低温压力容器设计中关键问题的探究

王欧兰++严伟

摘 要：近年来，随着我国社会经济的飞速发展，液压油气能源的大量运输对低温压力容器的需求量急剧增加。由于金属材料在低温状态下，其硬度和韧性会在一定程度上有所降低，进而使得压力容器难以满足低温压力容器的使用要求，从而导致了低温压力容器爆炸事故的发生，这给社会经济财产和人们的生命安全造成了巨大的损失。本文主要从低温压力容器的设计角度出发，探讨了低温压力容器设计中存在的问题，并结合实际情况，提出了几点制作低温压力容器的意见，以期能够为低温压力容器制作提供参考、借鉴。

关键词：低温压力容器 关键问题 材料硬度

中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0221-01

随着世界科技水平的不断提高，尤其是低温材料技术的飞速发展，极大促进了低温压力容器制作的发展，为低温压力容器的广泛使用提供了技术支持。当前，低温压力容器已经广泛应用到了天然气液化、生产、运输等工业生产中，低温压力容器制作工艺的有效提升直接推动了相关行业的快速发展。然而，由于低温压力容器的使用温度极低，这会使得容器材料的脆性急剧增大，当使用温度低到一定程度时，过大的容器脆性会使得容器因轻微碰撞脆性破裂，进而引发气体泄漏，严重的会发生爆炸，这给人们的生命、财产安全带来了巨大的隐患。

当前，低温压力容器的规定设计温度为-20 ℃以下，而且在使用中容器材料的温度要随着环境温度的改变而变化，通常容器金属外壳的材料温度也要低于-20 ℃以下。为了达到低温压力容器的设计要求，通常要在低温下进行容器的制作。在低温压力容器制作过程中，要注意以下几个方面。

1 确定低温压力容器的设计温度

低温压力容器的设计温度关系着容器的使用范围、使用寿命，因此，确定低温压力容器的设计温度对低温压力容器的整体设计至关重要。根据《压力容器》的设计规定，在进行低温压力容器温度设计时，要综合考虑生产介质的温度、生产环境的温度等多方面因素，全面分析可能影响低温压力容器设计的各个因素，排除非关键因素，着重分析、解决关键影响因素，以确保低温压力容器的温度设计符合容器的使用要求。由于低温压力容器的使用环境温度较低，容器材料的脆性会发生极大的变化，因此，在温度设计中，也要加强这方面的考虑。例如：在对环境因素的分析中，要考虑到容器的使用地点，在环境温度上，南北方的环境温度差异是十分明显的，因此，在容器设计上，对容器的各方面性能要求存在着一定程度的差异。

2 低温压力容器材料的选择

由于低温压力容器使用的环境温度较低，而容器材料的脆性、硬度等物理性质极易受到低温的影响而发生极大的变化，如脆性增大、韧性降低等，这会直接导致容器失去其设计要求，影响容器的正常使用。因此，在低温压力容器的生产设计中，要加强对其材料的选择，对于一般的金属材料，我们可以通过改变其成分组成而改变材料的硬度、脆性和韧性，以满足容器生产要求。例如在进行钢材炼制时，可以选择加入适量的金属镍，以改变金属的物理性质，这样可以避免应力的过于集中，进而有效提高材料的韧性，此外，在金属炼制过程中，也可以根据金属冷却速率不同硬度、脆性不同的这一特点，对钢材进行淬火处理。一般根据低温压力容器设计要求的不同，其制作材料主要分为以下三类。

（1）低温压力容器的设计温度高于-40 ℃而低于-20 ℃，针对这种容器设计要求，可选择低碳锰钢材料进行制作。

（2）低温压力容器设计温度高于-196 ℃而低于-40 ℃，这时可以选择镍钢材料进行容器的制作。

（3）低温压力容器设计温度高于-273 ℃而低于-196 ℃，通常选用镍铬合金材料进行容器的生产制作。

3 低温压力容器的结构设计

在低温压力容器结构设计中，结合容器的制作、使用需求，通常，结构设计要注意以下六个方面。

（1）容器的结构设计要尽量简单，以便于容器的焊接制作。

（2）容器的整体形状要具有流线型，尽量避免结构的突然变化，以防止应力过于集中而导致容器破裂情况的发生。

（3）进行完容器焊接后，需要对容器进行应力消除处理，注意要尽量避免对容器整体进行热处理，一般只需要在焊接处进行热处理即可。

（4）要选用同种材料进行容器的制作，避免因材料不同而导致容器产生温度梯度的出现。

（5）在容器附件的焊接过程中，要尽量避免电焊，建议使用连续焊，同时，要注意不得将两种焊接的接头处重合。

（6）在进行容器的支架、底座制作过程中，要在容器和底座、支架间安装垫板，以避免容器与底座直接接触焊接。垫板的材料要与容器的材料保持一致。

4 低温压力容器的焊接要求

在进行低温压力容器焊接过程中，要严格按照《承压设备焊接工艺评定》要求进行焊接，以保证焊接的质量。在焊接时，要选取与容器材料相近、性能相似的焊条进行焊接，这样能够有效确保容器焊接接头和接口的质量。由于低温压力容器主要是盛装液化气体，其温度极低，对钢材的质量要求也极高，因此，在容器焊接过程中，要尽量防止焊接多钢材造成影响，通常选用较细的焊条进行多道焊接，这样能够有效防止因焊接而造成的钢材过热。

在焊接工作完成之后，要对容器进行焊接后的热处理，焊后热处理能够有效消除焊接应力，降低钢材的低温脆断，能够有效提高容器的质量。在进行热处理时，其温度要以焊接处的测量温度作为标准。不正确的热处理会使得容器出现破裂、形变等缺陷，严重影响到低温压力容器的正常使用，因此，在对容器进行热处理时，要严格按照低温压力容器热处理的流程进行，规范操作。

5 低温压力容器的检验

在完成低温压力容器的制作之后，要对容器进行质量检测。对容器的质量检验关系到容器的制作质量和使用安全，通常对于设计温度在-40 ℃以下的容器，要对容器的焊接处进行超声波检测，以确保焊接质量符合容器的使用要求。在进行容器液压试验时，液体温度要高于容器材料设计最低温度。

6 结语

总之，在低温压力容器制作过程中，要严格按照《压力容器》的设计要求进行设计制作，提高容器的制作质量，并在实际使用过程中不断解决容器出现的设计缺陷问题，进而不断提高低温压力容器的设计、制作质量。

参考文献

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[2] 李宁.低温压力容器设计中关键问题的再探讨[J].化工装备技术，2002，23（5）：35-39.endprint