低温压力容器及管道设计中应该注意的问题

低温压力容器及管道设计中应该注意的问题

张茹刘宝钢

潍坊开源工程技术有限公司山东潍坊261205

摘要：随着工业的发展，在生产过程中，低温压力容器的选择和应用等诸多方面仍还存在着许多问题亟待解决。这些问题的存在已经严重妨碍了工业在其方面的发展和社会全面的进步。因此，要求工作人员在工作中要严格的去遵守低温压力容器的设计原则和焊接检查方面的规定来保证工业生产的顺利进行。在本文中，首先，着重的对金属温度的确定和低温压力容器管道的选材进行了讨论，强调按需要选用良好的低温韧性材料；其次，对于低温压力容器和低温管道的结构设计以及注意事项进行了简要的分析；最后，对低温压力容器及低温管道的应用检查和注意事项提出了相关的建议和解决方案。

关键词：低温压力容器；低温管道；现状和不足；结构和设计

低温技术作为工业装置，不仅在气、液体生产、存储及运输中起到很大的作用，更推动了低温压力容器的广泛应用。然而，此类压力容器工作温度通常较低，这将导致容器金属的脆性相应的增加。当温度低于一定的水平，将会产生脆性破坏，然而，低温压力容器通常不会出现局部性的小塑性变形，而是直接发生脆性破裂，这样出人意料的破坏就是导致事故发生的罪魁祸首。

1压力容器的特征

（1）压力容器不但普遍运用于化学、广泛性的运用。化学、化工石油、医药、冶金、机械、采矿、电力、航天航空、交通运输等工业生产部门，也经常可以在农村副业、民用和军工部门见到，特别是运用最为普遍的化学石油工业，化工石油单位中的塔、釜、槽、罐没有一个不是贮器或作为外壳设备，并且通常都是在一定压力温度下运转，比如一个乙烯装置年产30吨，大概有七百九十三台设备，其中二百八十一台是压力容器，占了百分之三十五点四;

（2）相对强的产品综合性。在设计制造压力容器的过程中，需要牵涉加工机械技术、冶金技术、无损检验技术、防护安全技术、防腐蚀技术等很多专业，这就造成了在设计制造产品过程中一定要几方合作来一起完成，以产品保证质量;

多样性的制造工艺。因为适用区域相对广的压力容器，在非常多行业中都有所运用，像制药、饮食、化工、冶炼、石油等等，这就导致了压力容器种类非常多的情况，就算在一样类别的产品中，有时也会由于特殊因素或客户要求造成产品上存在必然差别，而不同的产品构造，也会引发多样性的制造工艺。

2低温压力容器材料的选择

由于低温压力容器使用的环境温度较低，而容器材料的脆性、硬度等物理性质极易受到低温的影响而发生极大的变化，如脆性增大、韧性降低等，这会直接导致容器达不到其设计要求，影响容器的正常使用。因此，在低温压力容器的生产设计中，要加强对其材料的选择，对于一般的金属材料，我们可以通过改变其成分组成而改变材料的硬度、脆性和韧性，以满足容器生产要求。例如在进行钢材炼制时，可以选择加入适量的金属镍，以改变金属的物理性质，这样可以避免应力的过于集中，进而有效提高材料的韧性，此外，在金属炼制过程中，也可以根据金属冷却速率不同硬度、脆性不同的这一特点，对钢材进行淬火处理。一般根据低温压力容器设计要求的不同，其制作材料主要分为以下三类。

（1）低温压力容器的设计温度高于-40℃而低于-20℃，针对这种容器设计要求，可选择低碳锰钢材料进行制作。

（2）低温压力容器设计温度高于-196℃而低于-40℃，这时可以选择镍钢材料进行容器的制作。

（3）低温压力容器设计温度高于-273℃而低于-196℃，通常选用镍铬合金材料进行容器的生产制作。

3结构设计

对于低温压力容器及其部件的结构设计应注意以下几点：①结构要简单，以减少焊接件的拘束。②避免结构及形状的突然变化，以减少局部应力的集中以及截面大小和刚度的急剧变化。③焊有接管及载荷复杂的附件的容器，需焊后消除应力热处理而不能进行整体热处理时，应考虑焊接部位单独热处理的可能性。④要尽量避免结构各部分截面产生较大的温度梯度。⑤附件的连接焊缝不能采用不连续焊或者点焊，而且不应与A、B类焊接接头重合。

4焊接要求

低温压力容器的制造对焊接的要求十分严格，其焊接工艺要按照《承压设备焊接工艺评定（NB/T47014-2011）》的要求进行焊接工艺评定测试，焊接材料则应该选用与母体材料成分相近性能相同的并且具有良好的低温韧性材料。低温用钢的焊接关键是不能让焊缝金属和热影响区形成粗晶组织从而导致钢材的低温韧性降低，因此要控制好焊接线的能量，在规定的范围内采用比较小的焊接线能量，进行多道焊接，并且要注意避免焊道过热。

5提高检验工作的针对性

压力容器及管道检验工作内容较多，注重检验工作针对性，是提高检验工作效率的主要途径，因此，无论是企业还是检验人员应注重提高检验工作针对性。一方面，企业应认真分析压力容器及管道在生产工作的重要程度，按照“重要”到“一般重要”的顺序列出，结合生产实际，制定分批次检验工作流程，即，重要构件应进行详细的检验，适当增加检验频率。对于一般重要的构件，为减少给生产工作带来的影响可适当延长检验周期。例如，压力表、安全阀、曾经出现安全问题的位置等列为重点检验对象。另一方面，检验人员应注重总结与反思检验工作，认识到压力容器及管道检验工作的重要性及严峻性，既要严格遵守相关检验规范，又要遵守整个检验工作计划。同时，详细列出负责区域检验构件，表明检验的重点与难点，尤其应注重搜集相关材料，了解相关构件性能以及在检验工作中经常出现的问题，做到胸有成竹。

6重视安全附件检查

安全附件是压力容器及管道的主要组成部分，是其安全运行的重要保障，因此，企业开展检验工作时应引起足够重视，将安全附件检查当作检验工作重点加以落实。具体可参考以下措施：首先，检验工作开展前，企业应对所有压力容器及管道资料进行汇总分析，详细列出安全附件，并根据不同的安全附件制定明确的检验内容，尤其应确保检验内容的全面性，不可遗漏。其次，组织检验人员召开检验工作座谈会，明确检验工作的主要负责人，以及不同检验小组组长。同时，详细、明确讲解安全附件检验内容及检验工作计划，要求检验负责人严格按照检验工作计划开展检验工作。最后，不同安全附件检验工作有所不同，而且检验工作的侧重点有所不同，因此，要求检验人员明确不同安全附件检验内容，尤其注重检验工作的重点及难点，掌握检验工作相关技巧，为安全附件检验工作的顺利开展奠定基础。

总结

总之，在压力容器设计时，都要依照相关的国家标准以及规范的最新版本。随便哪个步骤出了问题，最后压力容器的质量都会受影响，为了提高压力容器的设计质量，在设计过程中防止出现错误，对某些容易忽视的问题一定要引起足够的关注。

参考文献

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