低溫壓力容器設計中關鍵問題的探究

單伯超 苗光鋒 張同勝

山東聯盟特種裝備有限公司

低溫壓力容器設計中關鍵問題的探究

單伯超 苗光鋒 張同勝

山東聯盟特種裝備有限公司

隨著時代的進步和生產生活的需要，低溫壓力容器的應用必將越來越廣泛，由于其工作條件較為苛刻，同時一旦發生意外造成的損失巨大，對低溫壓力容器設計的研究和探討具有重大而現實的意義。因此低溫壓力容器的設計人員應當對于設計中存在的問題有著清晰的了解，從而能夠在此基礎上通過相應對策的有效提出來促進我國壓力容器設計整體水平的有效提升，從而確保工業生產正常運作。基于此本文分析了低溫壓力容器設計中關鍵問題。

低溫壓力容器；設計；問題

1、加強低溫壓力容器設計研究的意義

伴隨著第三次科技浪潮的興起，全球科技發展迅猛，新材料更是成為當今社會關注的熱點。在日常生產生活中，經常用到低溫壓力容器，如液化天然氣的生產及運輸、特殊氣體及液體的保存等，在石油化工中應用尤為普遍。低溫壓力容器在使用過程中由于其所處環境溫度較低，容器脆性表現明顯，再受到撞擊或者溫度劇烈變化時容易造成容器受損或爆炸，造成嚴重的生命和經濟財產損失。為此對低溫壓力容器設計進行全方位的探析，對于低溫壓力容器的生產和使用具有重要的現實意義。

2、低溫壓力容器設計關鍵問題研究

2.1 設計溫度

眾所周知，不同溫度條件下，材質具有迥異的物理性能，所以設計溫度在低溫壓力容器設計中具有至關重要的作用。在眾多規范中都明確指出，設計溫度的確定必須在綜合考慮介質溫度和環境溫度的基礎上進行，做到具體問題具體分析。例如在進行液化石油氣管道和儲存罐的設計時，溫度方面要考慮的因素包括:長距離運輸中環境溫度的變化，晝夜溫差對材料強度的影響等。在此基礎上進行結構設計、選材及焊接工藝選擇等。

2.2 低溫壓力容器焊接

在進行液化天然氣等石油化工類低溫壓力容器焊接時，應注意以下幾點:焊有接管及載荷復雜的附件的容器，需焊后消除應力熱處理而不能進行整體熱處理時，應考慮焊接部位單獨熱處理的可能性;附件的連接焊縫不能采用不連續焊或者點焊，而且不應與A、B類焊接接頭重合;容器的支腿、鞍座和耳座(球罐除外)宜設置墊板或者連接板，盡量避免直接與容器殼體直接相焊。墊板或者連接板應與本體材料相同。

2.3 沒有遵循設計要求

眾所周知在低溫壓力容器的設計過程中應當根據《壓力容器》中的有關要求來進行相應的設計工作，這是提升低溫壓力容器設計質量的基礎與前提。但是在低溫壓力容器的實際設計過程中部分工作人員并沒有遵循設計要求，從而導致了其設計缺陷問題不斷出現。除此之外，沒有遵循設計規則所帶來的問題還體現在許多方面，諸如造成低溫壓力容器脆弱性和的提升和硬度等物理性能的降低，兩者相互作用下會導致低溫壓力容器的韌性受到極大程度的影響，最終使得其無法滿足之前的設計要求和設計目標，更遑論正常的日常使用了。

3、低溫壓力容器設計優化

3.1 材料的合理選擇

由于低溫壓力容器的特殊性，所以在選擇材料上有其嚴格的要求，對低溫壓力容器在安全要求、使用條件以及用途上進行充分的考慮的條件下，還應考慮到低溫壓力容器在選材上對設計的溫度、壁厚、材料的拉力性、焊接等問題進行充分考慮，這樣才能保證在選取材料上的科學性，具體選用材料上主要表現在以下幾個方面：一是對低溫條件下的用鋼進行正火的處理，進而使鋼性在轉變溫度下有所降低；二是在選用低溫容器中的受壓元件應該選用鎮靜鋼，這樣可以使鋼材的焊接性與韌性更加的良好；三是選用低合金鋼與低溫用的碳素鋼等各類鋼材，這樣可以應對V型的沖擊試驗；四是在使用中應該選用溫度在零下100度到零下70度的鋼材，這樣可以保證鋼材硬化處理所需要的強度；五是對于焊接材料的選用尤為關鍵，應該選用低溫韌性強的相近材料，這樣可以保證焊接的結實度等。

3.2 低溫壓力容器的檢查與焊接

針對低溫壓力容器的對接接頭中的設計溫度應該低于零下40度，接頭的厚度應該大于25毫米，并根據“容器”的規定化為第三類低溫壓力容器，根據介質的毒性、燃、爆等特點，對容器進行百分之百的超聲檢測，并對超聲檢測與局部的射線的對接接頭，在監測的長度上不少于百分之五十，并且不少于250毫米。對于在低溫壓力容器在焊接的過程中應該選用較小的焊接線，進行多道焊接，并嚴格遵守與控制焊接線的能量，確保焊接過程中表面的光滑程度，選用拉力強度大的鋼材，這樣才能確保在焊接的過程中與低溫的條件下不會影響到工業的生產與發展。

3.3 合理控制溫度

合理控制溫度對于低溫壓力容器設計問題對策的重要性是不言而喻的。在合理控制溫度的過程中設計人員應當確保低溫壓力容器的設計溫度高于-40℃而低于-20℃，因此針對這種容器自身的設計要求設計人員可以選擇低碳錳鋼材料進行制作。除此之外，在合理控制溫度的過程中如果低溫壓力容器設計溫度高于-196℃而低于-40℃，則設計人員可以選擇鎳鋼材料進行容器的制作。即通過合理的進行溫度的控制來促進低溫壓力容器設計穩定性的有效提升。

3.4 優化環境

環境的分析低溫壓力容器所處的環境將大大影響其性能。例如有些存放地點或者倉庫位于地下，其內部較為陰暗潮濕，也更具有腐蝕性，因此我們對于此類環境下的容器，要進行防腐處理。又例如，有些容器需要暴露在陽光之下，甚至是烈日之下，而其內容物性質不穩定，因此容易發生危險，所以我們對此類容器應當適當的加入耐高溫設計等。未來低溫壓力容器的使用將越來越廣，其需要適應的環境也越來越多，針對這一情況，我們的容器必須要充分的考慮這些環境因素，最大化的提升其環境適應性，避免因為環境問題使得容器出現安全問題，造成不必要的損失。

總之，目前，低溫壓力容器設計方面還存在一定的安全隱患，因此無法保證人們的生活、生命和財產，對使用者的安全有著極其嚴重的影響，對此需要采取有效的措施進行優化，從而確保其能夠正常使用，保障人們安全。

[1]孟雅薇，葛志強.關于低溫壓力容器設計的若干問題的分析[J].科技創新與應用，2012，32:114.

[2]劉英.國內外關于低溫壓力容器設計理念的比較[J].化學工程與裝備，2015，05:187-188.