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低温压力容器的设计
重庆川维石化工程有限责任公而张文华
摘要:就低温压力容器设计中,从选材、结构设让、焊接、檢验等方雨进行探讨
关键词:低温设计
度应从以下几方面考虑确定
日前在石油化に介业使用的压力容器中,低温压力容器
①对盛装液体,几物料的充装量占容器容积1/4以上
占有一定的比重,因该类压力容器に作温度较低,容器材料∏无保温设施的贮存压力容器,由于液体的热容量较气体
的脆性相应增人。其受压元件在拉应力的作用ド,应力水
に,使受压元件的金属温度要咯于冬季空气调节室外
在低丁材料的屈服亞度,或低丁许用应力的情況下突然发生算温度,所以需把冬季空气调节室外计算温度上升1℃,方
脆性断袈。这种断裂发生的前后,均没イ或只有局部极小的可作为该受压元件的设计温度。
槊性变形,而没有整体屈服,在日常生产中不易觉察,对
②对盛装压缩气体,几无保温设施的贮存压力容器,由
石油化生产的安全成胁更人。因此对于低温压力容器,必于气体的热容量小,受压元件的金属温度按近于冬季空气调
须从设计、选材、制造到检验各个环节的要求与非低温压カ节室外计算温度,所以取冬季空气调节室外计算温度下降2
容器相比都有不同程度的提高。本文对低温压力容器的设
,作为该受压元件的设计温度。
、选材、制造檢验所要注意的问题进行粗略的探讨
③对于.艺参数不清楚或不全的情况,可依相同的
、低温斥力容器的含义
况,并正在运行的设各,采げ实测办法来确定其设计温度。
根据GBI50-1998《钢制压力容器》附录C(标准的附录)
(2)低温下的选材
《低温压力容器》規定,低温压力容器足指芥器的设计温度
低温下的选材应考虑设计温度、材料的低温冲击切性
低于或等于-20℃,以及由于环境的影啊,売体的金属温度壁戸、使用时的抗应力水平、焊接及焊后热处理等问题。
低于或等于-20℃,在工艺操作过程中容界的壁温处于低温
a)低温乐力容器受乐元件所采用的钢材,必须足镇静;
状态下的一种压力容器
b)低温压力容器及其受压元件所米用的钢材,除因材料
二、低温压力容器在设计时应注意的问题
戗面尺」太小,无法制取2.5mmX10mmX55mm的小尺寸」式样的
(1)设计温度的确定
情况外,必须按HG20585标准要求进行夏比(V型缺口)低温
设计温度高」-20℃,和设计温度低」-20℃,在设计、冲击试验。
选材、制造等方丽足截然不同的。所以,设计温度的确定
c)用于制造低温压力容器筒体、封头的钢板,厚度超
是低温压力容器设计中一项至关重要的因素。应从设备在相过标准规定时,需按JB4730进行超卢波检测,合格级别为
应低温下与压力的组合工况,和是不受环境影响、介质的状
态及有尤保温或保冷等方面,去做具体问题分相。
d)与低温压力容器受元件自接焊接的‖受压附件材
在に程上,通常采用以ド儿种方法来确定处于低温下
料,其低況切性及焊接接头性能帯与受压元件匹配
作的压力容器的设计温度
要选用韧性较好的低温容器用钢,使容器的操作温度在
1)通过计算,当受压元两側有热量传递过科时,可钢材的脆性转变温度之上,要求含炭量低,磷、硫令量控
根据传热计算求得在相应的温度下,沿受床元件厚度方向的制在规定范围之内
平均金属温度。计算方法可采用GB151-1999《管売式换热
(3)低温下的结构设计
器》附录G所给出的公式计算。使是,山于很多介质的传
在结构设计中要注意消除结构的应力集中,消除尖角,
热系数K值和给热系数a值难以查出,在工程计算中,多采要有足够的采性。为此在设计时要特别注意以下几个问题
取经验值代入。
a)结构应尽量简单,尽量避免结构形状的突然变化,減
2)当受压元件与Iに作介质直接接触,并イ外保冷或保少局部高应力;
温设施时,可取介质在超作过科中的最低温度或介质的工作
b)避免产生过大的温度梯度
温度减去510℃作为该受压元件的设计温度。
c)应减少局的应力集中以及截面的急制变化
3)当受压元件可能受环境温度控时,即在寒冷地区,
d)附件的连接焊鏠不应采用不连续焊或点焊;
受压容器置于露大或无采暖的)房内(为事放停布所特设的谷
e)容器的乂座宜设置垫板或迹接板,尽量避免南接与容
器及意外降温和停车后的白然温除外),受压元件的设计温器壳体相焊。垫板或连接板按低温用材考虑;
2006.No1752
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科技视野
容器焊イ接管及载荷复杂的附件,需焊后消除应力而
(1)在GB150-1998《钢制压力容器》附求C“低温压力
不能进行整体热处理时,应考虑部件单独热处理的可能性;容器”利GB151-199《管売式换热器》附求A“低温管壳
g)接管补亟应尽可能采用整体补或厚壁管补強,若采式換热器”中,都对“低温低应力工況”作出了明确的定
用补强板,应为全焊透结构,且焊缝圆滑过渡
义:是指体或受乐元件的设计温度虽然低于或等于-20℃C,
h)焊缝的结构设训按GB150及IG20585的规定
但环向应力小于或等于钢材标准常温屈服点的六分之且
i)锥形封头或变径段的半俳角不得超过45。,且应带有不大于50MPa的工沈。当壳体或受压元件使用在“低温低应
折边。折边的弯山半径大于或等于0.1D和3倍壁厚(取大カ工況”下,若共设计温度加50℃后,高于-20℃,不必遵
值),并需イ大」等」25mm的直边。
循本附录的规定
(4)焊接
(2)在HG20585-1998《例制低温压力容器技术规定
a)低温压力容器施焊前应按JB4708进行焊接工艺评定试对“低温低应カ工況”的定义是:指容器壳体或受压元件
验,包括焊缝和热影响区的低温夏比(V型缺口)击试验
在低温(低于等于-20℃)操作条件下?次总体薄膜压力
b)每台低温爪力容器都应制备产品焊接试板
o降到B150规定的材料许用应力[o]与相应焊接接头系数
c)焊接时要采用全焊透结构,?为单面焊的焊缝常因根ゅ的乘积75%以下的工况。按HG20585-1998《钢制低温丿
泓未焊透而带有裂纹性缺陷
力容器技术规定》第三条的规定:对设计温度可以分三和情
d)要选用低氰犁焊条;
沈调整
c)不应使用不连续的焊接型式;
①设计温度不低于-46℃时,“低温低应力工况”容
f)严格控制焊接线能量;
器的设计温度按表1进行调整。
g)对接焊缝的余高不大于焊件厚度的10%,且不大丁3mm
②设计温度低丁ー46℃代不低丁-100℃时,仪当容器
h)焊缝表面不得有裂纹、气孔利咬边等缺陷,成尽量売体或共受压元件的次总体薄膜应力降至小于或等于钢材
打磨光滑
标准常温服点的六分之ー,且不大丁50MPa时,设计温度调
i)不得在非焊接溜位引弧。
整值可以取50℃。
(5)检验
③设计温度低于-100℃时,设计温度调整値为0。
a)对按焊缝要进行100%射线探伤,所有角焊缝要进行
调整后的设计温度等于或低于-20℃C时,压