解析低溫壓力容器制造工藝

摘 要：低溫壓力容器為我國工業的發展提供不竭的動力，為化學物品的運輸提供便捷條件。本文以低溫壓力容器的概念和特征為出發點，探究在制造中需要注意的問題原則以及主要的制造工藝要點。

關鍵詞：低溫;壓力容器;制造工藝

2012年3月1日，國家正式實施GB150-2011《壓力容器》，從材料、設計、制造、檢驗四個環節對壓力容器進行明確定義。低溫壓力容器是低溫容器的一種，材質為不銹鋼儲罐。

一、低溫壓力容器的概念及特征

低溫壓力容器的設計溫度必須低于-20℃。容器內壁的溫度與容器運行的環境溫度沒有直接的聯系，但是環境溫度卻直接影響低溫壓力容器。所以在制定容器溫度時要保障它的設計溫度在規定的范圍內即可。設計溫度主要由容器內介質的溫度決定，此外還需要結合壓力容器的性質、制造工藝以及環境等因素。例如，某化工企業處于低氣溫地區，當運輸的材料是液態時，就需要以材料的實際溫度作為參考，通過公式重新進行計算。

低溫壓力容器的結構會根據材料情況進行適當調整。一般是由蓋、內頸管、內膽、外殼、拉手、支承墊、鋁殼、吸附劑、彈簧、抽氣管、抽氣管護罩等組成。它的內膽是由奧氏體不銹鋼、鋁合金等組成，外殼是由Q235組成。低溫壓力容器具有以下特點。第一，斷裂時它的名義應力低于材料的屈服強度，在斷裂前局部只有較小的變形。第二，出現斷裂情況后，裂紋擴展的速度不斷加快。第三，在低溫時斷裂問題出現的可能性大大提高。

二、低溫壓力容器在制造時應該注意的問題及原則

低溫壓力容器在制造時要經過冷成型、焊接、熱處理這三項工序，在過程中會產生一定的殘余應力。第一，低溫壓力容器在焊接前要做好實驗工作，保障焊接口的嚴密性。第二，提高焊接的質量，結合材料選擇合適的制造工藝使其達到設計圖紙的要求，避免出現缺陷的情況，影響容器的正常使用[1]。第三，在對附近部位進行焊接式時應該采用連焊的模式，以防出現焊縫的情況。第四，在對低溫壓力容器的坡口進行加工時要對接口表面進行觀察，看是否存在裂口的情況。第五，在進行熱處理后的低溫壓力容器應該使用較輕柔的方式幫助它成型，避免使用強力敲擊的模式，以免在容器表面造成劃痕。第六，當低溫壓力容器經過熱處理之后，應該使用制冷的方式幫助其成形。

目前，現有的低溫壓力容器的設計都是以室溫抗拉強度或者屈服強度的許應力作為參考的。這種模式可以減小變形發生的可能性。第一，應該允許存在一些較小的缺陷，在一定程度上防止開裂。但是在實際應用時要對熱影響區和熔合區的性能進行判斷，要求韌性最低的地方也應該可以承受外負荷所產生的的應變。第二，利用母材的優勢避免出現裂紋擴展的現象，避免低溫壓力容器發生斷裂事故。第三，當低溫壓力容器的缺陷處開裂時，其他的部分能起到止裂的作用。要把韌性程度作為材料選擇的重要標準。

三、低溫壓力容器制造工藝的要點

因為不同的物質擁有不同的特性和存儲的環境，所以要求低溫壓力容器制造有一定的針對性，能夠適應不同物質的要求。

（一）低溫壓力容器制造材料選擇

在選擇材料時要以物質為依據，要綜合利用各個行業的專業知識，制造出適宜的低溫壓力容器。例如，第一，在制造低溫鋼制壓力容器時，要對設計資料和圖紙進行仔細的審查。所用鋼材、鋼板、管材、鍛件以及其它的零件材料是否為低溫用鋼，溫度是否在規定的范圍內。第二，必須按照有關部門的規定進行鋼材的發放工作，在施工前應該抽查材料的合格證書和清單。要用油漆對鋼材進行標記工作。第三，檢驗低溫鋼材的沖擊力和韌性。低溫壓力容器及其受熱的元件采用的鋼材必須進行低溫夏比V缺口沖擊試驗。可以選取一塊8mm×10mm×55mm的小塊進行實驗，要保障它符合金屬夏比沖擊實驗的要求。第四，檢驗鋼材的試驗溫度。鋼材的沖擊試驗溫度應該低于或等于調整后的設計溫度。

（二）低溫壓力容器制造冷成型

冷成型是低溫壓力容器制造的重中之重，直接影響它的成型效果。壓力容器在低溫中會出現脆裂的情況，主要原因就是內部壓力過大。當容器的外壁出現缺陷時，裂紋處的應力不斷加大，加重鋼材變脆的幾率。所以，在低溫壓力容器制造時要對冷成型的過程進行嚴格把控，減少發生容器變形的情況。同時要注意當容器低溫冷成型時的溫度應該小于16℃，把容器的變形情況控制在一定的范圍內。此外要對容器的外壁與封頭處進行妥善處理，進行良好的過度，以免出現缺陷的情況。

（三）低溫壓力容器制造焊接

低溫壓力容器在進行焊接工作時需要具備極高的專業技能才可以保障整體的質量。在焊接的過程中要嚴格按照評定合格的工藝進行焊接。焊接線能量增大會導致焊縫以及熱影響區的韌性下降[2]。所以要最大限度的減小過熱，使用小的焊接線能量。可以通過控制電流、電壓、焊接的進度、以及劃分每段焊條的焊接長度的方式對焊接的能量進行監控。在進行多焊道時，需要適當降低層間的溫度，避免出現連續焊接的情況。當出現熱裂紋時，應該適當減少含有氫元素的材料，在焊接前做好預熱工作，避免出現老化的情況。

（四）低溫壓力容器制造熱處理

低溫壓力容器在制造時需要先進行冷定型處理，然后進行焊接工作需要對其進行加熱。在操作時因為熱力的作用容器內匯集一定的應力，隨著熱量的增加應力不斷增加，一段時間后極易出現脆裂的情況，干擾低溫壓力容器的使用效果。這時就需要采用熱處理的方式解決脆裂的問題，這項工藝可以清除殘余在容器內的應力，使外壁的韌性恢復到正常的狀態，優化容器的變形問題，從根本上避免容器破裂的現象。

四、結論

綜上所述，低溫壓力容器在化工、運輸、制造、石油等多個行業得到廣泛的應用。但是耐冷的性能較弱，極易發生脆斷的現象，在使用存在一定的危險。本文由四個方面介紹了制造的要點，分析需要注意的問題，在實踐中不斷完善，提高制造工藝的水平。

參考文獻：

[1]周慶華，趙文.低溫壓力容器制造工藝研究[J].科技經濟導刊，2020，28（16）：69.

[2]劉振.低溫壓力容器制造工藝研究[J].化工設計通訊，2019，45（08）：91+139.

作者簡介：

韓遠松（1984—），男，漢族，天津，專科，初級助理工程師，主要研究壓力容器方向。