談低溫壓力容器設計要點與注意事項

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摘要：當下，工業裝置中有關氣體液化的生產、運輸和使用時間有所增加，低溫技術促進了不同種類低溫壓力容器的前進和變革。低溫壓力容器的設計與常溫容器的設計相比較更加麻煩，故文章主要分析了低溫壓力容器的使用特征和注意要點，并且重點敘述了低溫壓力容器的材料種類、結構設計及其制造工藝等要點，希望可以更好地推動低溫壓力容器設計工作的順利進行。

關鍵詞：低溫壓力容器設備；設計構思；綜合論述；注意要點

1確定低溫壓力容器的設計溫度

設計溫度在-20℃之下可以對碳素鋼、低合金鋼、雙相不銹鋼以及鐵素體等材料能不能作為低溫容器的重要材料。如果設計溫度小于-196℃，用來判別奧氏體不銹鋼容器能不能放在低溫容器當中。工作人員在具體開展設計的時候要調查好容器溫度的影響要素，并且了解容器的使用地點和安裝特點，還包括正常工作環境下容器殼體的金屬溫度。

2材料種類的選擇要點

由于低溫壓力容器的失效是脆性斷裂造成的，這說明鋼材在低溫狀態下有較強的脆性，它的韌性也會隨之降低。低溫鋼材在冶煉方法、熱處理以及化學成分等方面有著不同的要求，所用鋼材具有低溫沖擊的特點，當下，我國低溫用鋼根據使用溫度可以分成類別：首先，設計溫度低于-20℃但高于-40℃，這種容器主要是16MnDR的鋼材，通常運用在容易受到室外環境和溫度影響的空氣儲罐或者氮氣儲罐等。第二，設計溫度低于-40℃但高于-196℃，這種容器主要是ni品牌的低溫鋼材，使用這種材料來制作低溫容器；一般來說，設計溫度為-70℃的09mnnidr可以用于液氨裝置當中；08ni3dr還可以用于生產和制造溫度為-100℃的低溫容器設備。高于-196℃用奧氏體不銹鋼材料，可免做沖擊試驗。第三，設計溫度低于-196℃但是不高于-253℃，這種容器用奧氏體不銹鋼材料，另外，要對這個溫度范圍內的奧氏體不銹鋼進行相關的沖擊檢測。

3低溫壓力容器結構設計的具體要素

3.1設計容器結構的注意事項

首先，設計人員要保證征結構的簡單，減少不必要的約束，還要防止出現太多的附加應力，避免太大的溫度變化，堅持選材一致的原則。第二，設計人員要盡可能地避免結構形狀的突發性改變，減小局部的應力大型，裂紋主要是局部應力較高導致的。第三，接管和殼體連接地帶的角焊縫要合理地運用好凹型圓滑裝置，接管的端部內壁需要做好圓角處理工作。接管補強要使用整體補強或厚壁管補強的辦法。在使用補強圈結構的過程中要結合全焊透結構，并且使用焊縫圓滑加以過渡。第五，支座與殼體在焊接中要放好相應的墊板。3．2設計密封緊固構件低溫壓力容器法需要用到螺柱緊固構件，不可以使用傳統的鐵素體商品緊固構件，要根據設計溫度來選擇相應的材料，一般來說設計溫度在-40℃~-70℃應選擇35CrMoA螺柱材料；而設計溫度在-100℃~-70℃要選擇30CrMoA螺柱材料。還要對硫與磷的化學成分進行限定，做好相應的低溫沖擊實驗。

3．3有效設計密封墊片

密封墊片需要使用聚四氟乙烯或者柔性石墨等材料，它們在低溫狀態下具有較好的彈塑性能，工作人員在使用溫度小于-40℃的密封墊片時要使用奧氏體不銹鋼材料、銅材料或鋁材料，它們屬于低溫環境下較少轉變特性的金屬材料。

4焊接接頭的設計與焊材的采用

由于低溫壓力容器設備在工作的時候要考慮不同焊接接頭的承受重力和性能，那么工作人員要合理地設計好焊接接頭，低溫壓力容器受壓部件經常采用焊接結構的設計方法，a類焊接接頭應使用雙面對接焊或類似雙面焊的全熔透對接焊接接頭，若采用單面焊的對接接頭，工作人員在使用帶墊板的單面焊，那么焊接之后要拆掉墊板。B類焊接接頭的承受軸向應力和A類焊接接頭一樣，因結構限制時，可采用不拆墊板的單面對接焊接接頭。C類和D類焊接接頭不管使用什么形式都是截面全焊透結構。除結構要求外，E類焊接接頭應避免間斷焊和點焊。焊條選用化學成分和力學性能與母材相近的低氫堿性焊條，焊劑選用堿性或中性焊劑，且低溫沖擊值不小于標準的規定，還應復驗熔敷金屬擴散氫含量。不同種類的鋼焊接工藝判定和產品焊接試板也要符合相關要求：首先，焊接接頭的抗拉強度不可以比周邊母材中的最小抗拉強度還小；第二，鐵素體側的熔合線和熱影響區的沖擊功力與鐵素體鋼的抗拉強度有關。第三，工作人員還要對接頭進行相應的側彎實驗操作，將彎心直徑設置在4倍試樣的厚度大小。完成了彎曲實驗操作之后拉伸面上測量裂縫大小不可以大小1.5mm，熔合線處不可以大于3mm的開裂缺陷。（和前面選材有沖突）

5制造檢驗的注意事項

低溫壓力容器制造前需對容器用鋼材進行復驗，對于第三類容器和球罐用鋼材應進行全項目復驗。低溫壓力容器設備在焊接之前要依照相關標準和規范來評定焊接工藝的合格與否，低溫容器的焊接處需要掌控好線能量大小，工藝評定范圍之內可以使用較小的焊接線能量。焊縫表敏不允許存在咬邊等缺陷。如果低溫容器中存在a類縱向焊接接頭容器，工作人員就要制備好產品焊接部件，產品焊接部件就是在實際制作的時候讓制作焊工根據原產品的形狀進行操作，確保在相同的焊接工藝與條件下，產品的焊接接頭能夠有效的焊接，不可以出現產品完成后再次補做的現象。低溫壓力容器采用設計文件規定的方法進行檢測，熱處理等制造數據必須有記錄可追溯。

6結語

總而言之，低溫壓力容器能夠在低溫環境下科學地運轉，對比其他適應高溫度環境的低溫壓力容器，低溫壓力容器會遇到一些意外破損的情況。如果低溫壓力容器出現顯著的缺口或者缺陷，這就表示低溫壓力容器的使用溫度太低，那么低溫壓力容易就很有可能脆斷或者破壞，從而引發一系列的危險，還會影響施工人員的生命安全，甚至給企業的經濟帶來嚴重影響。所以工作人員在設計低溫壓力容器的時候要關注溫度對低溫壓力容器的影響，進而有效地降低低溫壓力容器的潛在安全危險。

參考文獻

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［3］海瑩，張科，王莎.低溫鋼制壓力容器施工工藝要點［J］.石化技術，2018，（9）：100.

作者：滕雪松 單位：大慶市達峰石油化工設計有限公司