低溫壓力容器設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題的探究

單伯超 苗光鋒 張同勝

山東聯(lián)盟特種裝備有限公司

低溫壓力容器設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題的探究

單伯超 苗光鋒 張同勝

山東聯(lián)盟特種裝備有限公司

隨著時(shí)代的進(jìn)步和生產(chǎn)生活的需要，低溫壓力容器的應(yīng)用必將越來越廣泛，由于其工作條件較為苛刻，同時(shí)一旦發(fā)生意外造成的損失巨大，對低溫壓力容器設(shè)計(jì)的研究和探討具有重大而現(xiàn)實(shí)的意義。因此低溫壓力容器的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對于設(shè)計(jì)中存在的問題有著清晰的了解，從而能夠在此基礎(chǔ)上通過相應(yīng)對策的有效提出來促進(jìn)我國壓力容器設(shè)計(jì)整體水平的有效提升，從而確保工業(yè)生產(chǎn)正常運(yùn)作。基于此本文分析了低溫壓力容器設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題。

低溫壓力容器；設(shè)計(jì)；問題

1、加強(qiáng)低溫壓力容器設(shè)計(jì)研究的意義

伴隨著第三次科技浪潮的興起，全球科技發(fā)展迅猛，新材料更是成為當(dāng)今社會關(guān)注的熱點(diǎn)。在日常生產(chǎn)生活中，經(jīng)常用到低溫壓力容器，如液化天然氣的生產(chǎn)及運(yùn)輸、特殊氣體及液體的保存等，在石油化工中應(yīng)用尤為普遍。低溫壓力容器在使用過程中由于其所處環(huán)境溫度較低，容器脆性表現(xiàn)明顯，再受到撞擊或者溫度劇烈變化時(shí)容易造成容器受損或爆炸，造成嚴(yán)重的生命和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。為此對低溫壓力容器設(shè)計(jì)進(jìn)行全方位的探析，對于低溫壓力容器的生產(chǎn)和使用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2、低溫壓力容器設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題研究

2.1 設(shè)計(jì)溫度

眾所周知，不同溫度條件下，材質(zhì)具有迥異的物理性能，所以設(shè)計(jì)溫度在低溫壓力容器設(shè)計(jì)中具有至關(guān)重要的作用。在眾多規(guī)范中都明確指出，設(shè)計(jì)溫度的確定必須在綜合考慮介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度的基礎(chǔ)上進(jìn)行，做到具體問題具體分析。例如在進(jìn)行液化石油氣管道和儲存罐的設(shè)計(jì)時(shí)，溫度方面要考慮的因素包括:長距離運(yùn)輸中環(huán)境溫度的變化，晝夜溫差對材料強(qiáng)度的影響等。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材及焊接工藝選擇等。

2.2 低溫壓力容器焊接

在進(jìn)行液化天然氣等石油化工類低溫壓力容器焊接時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn):焊有接管及載荷復(fù)雜的附件的容器，需焊后消除應(yīng)力熱處理而不能進(jìn)行整體熱處理時(shí)，應(yīng)考慮焊接部位單獨(dú)熱處理的可能性;附件的連接焊縫不能采用不連續(xù)焊或者點(diǎn)焊，而且不應(yīng)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(shè)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(yīng)與本體材料相同。

2.3 沒有遵循設(shè)計(jì)要求

眾所周知在低溫壓力容器的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)《壓力容器》中的有關(guān)要求來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，這是提升低溫壓力容器設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)與前提。但是在低溫壓力容器的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中部分工作人員并沒有遵循設(shè)計(jì)要求，從而導(dǎo)致了其設(shè)計(jì)缺陷問題不斷出現(xiàn)。除此之外，沒有遵循設(shè)計(jì)規(guī)則所帶來的問題還體現(xiàn)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(dǎo)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(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，更遑論正常的日常使用了。

3、低溫壓力容器設(shè)計(jì)優(yōu)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(yán)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(jìn)行充分的考慮的條件下，還應(yīng)考慮到低溫壓力容器在選材上對設(shè)計(jì)的溫度、壁厚、材料的拉力性、焊接等問題進(jìn)行充分考慮，這樣才能保證在選取材料上的科學(xué)性，具體選用材料上主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是對低溫條件下的用鋼進(jìn)行正火的處理，進(jìn)而使鋼性在轉(zhuǎn)變溫度下有所降低；二是在選用低溫容器中的受壓元件應(yīng)該選用鎮(zhèn)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(yīng)對V型的沖擊試驗(yàn)；四是在使用中應(yīng)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(qiáng)度；五是對于焊接材料的選用尤為關(guān)鍵，應(yīng)該選用低溫韌性強(qiáng)的相近材料，這樣可以保證焊接的結(jié)實(shí)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(shè)計(jì)溫度應(yīng)該低于零下40度，接頭的厚度應(yīng)該大于25毫米，并根據(jù)“容器”的規(guī)定化為第三類低溫壓力容器，根據(jù)介質(zhì)的毒性、燃、爆等特點(diǎn)，對容器進(jìn)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(jiān)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(yīng)該選用較小的焊接線，進(jìn)行多道焊接，并嚴(yán)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(qiáng)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(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展。

3.3 合理控制溫度

合理控制溫度對于低溫壓力容器設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)確保低溫壓力容器的設(shè)計(jì)溫度高于-40℃而低于-20℃，因此針對這種容器自身的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員可以選擇低碳錳鋼材料進(jìn)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(shè)計(jì)溫度高于-196℃而低于-40℃，則設(shè)計(jì)人員可以選擇鎳鋼材料進(jìn)行容器的制作。即通過合理的進(jìn)行溫度的控制來促進(jìn)低溫壓力容器設(shè)計(jì)穩(wěn)定性的有效提升。

3.4 優(yōu)化環(huán)境

環(huán)境的分析低溫壓力容器所處的環(huán)境將大大影響其性能。例如有些存放地點(diǎn)或者倉庫位于地下，其內(nèi)部較為陰暗潮濕，也更具有腐蝕性，因此我們對于此類環(huán)境下的容器，要進(jìn)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(nèi)容物性質(zhì)不穩(wěn)定，因此容易發(fā)生危險(xiǎn)，所以我們對此類容器應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)募尤肽透邷卦O(shè)計(jì)等。未來低溫壓力容器的使用將越來越廣，其需要適應(yīng)的環(huán)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(huán)境因素，最大化的提升其環(huán)境適應(yīng)性，避免因?yàn)榄h(huán)境問題使得容器出現(xiàn)安全問題，造成不必要的損失。

總之，目前，低溫壓力容器設(shè)計(jì)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(cái)產(chǎn)，對使用者的安全有著極其嚴(yán)重的影響，對此需要采取有效的措施進(jìn)行優(yōu)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(qiáng).關(guān)于低溫壓力容器設(shè)計(jì)的若干問題的分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012，32:114.

[2]劉英.國內(nèi)外關(guān)于低溫壓力容器設(shè)計(jì)理念的比較[J].化學(xué)工程與裝備，2015，05:187-188.