论文部分内容阅读
摘要：现如今，低温压力容器的应用十分广泛。本文主要从低温压力容器确定、选材、结构设计、制造和检验几方面重点进行了阐述了关于低温压力容器设计和所要注意的各种事项，仅为读者提供一些有价值的参考。
关键词：低温压力容器；选材；结构设计；制造和检验
文章编号：1674-3954（2013）09-0161-02
近年来，石油化工企业中，压力容器的使用较多。再加上，因气体液化、分离、气体生产、储存与应用等十分普遍，因此，在发展低温技术过程中，低温压力容器的使用所占的比例是非常大的。所以，一般来说，此类压力容器在工作时，其温度是比较低的，这样一来，增大了容器材料脆性。在拉应力作用下，受压元件的应力水平小于材料屈服强度时，会突然产生脆性断裂现象。而在发生此种断裂前后，都没有活着只有局部产生很小的塑性变形，并不是整体都出现屈服。因此，在日常生产当中，此种断裂是很难被察觉到的，特别是对石油化工企业安全性带来较大的危害。所以，针对低温压力容器，要从多个反面进行考虑，比如：设计、选材、制造和检验等等。但是，低温压力容器和非低温压力容器比较来说，获得很大程度提高。
1 关于低温压力容器的选用
因當前针对低温压力容器的要求偏高，这样一来，导致低温压力容器造价会远远高于普通压力容器。因此，在设计过程中，相关人员要结合具体的设计条件，准确判断出所选用的容器是否在低温压力容器的范畴之内。而结合我国现有的关于《压力容器》的规范，低温容器指的是其设计温度能够低于低合金钢、不锈钢以及其它铁元素的不锈钢容器，而且要求设计温度要低于-196℃的奥氏体不锈钢容器。若容器是由碳素钢或者是低合金钢制成的，因受到外界环境温度影响，从而使得在操作条件要求下，其容器壳体金属温度在低于-20℃时，也要按照低温压力容器规定予以科学的设计。此外，在规定中，还对低温低应力工况予以定义：壳体或者是受压元件设计温度尽管在-20℃以下，要求设计应力小于或者是等于钢材标准常温下，屈服强度的1/6，并且不能超出50MPa时的工况。所以，在设计过程中，要通过准确的计算，确定所使用容器是否在低温低应力工况范畴之内，若不属于低温低应力工况，那么就要严格按照低温压力容器设计。
2 低温压力容器选材
2.1受压元件材料选择
低温压力容器质量是由低温钢材质量所决定的。其低温钢材按照使用温度的不同，将其大致分为三类：第一类，-40℃以上温度，常使用碳锰钢；第二类，温度在-40～-196℃时，常选用低碳钢或者是中镍钢；第三类，温度在-196～-273℃时，常选用铬镍奥氏钢体。
一般来说，钢材在低温条件下，其失效形式主要为脆性断裂。若钢材温度在低于脆性温度时，便会在有缺口的地方，有可能出现低应力下的脆性断裂。在低温环境下，其钢材冲击值AKV，直观的反映出在缺口尖端处塑性变形能力与裂纹扩展的敏感性，即统称为低温韧性。所以，在选材过程中，要确保低温韧性对低温压力容器是非常重要的，同时在有充足低温韧性基础上，最好使用强度偏高的钢材。为使钢材有较好低温韧性，要求在冶炼低温压力容器时，要选用平炉或者电炉，同时要求必须使用镇静钢。从钢材的化学成分来分析，钢材的选择要使用含硫、磷偏低的，通常硫的含量要小于或等于0.02%，磷的含量要小于或等于0.03%。此外，对钢材还要进行无损检测，检测是否存在夹层、裂纹等缺陷存在。通常情况下，低温钢材都是在正火状态；而镍系低温钢和一些高强度低温钢都在正火和回火状态，也或者是在调质状态。并且，为进一步提高钢材塑性储备，要大大提高应力集中部位处的应力分配能力，要求钢材屈强比要尽量小。
2.2非受压元件材料选择
当非受压元件材料在和低温压力容器的受压元件相焊接时，低温韧性和焊接接头性能要和受压元件相互匹配。特别是对低温压力容器来说，支座选材是非常重要的；若要求设计温度不能高于-70℃低温容器，支座材料最好选用低温韧性和受压元件相同的材料；而要求设计温度高于-70℃时且不能低于-20℃低温容器，支座材料要是有低温韧性比受压元件第一个等级的材料。如果安装环境极低，那么其支座材料在选择时，要全面考虑环境温度带来的影响。
2.3主螺柱和螺母的使用
通常来说，低温压力容器主螺柱是有35CrMoA，螺母则是选用30CrMoA，其都为调质状态，同时还需要进行低温冲击试验。完成主螺柱和螺母的磁粉检测。
2.4采用法兰用密封垫片
对于低温压力容器的法兰密封垫片在选用时，必须要满足相关的规范要求。若温度低于-40℃，其密封垫片最好选用金属材料，例如：奥氏体不锈钢、铜等，这是因为上述金属材料在低温环境下，转变特性较弱；若密封垫片使用的为非金属材料，例如：石墨、石棉橡胶板等，这些材料在低温环境当中，其表现出较好的弹塑性。
2.5焊条的使用
在选用焊条时，要求其化学成分与力学性能都和母材相近的低氢碱性焊条，焊剂选用中性或者是碱性，而且要求低温冲击值不能低于标准规定要求。所有的低温容器焊条都要分批检验药皮含水量是否合格。
3 关于低温压力容器结构设计的探究
对低温压力容器结构进行设计要，要特别注意消除结构中的应力，消除尖角，而且要有足够的柔性，此外，我们还必须注意好以下几点问题：①结构应力要简单，降低约束力。②避免结构形状的突变，从而减少局部高应力的产生，将接管的端部，磨呈圆角，逐步过渡到圆滑状态。③减少较大温度梯度的产生。④结构设计要减少截面产生的急剧变化。⑤附件连接焊缝不能点焊形式。⑥容器制作应该设置垫板，不能将其直接焊接到壳体上。设计压力必须要确保大于或者是等于1.6MPa，若盛放易燃或者是毒性较强的物质时，要选用容器法兰等。
4 低温压力容器制造和检验
（1）在对低温钢材进行加工之前，首先对钢材进行复验，检查低温压力容器质量是否达到设计要求。低温压力容器的钢材进行加工时，还要对低温冲击值加以复验，这样一来，才可以确保低温钢材有较强的低温韧性，不容易产生灾难性破坏。除此之外，也需要对低温三类压力容器以及球罐钢材完成全项目复验，也就是说，检查材料化学性、机械性能以及低温冲击值是否达到设计要求。
（2）制造低温压力容器的封头钢板，其当厚度超出标准范围时，还要进行超声波检验，其合格级是三级。
（3）对于低温压力容器对接焊缝，其满足《压力容器》中10.3.1的某一种情况时，就必须进行超声波检测；而低温压力容器符合《压力容器》规定中的10.3.2情况时，可允许对局部进行无损检测，而且要求检测的长度不能低于各个焊接接头长度的50%，也就是说不能少于250mm。然而，对于安歇需要进行超声波检测的低温容器来说，对T型接头、对接焊缝以及角焊缝等都要进行渗透检测。除此之外，关于受压元件和非受压元件连接焊缝，也要严格按照规范要求进行检验。
（4）对于其钢板厚度超出16mm的碳素钢或者是低合金钢等，对元件焊接首先要进行焊后热处理，其热处理内容主要包含：受压元件和承受大荷载强度计算的非受压元件焊接缝，例如：壳体和支座垫板、支座零部件的连接焊缝等。在对低温压力容器进行焊接之后，需要进一步消除应力热处理之外，还需要消除焊接残余应力，同时去除掉焊缝金属的氢气，特别是对加工变形区组织来说，需要大大提高低温的人选，只有这样，才能够大大降低低温容器产生脆性断裂的发生，与此同时，这也是确保低温压力容器质量的一个有效手段。
5 结束语
总体来说，近年来，石油化工企业中，压力容器的使用较多。再加上，因气体液化、分离、气体生产、储存与应用等十分普遍，因此，在发展低温技术过程中，低温压力容器的使用所占的比例是非常大的。所以，一般来说，此类压力容器在工作时，其温度是比较低的，这样一来，增大了容器材料脆性。进而增加了脆性断裂现象的产生。但是，在日常生产当中，脆性断裂是很难被察觉到的，特别是对石油化工企业安全性带来较大的危害。因此，本文作者针对低温压力容器，要从多个反面进行考虑，比如：设计、选材、制造和检验等等。但是，低温压力容器和非低温压力容器比较来说，以便在对低温压力容器设计中，取得显著提高。与此同时，这对今后低温压力容器的发展也会产生诸多积极影响，更好的为人们的日常生产和生产所服务。
关键词：低温压力容器；选材；结构设计；制造和检验
文章编号：1674-3954（2013）09-0161-02
近年来，石油化工企业中，压力容器的使用较多。再加上，因气体液化、分离、气体生产、储存与应用等十分普遍，因此，在发展低温技术过程中，低温压力容器的使用所占的比例是非常大的。所以，一般来说，此类压力容器在工作时，其温度是比较低的，这样一来，增大了容器材料脆性。在拉应力作用下，受压元件的应力水平小于材料屈服强度时，会突然产生脆性断裂现象。而在发生此种断裂前后，都没有活着只有局部产生很小的塑性变形，并不是整体都出现屈服。因此，在日常生产当中，此种断裂是很难被察觉到的，特别是对石油化工企业安全性带来较大的危害。所以，针对低温压力容器，要从多个反面进行考虑，比如：设计、选材、制造和检验等等。但是，低温压力容器和非低温压力容器比较来说，获得很大程度提高。
1 关于低温压力容器的选用
因當前针对低温压力容器的要求偏高，这样一来，导致低温压力容器造价会远远高于普通压力容器。因此，在设计过程中，相关人员要结合具体的设计条件，准确判断出所选用的容器是否在低温压力容器的范畴之内。而结合我国现有的关于《压力容器》的规范，低温容器指的是其设计温度能够低于低合金钢、不锈钢以及其它铁元素的不锈钢容器，而且要求设计温度要低于-196℃的奥氏体不锈钢容器。若容器是由碳素钢或者是低合金钢制成的，因受到外界环境温度影响，从而使得在操作条件要求下，其容器壳体金属温度在低于-20℃时，也要按照低温压力容器规定予以科学的设计。此外，在规定中，还对低温低应力工况予以定义：壳体或者是受压元件设计温度尽管在-20℃以下，要求设计应力小于或者是等于钢材标准常温下，屈服强度的1/6，并且不能超出50MPa时的工况。所以，在设计过程中，要通过准确的计算，确定所使用容器是否在低温低应力工况范畴之内，若不属于低温低应力工况，那么就要严格按照低温压力容器设计。
2 低温压力容器选材
2.1受压元件材料选择
低温压力容器质量是由低温钢材质量所决定的。其低温钢材按照使用温度的不同，将其大致分为三类：第一类，-40℃以上温度，常使用碳锰钢；第二类，温度在-40～-196℃时，常选用低碳钢或者是中镍钢；第三类，温度在-196～-273℃时，常选用铬镍奥氏钢体。
一般来说，钢材在低温条件下，其失效形式主要为脆性断裂。若钢材温度在低于脆性温度时，便会在有缺口的地方，有可能出现低应力下的脆性断裂。在低温环境下，其钢材冲击值AKV，直观的反映出在缺口尖端处塑性变形能力与裂纹扩展的敏感性，即统称为低温韧性。所以，在选材过程中，要确保低温韧性对低温压力容器是非常重要的，同时在有充足低温韧性基础上，最好使用强度偏高的钢材。为使钢材有较好低温韧性，要求在冶炼低温压力容器时，要选用平炉或者电炉，同时要求必须使用镇静钢。从钢材的化学成分来分析，钢材的选择要使用含硫、磷偏低的，通常硫的含量要小于或等于0.02%，磷的含量要小于或等于0.03%。此外，对钢材还要进行无损检测，检测是否存在夹层、裂纹等缺陷存在。通常情况下，低温钢材都是在正火状态；而镍系低温钢和一些高强度低温钢都在正火和回火状态，也或者是在调质状态。并且，为进一步提高钢材塑性储备，要大大提高应力集中部位处的应力分配能力，要求钢材屈强比要尽量小。
2.2非受压元件材料选择
当非受压元件材料在和低温压力容器的受压元件相焊接时，低温韧性和焊接接头性能要和受压元件相互匹配。特别是对低温压力容器来说，支座选材是非常重要的；若要求设计温度不能高于-70℃低温容器，支座材料最好选用低温韧性和受压元件相同的材料；而要求设计温度高于-70℃时且不能低于-20℃低温容器，支座材料要是有低温韧性比受压元件第一个等级的材料。如果安装环境极低，那么其支座材料在选择时，要全面考虑环境温度带来的影响。
2.3主螺柱和螺母的使用
通常来说，低温压力容器主螺柱是有35CrMoA，螺母则是选用30CrMoA，其都为调质状态，同时还需要进行低温冲击试验。完成主螺柱和螺母的磁粉检测。
2.4采用法兰用密封垫片
对于低温压力容器的法兰密封垫片在选用时，必须要满足相关的规范要求。若温度低于-40℃，其密封垫片最好选用金属材料，例如：奥氏体不锈钢、铜等，这是因为上述金属材料在低温环境下，转变特性较弱；若密封垫片使用的为非金属材料，例如：石墨、石棉橡胶板等，这些材料在低温环境当中，其表现出较好的弹塑性。
2.5焊条的使用
在选用焊条时，要求其化学成分与力学性能都和母材相近的低氢碱性焊条，焊剂选用中性或者是碱性，而且要求低温冲击值不能低于标准规定要求。所有的低温容器焊条都要分批检验药皮含水量是否合格。
3 关于低温压力容器结构设计的探究
对低温压力容器结构进行设计要，要特别注意消除结构中的应力，消除尖角，而且要有足够的柔性，此外，我们还必须注意好以下几点问题：①结构应力要简单，降低约束力。②避免结构形状的突变，从而减少局部高应力的产生，将接管的端部，磨呈圆角，逐步过渡到圆滑状态。③减少较大温度梯度的产生。④结构设计要减少截面产生的急剧变化。⑤附件连接焊缝不能点焊形式。⑥容器制作应该设置垫板，不能将其直接焊接到壳体上。设计压力必须要确保大于或者是等于1.6MPa，若盛放易燃或者是毒性较强的物质时，要选用容器法兰等。
4 低温压力容器制造和检验
（1）在对低温钢材进行加工之前，首先对钢材进行复验，检查低温压力容器质量是否达到设计要求。低温压力容器的钢材进行加工时，还要对低温冲击值加以复验，这样一来，才可以确保低温钢材有较强的低温韧性，不容易产生灾难性破坏。除此之外，也需要对低温三类压力容器以及球罐钢材完成全项目复验，也就是说，检查材料化学性、机械性能以及低温冲击值是否达到设计要求。
（2）制造低温压力容器的封头钢板，其当厚度超出标准范围时，还要进行超声波检验，其合格级是三级。
（3）对于低温压力容器对接焊缝，其满足《压力容器》中10.3.1的某一种情况时，就必须进行超声波检测；而低温压力容器符合《压力容器》规定中的10.3.2情况时，可允许对局部进行无损检测，而且要求检测的长度不能低于各个焊接接头长度的50%，也就是说不能少于250mm。然而，对于安歇需要进行超声波检测的低温容器来说，对T型接头、对接焊缝以及角焊缝等都要进行渗透检测。除此之外，关于受压元件和非受压元件连接焊缝，也要严格按照规范要求进行检验。
（4）对于其钢板厚度超出16mm的碳素钢或者是低合金钢等，对元件焊接首先要进行焊后热处理，其热处理内容主要包含：受压元件和承受大荷载强度计算的非受压元件焊接缝，例如：壳体和支座垫板、支座零部件的连接焊缝等。在对低温压力容器进行焊接之后，需要进一步消除应力热处理之外，还需要消除焊接残余应力，同时去除掉焊缝金属的氢气，特别是对加工变形区组织来说，需要大大提高低温的人选，只有这样，才能够大大降低低温容器产生脆性断裂的发生，与此同时，这也是确保低温压力容器质量的一个有效手段。
5 结束语
总体来说，近年来，石油化工企业中，压力容器的使用较多。再加上，因气体液化、分离、气体生产、储存与应用等十分普遍，因此，在发展低温技术过程中，低温压力容器的使用所占的比例是非常大的。所以，一般来说，此类压力容器在工作时，其温度是比较低的，这样一来，增大了容器材料脆性。进而增加了脆性断裂现象的产生。但是，在日常生产当中，脆性断裂是很难被察觉到的，特别是对石油化工企业安全性带来较大的危害。因此，本文作者针对低温压力容器，要从多个反面进行考虑，比如：设计、选材、制造和检验等等。但是，低温压力容器和非低温压力容器比较来说，以便在对低温压力容器设计中，取得显著提高。与此同时，这对今后低温压力容器的发展也会产生诸多积极影响，更好的为人们的日常生产和生产所服务。