低温压力容器设计探析

王志泉

低温压力容器设计探析

王志泉

（山东省化工研究院，山东济南 250014）

相较于常温压力容器，低温压力容器更容易发生脆性断裂，并且具有突发性和预见性差等特点，容易造成严重的事故。为此，着眼于石油化工低温压力容器设计中关键问题的分析，并重点分析了低温压力容器的选材和焊接工艺两个主要方面，对石油化工中常用的低温压力容器设计进行较为详尽的探析。

低温；压力容器；石油化工

1　引言

伴随着第三次科技浪潮的兴起，全球科技发展迅猛，新材料更是成为当今社会关注的热点。在日常生产生活中，经常用到低温压力容器，如液化天然气的生产及运输、特殊气体及液体的保存等，在石油化工中应用尤为普遍。低温压力容器在使用过程中由于其所处环境温度较低，容器脆性表现明显，再受到撞击或者温度剧烈变化时容易造成容器受损或爆炸，造成严重的生命和经济财产损失。为此对低温压力容器设计进行全方位的探析，对于低温压力容器的生产和使用具有重要的现实意义。

2　低温压力容器设计关键问题研究

2.1设计温度

众所周知，不同温度条件下，材质具有迥异的物理性能，所以设计温度在低温压力容器设计中具有至关重要的作用。在众多规范中都明确指出，设计温度的确定必须在综合考虑介质温度和环境温度的基础上进行，做到具体问题具体分析。例如在进行液化石油气管道和储存罐的设计时，温度方面要考虑的因素包括：长距离运输中环境温度的变化，昼夜温差对材料强度的影响等。在此基础上进行结构设计、选材及焊接工艺选择等。

2.2低温压力容器焊接

在进行液化天然气等石油化工类低温压力容器焊接时，应注意以下几点：焊有接管及载荷复杂的附件的容器，需焊后消除应力热处理而不能进行整体热处理时，应考虑焊接部位单独热处理的可能性；附件的连接焊缝不能采用不连续焊或者点焊，而且不应与A、B类焊接接头重合；容器的支腿、鞍座和耳座（球罐除外）宜设置垫板或者连接板，尽量避免直接与容器壳体直接相焊。垫板或者连接板应与本体材料相同。

2.3低温压力容器结构设计

由于低温压力容器主要在低温下使用，温度的变化易对容器强度及稳定性造成影响，所以在进行结构设计时，应尽量消除应力集中的尖角部位。除此之外，在进行结构设计时，还应注意以下几点：①低温压力容器结构要尽量简单，以此减少焊接的复杂性；②尽量减少局部出现高应力，控制结构形状突变几率；③考虑温度梯度对结构的影响；避免截面应力的剧烈变化；④避免焊接过程中将容器支座的焊点设计在壳体上；⑤进行补强处理时，应尽量选用整体补强方案，厚壁管补强次选。

2.4低温压力容器的检验

低温压力容器由于使用条件较为苛刻，对材质强度及整体稳定性的要求较高，需要进行较为严格的检验。根据设计要求装载易燃易爆和有毒物质的压力容器，必须全部进行射线或者超声检测。在对接头进行局部射线检测时，要求检测长度高于接头长度的50%。在低温压力容器液压试验时，要求测试液体温度接近容器设计的最低温度。在进行低温压力容器抗冲击试验中，对于抗冲击材料的吸收功需要对照设计标准按批逐件进行，有条件的还要进行复验。

3　低温压力容器选材探究

3.1受压元件材料选择

材质对于压力容器有着非常重要的意义，低温环境下材质多表现为脆性，由此，在进行低温压力容器选材时，应尽量选择在低温下具有较好韧性的金属材料。在进行低温压力容器受压选材设计时，考虑的问题主要有：材料在低温条件下的抗冲击性；设计的温度；使用条件下的受力情况；焊接工艺；压力容器壁厚等。

3.2非受压元件材料选择

低温压力容器非受压元件主要指受压元件的支撑和连接部分，非受压元件材料必须与受压元件在低温韧性和焊接性能上相匹配。对于支座的设计显得尤为重要，大量实验研究表明：在设计温度低于-70℃时，应采用与受压元件在低温韧性表现相同的同种材料；在设计温度位于-20℃到-70℃情况下，首选低温韧性级别较低的支座钢材。

4　结束语

随着时代的进步和生产生活的需要，低温压力容器的应用必将越来越广泛，由于其工作条件较为苛刻，同时一旦发生意外造成的损失巨大，对低温压力容器设计的研究和探讨具有重大而现实的意义。从低温压力容器焊接、温度设计和结构设计等方面进行了探究，并结合低温压力容器选材应注意的几点要求，对低温压力容器设计进行了较为全面的研究。

［1］ 李东.低温管道与低温压力容器设计问题［J］.黑龙江科学，2016，（5）.

［2］ 李瑞卿，王徐影.低温压力容器及低温管道设计中应注意的问题［J］.化肥工业，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，山东高唐人，高级工程师，主要研究方向为压力容器、工程设计。