慮溫度梯度對結(jié)構(gòu)的影響；避免截面應(yīng)力的劇烈變化；④避免焊接過程中將容器支座的焊點設(shè)計在殼體上；⑤進(jìn)行補強(qiáng)處理時，應(yīng)盡量選用整體補強(qiáng)方案，厚壁管補強(qiáng)次選。

2.4低溫壓力容器的檢驗

低溫壓力容器由于使用條件較為苛刻，對材質(zhì)強(qiáng)度及整體穩(wěn)定性的要求較高，需要進(jìn)行較為嚴(yán)格的檢驗。根據(jù)設(shè)計要求裝載易燃易爆和有毒物質(zhì)的壓力容器，必須全部進(jìn)行射線或者超聲檢測。在對接頭進(jìn)行局部射線檢測時，要求檢測長度高于接頭長度的50%。在低溫壓力容器液壓試驗時，要求測試液體溫度接近容器設(shè)計的最低溫度。在進(jìn)行低溫壓力容器抗沖擊試驗中，對于抗沖擊材料的吸收功需要對照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按批逐件進(jìn)行，有條件的還要進(jìn)行復(fù)驗。

3　低溫壓力容器選材探究

3.1受壓元件材料選擇

材質(zhì)對于壓力容器有著非常重要的意義，低溫環(huán)境下材質(zhì)多表現(xiàn)為脆性，由此，在進(jìn)行低溫壓力容器選材時，應(yīng)盡量選擇在低溫下具有較好韌性的金屬材料。在進(jìn)行低溫壓力容器受壓選材設(shè)計時，考慮的問題主要有：材料在低溫條件下的抗沖擊性；設(shè)計的溫度；使用條件下的受力情況；焊接工藝；壓力容器壁厚等。

3.2非受壓元件材料選擇

低溫壓力容器非受壓元件主要指受壓元件的支撐和連接部分，非受壓元件材料必須與受壓元件在低溫韌性和焊接性能上相匹配。對于支座的設(shè)計顯得尤為重要，大量實驗研究表明：在設(shè)計溫度低于-70℃時，應(yīng)采用與受壓元件在低溫韌性表現(xiàn)相同的同種材料；在設(shè)計溫度位于-20℃到-70℃情況下，首選低溫韌性級別較低的支座鋼材。

4　結(jié)束語

隨著時代的進(jìn)步和生產(chǎn)生活的需要，低溫壓力容器的應(yīng)用必將越來越廣泛，由于其工作條件較為苛刻，同時一旦發(fā)生意外造成的損失巨大，對低溫壓力容器設(shè)計的研究和探討具有重大而現(xiàn)實的意義。從低溫壓力容器焊接、溫度設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面進(jìn)行了探究，并結(jié)合低溫壓力容器選材應(yīng)注意的幾點要求，對低溫壓力容器設(shè)計進(jìn)行了較為全面的研究。

［1］ 李東.低溫管道與低溫壓力容器設(shè)計問題［J］.黑龍江科學(xué)，2016，（5）.

［2］ 李瑞卿，王徐影.低溫壓力容器及低溫管道設(shè)計中應(yīng)注意的問題［J］.化肥工業(yè)，2013，（3）.

Analysis of Low Temperature Pressure Cessel Design

Wang Zhi-quan

Compared with the normal temperature pressure vessel，the low temperature pressure vessel is more prone to brittle fracture，and it has the characteristics of unexpected and poor predictability，which is easy to cause serious accidents.Therefore，focuses on the analysis of key problems of petrochemical low-temperature pressure vessel design，and analyzes the two main aspects of the selection of low temperature pressure vessel and welding process，analyzes the detailed design of low temperature pressure vessel used in petrochemical industry.

low temperature；pressure vessel；petrochemical industry

TH49

A

1003-6490（2016）06-0079-01

2016-06-05

王志泉（1967—），男，山東高唐人，高級工程師，主要研究方向為壓力容器、工程設(shè)計。