低温压力容器设计中的关键问题
低温压力容器设计要点综述及注意事项
低温压力容器设计要点综述及注意事项1.材料选择:低温环境下,材料的韧性和抗裂纹扩展能力变差,因此需要选择具有良好韧性和抗裂纹能力的材料。
常用的低温材料包括低温碳钢、不锈钢和合金钢等。
2.壁厚计算:低温环境下容器的壁厚要比常温情况下的要大,因为材料的强度和刚度在低温下降低。
根据管道和容器设计规范进行壁厚计算,并考虑到温度梯度对壁厚的影响。
3.焊接和焊缝设计:焊接是低温容器制造中重要的连接方式。
在低温条件下,焊接合金的力学性能和韧性降低,容易产生焊接缺陷。
因此,需要采用合适的焊接工艺和焊接材料,并对焊缝进行非破坏性检测和超声波探伤等检测方法。
4.密封设计:低温容器的密封设计要符合严格的要求,以确保容器在低温环境下不发生泄漏。
需要采用适当的密封材料和密封结构,同时对容器进行泄露试验以保证其安全可靠。
5.附件选择:低温容器的附件如阀门、仪表等也需要选择适用于低温环境的材料和设计。
特别是阀门,在低温环境下易发生密封不良和结冰等问题,因此需要选择低温阀门并进行密封性能测试。
6.冻结防止措施:低温容器在长期运行中易受冻结影响,冻结会导致容器变形、扩展和密封失效等问题。
需要采取合适的冻结防止措施,如加热系统和隔热材料等。
7.安全性考虑:低温容器设计必须符合相关的安全规范和标准,如ASME等。
特别需要考虑容器在低温环境下可能发生的脆性断裂、泄漏、压力失控等安全问题,并采取相应的安全措施。
8.考虑工艺需求:低温容器的设计还需要考虑工艺需求,如低温液体的进出口、排放、循环和控制等。
容器的流动性能和控制能力对工艺操作的影响需要充分考虑。
总之,低温压力容器的设计要点和注意事项包括材料选择、壁厚计算、焊接和焊缝设计、密封设计、附件选择、冻结防止措施、安全性考虑和工艺需求等方面。
在设计过程中,需要充分考虑低温环境对容器和其附件的影响,并确保设计符合相关的安全要求。
低温压力容器设计应考虑的问题
低温压力容器设计应考虑的问题一、选材。
低温压力容器应选用低温压力容器用材料(低温低应力工况除外),选材原则:1)低温容器受压元件用钢材应是镇静钢,承受载荷的非受压元件也应该是具有相当韧性且焊接性能良好的钢材;2)一般低温用钢都要求正火处理,正火处理不仅可以细化晶粒,还可以减少由于终轧温度和冷却速率不同而引起的显微组织不均匀,可降低钢材无塑性转变温度;3)对低温用碳素钢和低合金钢各类钢材,要求进行低温夏比V型缺口冲击试验;4)C2.1.2 δs>20mm逐张UT Ⅲ;C2.1.4 对不同温度进行冲击试验。
二、容器的结构设计要求均应有足够的柔性需充分考虑下列问题GB150附录C3.21)尽可能简单,减少约束。
2)应避免产生过大的温度梯度。
3)应尽量避免结构形状突变,以减少局部高应力,接管、凸缘端部应打磨成圆角,圆滑过渡。
4)容器的鞍座、耳座、支腿应设置垫板或连接板,避免与容器壳体相焊。
垫板或连接板按低温材料考虑。
垫片要选择在低温下有良好弹性的材料。
5) 容器与非受压元件或附件的连接焊缝应采用连续焊。
6)接管补强应尽可能采用整体补强或厚壁管补强,若采用补强板,应为截面全焊透结构,且焊缝圆滑过渡。
7)在结构上应避免焊缝的集中和交叉。
8)容器焊有接管及载荷复杂的附件,需焊后消除应力而不能整体进行热处理时,应考虑部件单独热处理的可能性。
三、焊缝的结构设计:GB150附录C3.31)A类焊缝应采用双面对接焊,或采用保证焊透、与双面焊具有同等质量的单面对接焊。
2)B类焊缝也应采用与A类焊缝相同的全焊透对接焊缝。
除非结构限制不得已时,允许采用不拆除垫板的带垫板单面焊。
3)C类、D类焊缝,原则均要求采用截面全焊透结构。
对于一般平焊法兰的截面非全焊透结构,规定仅用于压力较低(设计压力不大于 1.0MPa)、较高温度(设计温度不低于-30℃)的场合,且标准抗拉强度下限值低于540MPa的材料。
四、焊接接头的无损检测(NDT/NDE)C4.6.1 容器的对接接头(A、B类)凡符合下列条件之一者应进行100%RT or UT:A)容器设计温度低于-40℃;B)容器设计温度虽高于-40℃,但接头厚度大于25mm;C)10.8.2.1和10.8.2.2者1)无损检测比例为100%、50%。
低温压力容器设计中关键问题的再探讨
压 力 容 器 的低 温 与 常 温界 限各 国有 不 同 的 规 定 。例 如 :美 国 AS ME第 Ⅷ篇 第 1分 篇 规 定
4 时按 常 温 来 处 理 ( [ ] 2 5 。如 按 屈 服 O < / . )
极 限 ( 计 算 许 用 应 力 [ ] . ×( . 一了 , ) d =0 5 1 6 )
y " ( =O/ 如果 7 0 7 取 0 7 。一 般 压 力 容 器 s < ., .)
的工 作 经 验 , 低 温 压 力 容 器 的设 计 进 行 归 纳 、 对
高 低 来 决 定 是 否 按 低 温 压 力 容 器 要 求 设 计 并 不 完 全合 理 。有 时 壁 温 虽 然 为 低 温 ,但 应 力 水 平 也 很低 , 时 若 按 低 温 容 器 设 计 则 将造 成 浪 费 ; 这 有 时 压 力 容 器 处 于 环 境 低 温 下 ,但 又 按 常 温设 计 ,则 往 往 会 有 发 生 冷 脆 的 危 险 。
总 结 和 阐述 。 由 于按 规 则 设 计 的 压力 容 器规 范 及 按 应 力 分 析 法 设 计 的规 范对 低 温 韧性 的要 求 有 较 大 的差 异 ,故 本 文 仅 对 按 规 则 法 低 温 压力 容器的设计进行讨论 。
1 低 温 界 限
及低 温 压 力 容 器 用 钢 均 7 0 7 则 [ ] 0 5 < ., d一 . ×
关 键 词 低 温 压 力 容 器 设 计 应 力 温 度
众 所 周 知 :低 温 下操 作 的 压 力 容 器 由于 随
低温压力容器设计中的关键问题
低温压力容器设计中的关键问题作者:孙少鹏来源:《科学与财富》2018年第21期摘要:低温技术的发展促进了低温压力容器的应用,低温压力容器是低温工业中的关键设备,其应用日趋普遍。
受低温环境或低温介质的影响,容器材料的韧性下降,容器可能会发生脆性破坏,这种破坏形式不呈现显著的塑性变形,脆性破坏前没有任何征兆,因此这种脆性破坏危害巨大,对人们的生命、财产安全产生极大的隐患。
防止低温压力容器的脆性破坏应该从低温压力容器的选材、结构设计、制造检验等环节进行有效的控制。
文章结合低温脆断的特点,从上述几个方面对低温压力容器设计中的关键问题进行总结。
关键词:低温压力容器;脆性破坏;设计;选材中图分类号:TH49 文献标识码:A1低温脆性断裂的基本特征(1)低温脆断的发生与材料使用温度的降低密切相关。
(2)低温脆断破坏时材料的塑性很低,处于脆性状态,称为低温脆性断裂。
(3)断裂时容器元件内部的应力水平低于材料的屈服强度,甚至低于材料的设计应力(许用应力),称为低应力脆性断裂。
(4)低温脆断的裂纹源一般是材料自身缺陷处或几何形状突变处,破坏几乎没有宏观的塑性变形。
(5)低温脆裂发生后裂纹扩展速度极高,在钢材中传播直至到达材料的高韧性区或更低的应力区,速度可达空气声速的2~3倍。
(6)材料的脆断断口有晶粒状特点,断口平滑光亮。
(7)在远离脆断断口位置材料的强度和塑性仍然满足设计要求。
2断裂机理一般碳素钢和低合金钢具有体心立方晶格结构,这种结构决定了材料随着温度降低强度增加而韧性降低;这类金属材料具有冷脆特点,在温度降低时,材料的韧性急剧下降。
在温度高于脆性转变温度时,材料处于韧性状态,低于脆性转变温度时,材料由韧性状态转为脆性状态。
若容器中存在不可避免的缺陷时,在低于脆性转变温度时,材料就会发生脆性断裂。
因此,低温压力容器用钢必须具有足够的低温韧性和较低的脆性转变温度.3低温压力容器设计中的关键问题3.1设计温度的确定在温度不同的环境中,诸如设计,材料选择和制造等因素的选择是完全不同的。
低温压力容器的设计分析
低温压力容器的设计分析低温压力容器是指在低于零度的环境中工作的容器,通常用于存储和运输液态气体,液氮、液氧、液氩等均为常见的低温液体。
由于低温环境下物质的特性会发生变化,因此低温压力容器的设计必须考虑到这些因素,以确保容器在安全可靠地工作。
本文将对低温压力容器的设计要点和分析进行探讨。
一、设计要点1.材料选用2.结构设计3.绝热设计由于低温液体的蒸发潜热较高,容器内的温度会迅速下降,导致容器表面结霜。
为了减少热量的散失,提高容器的绝热性能是必要的。
可以采取增加绝热层厚度、使用保温材料等措施来提高容器的绝热性能。
4.安全阀设计低温液体具有较大的蒸气压,一旦容器内压力过高,就会导致容器爆炸。
因此,在设计中必须考虑安全阀的设置,确保在容器内压力超过设定值时能够及时安全地排放压力。
5.排水设计由于低温液体的存在,容器内部会有凝露水和结冰现象。
这些水汽会降低容器的强度和耐腐蚀性,因此必须设计合理的排水系统,定期排除容器内的凝露水和结冰。
6.储罐涂层为了保护容器免受腐蚀和低温影响,可以在容器表面涂上特殊的防腐涂层。
这些涂层能够增强容器的抗腐蚀性能,延长容器的使用寿命。
二、设计分析针对低温压力容器的设计,需要进行结构分析和性能测试,以验证容器的强度和安全性。
1.结构分析在设计初期,需要进行有限元分析等结构分析,评估容器的受力和变形情况。
通过模拟不同工况下的受力情况,确定容器的最大受力位置和最大应力值,以确保容器在工作过程中不会发生结构破坏。
2.强度测试设计完成后,需要进行强度测试,验证容器的最大承载能力是否符合设计要求。
常见的测试方法包括液压试验、氢氦试验、抗冲击测试等。
通过这些测试,可以验证容器的强度和安全性,确保容器在工作中不会发生泄漏或爆炸等情况。
3.低温性能测试设计完成后,还需要进行低温性能测试,评估容器在低温环境下的工作性能。
通过模拟低温环境下的工作情况,测试容器在不同温度下的性能表现,验证容器的低温抗裂性能和绝热性能。
低温压力容器及低温管道设计中应注意的问题
1 设 计 温 度 的确 定
由于 压 力 容 器 以 及 管 道 的 设 计 温 度 高 于
7 0
化
肥
工
业
第4 0卷
第 3期
低 温 压 力容 器 及 低 温 管道 设计 中应 注 意 的 问题
李瑞 卿 , 王徐 影 ( 河北 正元化 工 工程设 计有 限公 司 河 北石 家庄
摘要
0 5 0 0 6 1 )
介绍 了化肥行业 中常 用的低 温压力容器 、 低 温管道及 其发 生脆 性破 裂的条件与后果 。针 对化 肥行 业
操 作介质的特殊性并结合低 温压 力容 器及低 温管道发生破 坏的特 点, 从设计 温度 、 低 温选材 、 结构 设计 、 低温 压
力容器及低温管道的焊接 、 检验及使 用等方 面, 分别介绍 了其设计制造 中应遵循 的各 项标 准要 求 , 并 对低温压 力
容器及低温管道的使 用提 出 了注意事项。
及低温管道 , 如大型合成氨 、 甲醇装置低温甲醇洗 工 序 中的硫化 氢 吸收塔 、 二 氧化 碳 吸收塔 、 二 氧化 碳 闪蒸塔 、 硫化氢浓缩塔及其附属管道等 , 其操作 温度 均 在 一 5 0~ 一6 0℃ , 还有部分氨冷却器 、 氨
储罐 其 操 作 温 度 也 在 一2 O。 【 = 以下 。低 温压 力 容 器 如果采 用 一般 常 用 的铁 素 体 钢 , 当使 用 温度 在 低 于钢 材脆 性转 变 温 度 时 , 容 器 或 管 道 中如果 存
i n d us t r y. I n v i e w o f t h e s p e c i a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e o p e r a t i n g me d i u m i n t he c h e mi c a l f e r t i l i z e r i n d us t r y a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f r u p t u r e o f t h e l o w- t e mp e r a t u r e p r e s s u r e v e s s e l s a n d p i p e l i n e s,a n i n t r o d u c t i o n i s g i v e n t o t h e s t a n d a r d s r e q u i r e d t o b e f o l l o we d i n t h e d e s i g n a n d f a b r i c a t i o n,wi t h r e s p e c t t o d e s i g n t e mpe r a t u r e,c ho i c e o f l o w- t e mpe r a t u r e ma t e ia r l s,s t r uc t u r a l de s i g n,we l d i n g,i n s p e c t i o n a n d us e o f l o w— t e mpe r a t u r e p r e s s u r e v e s s e l s a n d pi p e l i n e s ,a n d po i n t s f o r a t t e n t i o n a r e p r o p o s e d or f t h e i r
低温压力容器设计中应注意的问题
壳体的金属温度低于或等于一2090,在工艺操作过
程中容器的壁温处于低温状态下的一种压力容器。
低温低应力工况系指壳体或其受压元件的设计温度
虽然低于或等于一209C,但其环向应力小于或等于
钢材标准常温屈服点的1/6,且不大于50MPa时的
工况。低温低应力工况不适用于钢材标准抗拉强度
缝,以及接管、凸缘端部都应修磨成圆角,使其内、外
拐角均成圆滑过渡。
(5)容器的鞍座、耳座、支腿应设置垫板或连接
板,避免直接与容器壳体相焊。垫板或
连接板按低温用材考虑。
(6)容器与非受压元件或附件的连接焊缝应采
用连续焊。
(7)接管补强应尽可能采用整体补强或厚壁管
补强,若采用补强板,应为截面全焊透结构,且焊缝
外的适用材料,或是直接选用奥氏体高合金钢。
(7)焊接材料应选用与母材成分和性能相近或
相同的具有较好低温韧性的材料,对焊条电弧焊焊
条应选用低氢碱性焊条,对于埋弧焊焊剂应选用碱
性或中性焊剂。低温容器用焊条应按相应焊条标准
按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量复验。
圆滑过渡。
(8)在结构上应避免焊缝的集中和交叉。
根据设计压力和介质的燃、爆、毒性等工作条件
由设计文件规定作100%检测的容器。
(2)作局部射线或超声检测的对接接头,其检
测长度不少于50%接头总长,且不少于250mmo
(3)对下列焊接接头作表面磁粉或渗透检测:
对符合第1条容器的焊接接头,而无法进行射
线或超声检测者;
对于要求做100%射线或超声检测的容器,其
4低温压力容器的焊接
(1)低温压力容器施焊前应按JB4708进行焊接
浅谈压力容器设计中的常见问题及对策
浅谈压力容器设计中的常见问题及对策压力容器是工业生产中常见的设备,用于加工、储存和输送各种气体、液体和粉末。
它们承受着高压、高温或低温等复杂的工作环境,因此在设计和制造过程中要特别注意安全性和可靠性。
在压力容器设计中常常会遇到一些问题,下面就让我们来浅谈一下这些常见问题及对策。
一、焊接质量问题焊接是压力容器制造过程中最关键的环节之一,焊接质量直接影响着容器的安全性和可靠性。
常见的焊接质量问题包括焊接缺陷、焊接接头设计不合理和焊接接头处的应力集中等。
为了解决这些问题,首先应该加强焊工的技术培训,提高他们的焊接水平和质量意识;其次要严格控制焊接工艺参数,确保焊接质量符合标准要求;最后要设计合理的焊接接头结构,减少应力集中并提高接头的疲劳寿命。
二、材料选择和损伤问题压力容器的材料选择直接关系到其抗压性能和耐腐蚀性能。
选择不当或材料损伤都会导致容器失效。
为了避免这些问题,首先应该在设计阶段就对材料进行严格筛选和检测,确保材料符合要求;其次要加强对材料的管理和保养,及时发现并处理材料损伤问题;最后要严格按照材料的使用规范来设计和制造压力容器,确保其安全性和可靠性。
三、安全阀和压力表问题安全阀和压力表是压力容器的重要保护装置,它们直接关系到容器的安全运行。
常见的问题包括安全阀和压力表的选择不当、安装位置不合理和维护不及时等。
为了解决这些问题,首先应该对安全阀和压力表的性能和使用要求有清楚的了解,确保其选择和安装符合标准要求;其次要加强对安全阀和压力表的维护保养,及时发现并处理问题;最后要加强对安全阀和压力表的使用管理,确保其在容器运行过程中起到应有的作用。
四、设备结构设计问题压力容器的结构设计直接关系到其承压性能和使用寿命。
常见的结构设计问题包括受力分析不合理、结构尺寸设计不合理和支撑方式选择不当等。
为了解决这些问题,首先应该加强对设备结构设计的理论研究和实践经验总结,确保设计合理性;其次要加强对设备结构的计算分析,确保其受力性能符合要求;最后要结合实际情况对设备结构进行合理优化,确保容器的安全运行。
低温压力容器设计要点
低温压力容器设计要点低温压力容器是指在低温环境下工作的压力容器,通常用于储存和输送液态或气态的低温介质,如液氧、液氮、液氢等。
由于低温介质对材料和容器的设计和性能提出了严格的要求,因此低温压力容器的设计需要考虑以下关键要点:1.材料选择:低温容器的材料选择是非常重要的。
一般情况下,常用的材料有不锈钢、铝合金、铜以及特殊合金如镍基合金。
这些材料应具有良好的低温韧性和耐蚀性,以确保容器在低温下的工作稳定性。
2.结构设计:低温压力容器的结构应具备足够的强度和刚度。
特别是对于液态低温介质的容器,由于介质的自身重力会引起应力,因此容器的顶部和底部应设计为圆弧形来分散应力。
此外,还应考虑容器的热胀冷缩问题,以及在低温下容器材料的收缩和变形。
3.绝热设计:低温压力容器需要具备良好的绝热性能,以减少介质的热量损失和外界热量对容器的影响。
绝热层通常采用多层结构,并使用低导热系数的材料,如碳纤维、泡沫塑料等。
此外,还应在绝热层与内壁之间设置避免冷桥和减少热传导。
4.安全阀和泄压装置:低温压力容器应配置安全阀和泄压装置,以确保在压力超过设计限制时能够快速泄压,避免容器的破裂和爆炸。
这些装置应根据介质和工作条件的不同,选择适当的泄压压力和速度。
5.泄漏和检测:低温容器的泄漏对安全和环保都带来很大的风险。
因此,容器设计应考虑泄漏的预防和检测。
可以采用密封性能好的接口和密封件,并配置泄漏检测装置,如压力传感器和泄漏探测器,及时发现和处理潜在的泄漏问题。
6.工作温度调节:低温容器在不同的工作条件下需要能够进行温度的调节和控制。
可以采用液体循环或蒸汽加热系统来控制容器内介质的温度,避免温度过高或过低导致容器破裂。
7.安全性设计:低温压力容器应满足相关的安全规范和标准,如ASME(美国机械工程师协会)的规定。
容器的强度和可靠性应经过充分的验证和测试,并且需要进行定期的检查和维护,以确保其安全可靠的运行。
总之,低温压力容器的设计涉及材料选择、结构设计、绝热性能、安全阀和泄压装置、泄漏和检测、工作温度调节以及安全性设计等多个方面。
低温压力容器设计中关键问题的探究
学 术 论 坛221科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 随着世界科技水平的不断提高,尤其是低温材料技术的飞速发展,极大促进了低温压力容器制作的发展,为低温压力容器的广泛使用提供了技术支持。
当前,低温压力容器已经广泛应用到了天然气液化、生产、运输等工业生产中,低温压力容器制作工艺的有效提升直接推动了相关行业的快速发展。
然而,由于低温压力容器的使用温度极低,这会使得容器材料的脆性急剧增大,当使用温度低到一定程度时,过大的容器脆性会使得容器因轻微碰撞脆性破裂,进而引发气体泄漏,严重的会发生爆炸,这给人们的生命、财产安全带来了巨大的隐患。
当前,低温压力容器的规定设计温度为-20℃以下,而且在使用中容器材料的温度要随着环境温度的改变而变化,通常容器金属外壳的材料温度也要低于-20℃以下。
为了达到低温压力容器的设计要求,通常要在低温下进行容器的制作。
在低温压力容器制作过程中,要注意以下几个方面。
1 确定低温压力容器的设计温度低温压力容器的设计温度关系着容器的使用范围、使用寿命,因此,确定低温压力容器的设计温度对低温压力容器的整体设计至关重要。
根据《压力容器》的设计规定,在进行低温压力容器温度设计时,要综合考虑生产介质的温度、生产环境的温度等多方面因素,全面分析可能影响低温压力容器设计的各个因素,排除非关键因素,着重分析、解决关键影响因素,以确保低温压力容器的温度设计符合容器的使用要求。
由于低温压力容器的使用环境温度较低,容器材料的脆性会发生极大的变化,因此,在温度设计中,也要加强这方面的考虑。
例如:在对环境因素的分析中,要考虑到容器的使用地点,在环境温度上,南北方的环境温度差异是十分明显的,因此,在容器设计上,对容器的各方面性能要求存在着一定程度的差异。
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,这会直接导致容器失去其设计要求,影响容器的正常使用。
低温压力容器设计要点分析
理论前沿与综合论坛177低温压力容器设计要点分析刘佃刚,刘康(潍坊金健钛设备有限公司)摘要:低温压力容器在使用过程中,其发生脆性破坏的可能性很高,所以要求设计人员在设计过程中,要结合容器介质、温度、压力与材料特性等多种因素综合考虑,并结合实际的应用环境,对容器的选材、强度结构、制造和检验提出全面合理的要求,在保证经济适用的前提下,设计出安全可靠的容器。
关键词:低温压力容器;设计要点;失效形式一、低温压力容器的失效形式随着使用温度的降低,低温压力容器的失效主要形式是脆性断裂。
低温脆性断裂是在没有预兆的情况下发生的,在结构失效之前没有明显的塑性变形,一旦发生断裂,失效速度很快,断口齐平、与最大主应力方垂直,光亮平滑,呈晶粒状,壁厚无明显塑性变薄;脆性断裂的应力水平通常低于壳体材料的屈服强渡,甚至低于许用应力。
因此脆性失效具有低应力破坏特征。
应力低到什么程度导致结构失效与材料的力学性能、操作温度、缺陷形状和大小、残余应力和是否进行热处理等诸多因素有关。
常温下工作的由塑性很好的碳素钢或低合金钢等低强度钢制造的薄壁压力容器,一般来说发生脆性断裂的危险性不是很大。
但是对于由中、高强度金属材料焊接制成的厚壁压力容器,发生脆性断裂的概率较大,因此在加工及使用过程中要引起重视。
在化工行业,特别是石油化工及制冷行业所用的低温压力容器,具有壁厚、尺寸大、受介质腐蚀等作用,以及通常这种容器是由高强度材料制造,因此在设计该类型的压力容器时,除了确保容器强度条件之外,还需要进行必要的防脆断设计或评定。
二、低温压力容器设计常见问题根据低温压力容器的实际应用, 例举低温压力容器设计中存在的几点问题, 汇总后做如下分析。
(一)材料问题低温压力容器所使用的材料要冲击韧性, 金属材料的低温冲击韧性是由缺口位置在低温条件下的裂纹敏感度和微观变形能力决定的, 缺口位置才能决定低温压力容器最终脆性破坏的性能。
低温压力容器的材料问题主要表现在冲击韧性不达标方面, 受压材料、非受压材料以及连接元件等, 都存在着材料设计问题。
低温压力容器设计中的关键问题
低温压力容器设计中的关键问题作者:李长龙杨博来源:《科技创新与应用》2014年第14期摘要:在工业生产中,低温压力容器的使用非常普遍,低温压力容器的安全稳定运行对于工业生产具有非常重要的意义。
在对其进行设计的过程中,应该在选材方面给予足够的重视,要对材料的性能和各项指标范围进行确定,保证在温度下降的情况下,材料的脆变温度在自身的承受范围内,不会因为超出限度而发生脆断。
文章从金属温度、材料的选择、结构设计以及焊接等方面进行了阐述,对于低温压力容器的设计具有非常重要的意义。
关键词:低温压力容器;设计温度;结构低温压力容器由于其设计的环境温度较低,而且在操作过程中其壁温处在一个较低的温度下运行,所以对其钢材的抗拉强度及屈服点等都有严格的要求。
目前低温压力容器在石油化工企业的生产、贮运等环节中中得到广泛的应用,其为生产企业提来一定便利的同时,由于其自身工作温度较低,容器材料脆性较差,所以在拉应力作用下极易发生脆性破坏。
低温压力容器由于其元件在拉应力作用下,一旦超出材料自身屈服强度,则会发生脆性破坏,而且在低温压力容器发生脆性破坏前,其容器结构并不会有大范围的整体屈伸迹象及明显的征兆,通常不会出现或是只会出现极小的局部塑性变形,对生产的安全性带来较大的影响。
所以在进行低温压力容器设计时,其具有较高的要求及标准。
1 金属温度的确定设计温度是低温压力容器设计中非常关键的一个因素,所以需要对设计温度进行确定,因为不同的设计温度其在设计、选材和制造方面的影响也会有所不同。
所以需要在实际设计工作中,根据设计的载荷条件、环境温度、介质的温度和保温、保冷的要求等多方面对具体问题进行分析,从而对设计温度进行确定。
1.1 低温压力容器金属温度的确定,其理论上是指沿截面厚度的温度平均值,但元件金属两侧的流体温度不同时,其可以通过流体与壁面间的给热、污垢热阻和元件金属的热量传导等利用传热计算来对金属的表面温度进行确定,但在实际设计工作中,由于介质传热系数和给热系数的值不容易确定,所以实际计算都是以经验值来进行的。
低温压力容器设计要点及注意事项
低温压力容器设计要点及注意事项设计要点:1.材料选择:低温环境对材料的特性要求较高,常用的低温材料包括碳钢、不锈钢、合金钢、镍基合金等。
材料应具备良好的低温韧性和抗蠕变能力,以保证容器的安全性和耐久性。
2.结构设计:低温压力容器的结构设计应考虑到低温环境下的热应力和冷凝液的排放。
容器的结构应具备良好的抗拉性,以承受低温环境下的冷凝液和气体压力。
3.绝热设计:低温压力容器应具备良好的绝热性能,以避免冷凝液的形成和能量的损失。
绝热层的厚度和材料的选择应根据压力和温度的要求进行合理设计。
4.疏水设计:低温压力容器的疏水系统对于排放冷凝液和减少结冰现象十分重要。
疏水系统应设置在恰当的位置,以便及时排放冷凝液,并保持容器内部的干燥状态。
5.安全阀的选择:低温压力容器应配备可靠的安全阀,以防止因温度和压力过高而引发的爆炸。
安全阀的选型应根据容器的工作压力和温度范围进行合理选择。
注意事项:1.温度控制:低温压力容器的温度控制至关重要。
温度过低会导致材料的脆性增加,造成容器的破裂;温度过高则会导致冷凝液的形成和能量的损失。
应通过控制介质的流量和压力,以达到合理的温度范围。
2.泄漏检测:注意低温压力容器的泄漏检测,特别是在容器内压力变化较大的情况下。
泄漏的气体或液体会迅速蒸发,容易引发安全事故。
应定期进行泄漏检测,并及时处理泄漏问题。
3.排气与补液:低温压力容器中的气体和液体在低温条件下会发生相变,造成容器内部压力的升高或降低。
为避免容器的爆炸或变形,应定期对容器进行排气和补液操作。
4.定期维护:低温压力容器的定期维护十分重要,包括检查容器的外表面是否有损伤、是否有泄漏现象,以及定期更换和检修容器附件。
维护能够延长低温压力容器的使用寿命,保证容器的安全性。
5.安全操作:低温压力容器的操作人员应接受专业培训,并严格按照操作规程进行操作。
操作人员应时刻注意容器的温度和压力变化情况,并及时采取相应的措施。
总结:低温压力容器设计的要点包括材料选择、结构设计、绝热设计、疏水设计和安全阀的选择。
低温压力容器设计要点
低温压力容器目前我国没有专门的低温压力容器标准,JB4732都不划分低温与常温的温度界限。
★低温管壳式换热器见GB151-1999附录A★低温压力容器见GB150.3-2011附录E(老版150为附录C)●为什么低温压力容器需要关注:温度低,材料的韧性降低,会产生低温脆性破坏,而低温脆性破坏前应力远未到达材料的屈服极限(或许用应力),破坏时没有明显的征兆,所以低温压力容器的设计、选材、制造和检验等各个环节要求都有不同程度的提高。
●低温压力容器的定义设计温度为<-20℃(新标准GB150-2011第3.1.15条定义,老标准为≤-20℃)的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器,以及设计温度低于-196℃的奥氏体不锈钢制容器。
相关两个定义●最低设计金属温度(MDMT)GB150.1-2011第4.3.4d条:在确定最低设计金属温度时,应当充分考虑在运行过程中,大气环境低温条件对容器金属温度的影响。
大气环境低温条件系指历年来月平均最低气温(指当月各天的最低气温值之和除以当月天数)的最低值。
●低温低应力工况GB150.3-2011附录E第E1.4条:低温低应力工况系指壳体或其受压元件的设计温度虽然低于-20℃,但设计应力(在该设计条件下,容器元件实际承受的最大一次总体薄膜和弯曲应力)小于或等于钢材标准常温屈服强度的1/6,且不大于50Mpa时的工况。
(注:一次应力为平衡压力与其他机械载荷所必须的法向应力或且应力)这个定义与老标准有差别,设计应力与环向应力的区别,用设计应力更严谨。
新标准明确了在进行容器的“低温低应力工况”判定时,除了对壳体元件进行一次总体薄膜应力的核定外,还应对承受一次弯曲应力的容器元件进行考查,如平封头、管板、法兰等。
●关于低温低应力工况下,选材按照设计温度加50℃(或者,加40℃)的规定GB150.3-2011附录E第E2.2条:当壳体或受压元件使用在“低温低应力工况”下,可以按设计温度加50℃(对于不要求焊后热处理的设备,加40℃)后的温度值选择材料,但不适用于:a) Q235系列钢材;b) 标准抗拉强度下限值Rm≥540Mpa的钢材;c) 螺栓材料。
低温压力容器设计常见问题分析
解理断裂抗力一般较高 ,韧脆转变温度往往很低 , 些 缺 陷有 的可 以通 过 重新 热处 理 纠正过 来 ;有 的则
但 其 韧性 断裂 抗力 比中 、低 强钢 低得 多 ,韧性 随温 无 法补 救 ,成为废 品 ,造成 钢材 的浪 费 。
度 的变化较 平稳 。 焊后 热处 理 的厚度 选取 应 注意 以下几 点 :
定 最低 设 计金 属 温度 以及 与 其 对应 的 容 器最 大允 许 工作 压 力 。在 施 工 时 ,焊后 热 处理 应在 压 力
试验 前 进行 ,焊后 热处理 的温度 以在 焊件 上 直接 测量 为 准 ,并在 整 个 热处 理过 程 中要做 到连 续 记 录 。此 外 ,对 于奥 氏体 不锈 钢 压 力容 器一般 不进 行 焊后 消除 应 力热 处理 ,但 是 图样 另有规 定 的情 况 除外 。
关键 词 :低 温容 器 ;冲击韧 性 ;焊缝厚 度
d i 03 6 /is .0 6 6 9 .0 240 5 o: .9 9 jsn1 0 — 8 62 1 ..1 1 .
目前 ,在 大庆 油 田地 面 工程建 设所 使用 的压 力
度 大 于 0。 C,受压 元件 可不 考虑 低温 脆 断 因素 ,而
《 制压力容器 ( B 5- 1 9 )》规定 :当 钢 G 10 -9 8 壳体 环 向应力 小 于或等 于钢材 标 准常温 屈服 强度 的
16 / 且不 大 于 5 a ,即认 为该 容器 处 于 “ 温 0MP 时 低
低 应 力 工况 ” 。此时 ,可 根据设 计 温度 加 5 C的调 0。 整后 温度 来考 虑选 材 、制造 和检 验 。如果 调整后 温
于一 0。 l C,美 国 A ME S Ⅷ一 l 规定 为小 于一则 是 韧窝 断裂 。从 图 1 中可
低温压力容器在设计、制造中应该注意的问题点
低温压力容器在设计、制造中应该注意的问题点1设计温度的确定设计温度低于-20℃是判定碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢容器是否是低温容器的关键;设计温度低于-196℃是判定奥氏体不锈钢容器是否是低温容器的关键。
在进行设计时,要对影响容器温度的相关因素进行全面了解和分析,容器的使用地点、安装位置是室内还是室外、正常工作环境温度下对容器壳体金属温度的影响以及容器内介质温度对金属的影响。
2材料选择要点由于低温压力容器主要的失效模式为脆性断裂,而钢材在低温下脆性增大,韧性降低。
对材料的选择与非低温容器材料的选择相比提出了更高的要求。
低温钢材在冶炼方法、化学成分、热处理状态等方面加以严格规定和要求,并且对所使用的钢材提出低温冲击要求。
用于设计温度低于-20℃并且抗拉强度下限值小于540MPa的钢材P≤0.025%,S≤0.012%;用于设计温度低于-20℃并且抗拉强度下限值大于540MPa的钢材P≤0.02%,S≤0.01%。
低温压力容器受压元件之间及与受压元件直接焊接的非受压元件材料应是焊接性能良好的钢材。
目前我国低温用钢按使用温度主要分为以下三类。
1)设计温度低于-20℃不低于-40℃,这类容器是以16MnDR钢材为代表,主要使用于安装在室外受环境温度影响的空气储罐、氮气储罐等。
2)设计温度低于-40℃不低于-196℃,可以选用Ni系列低温钢材进行制造低温容器;用于设计温度-70℃的09MnNiDR可以用于液氨设备的制造;08Ni3DR可以用于制造使用温度-100℃的低温容器;06Ni9DR可用于制造使用温度-196℃的低温容器。
3)设计温度低于-196℃不低于-273℃,通常选用奥氏体不锈钢进行容器制造。
如S30408等奥氏体不锈钢。
3结构设计要点3.1容器结构设计应遵守的要点1)结构应尽量简单,减少约束,避免产生多余的附加应力,避免产生过大的温度变化,选材一致。
2)应尽量避免结构形状的突变,减小局部应力,较高的局部应力是产生裂纹的关键因素。
简述低温压力容器设计中的关键问题
简述低温压力容器设计中的关键问题发表时间:2018-08-06T15:49:58.580Z 来源:《电力设备》2018年第12期作者:潘金贵[导读] 摘要:随着低温技术的发展,促进了低温压力容器的发展和应用。
(江苏东九重工股份有限公司 224000)摘要:随着低温技术的发展,促进了低温压力容器的发展和应用。
低温压力容器是低温行业中所用的重要设备,其应用越来越广泛。
在低温或低温介质的作用下容器材料的韧性会有所降低,可能会使容器发生脆性断裂,并且塑性变形不明显。
由此会对人民的生命和财产安全造成巨大的安全隐患。
所以我们应该要在制造过程中从低温压力容器的材料选择、结构设计和制造检验等各方面,针对低温压力容器脆性断裂的问题作出有效的控制和改善。
本文结合冷脆断裂的特点,总结了低温压力容器设计中的主要问题,以期为该工艺后期发展提供有效的帮助。
关键词:低温压力容器;设计;关键问题前言:由于设计环境的温度以及在操作中的操作壁温度都相对较低,所以对低温压力容器中钢拉伸强度和屈服点都有很严格的要求。
目前,低温压力容器广泛应用于石化企业的生产、储存、运输和运输等环节当中。
它们为制造商提供设备,并且由于其工作环境温度低,容器的材料不易碎,很可能在拉应力的作用下发生脆性断裂。
低温压力容器之所以会出现脆性断裂是因为材料本身的屈服强度不足以承受相关的拉伸应力,并且在低温容器发生脆性断裂之前整个容器结构不会出现明显的弯曲或伸长。
通常不会发生明显的形变,只会出现轻微的塑性变形,一旦出现问题一般很难及时发现,严重影响生产安全。
因此,在设计低温压力容器的时候应该要有更严格的要求和标准。
1.低温脆性断裂的基本特征1.1基本特征1)低温脆性断裂的发生与材料使用温度的高低有着密切的联系。
2)材料在发生低温脆性断裂时的塑性很低,处于脆性状态,所以称为低温脆性断裂。
3)容器发生破裂时容器内部结构的应力水平低于材料的屈服强度,甚至低于材料的设计应力(允许应力),这被称为低应力脆性断裂。
浅析低温下压力容器设计需注意的问题
浅析低温下压力容器设计需注意的问题浅析低温下压力容器设计需注意的问题【摘要】一般情况下设计温度在-20℃以下的压力容器,由于压力容器存在的缺陷、残余应力、应力集中等因素容易引起较高局部应力造成容器发生塑性变形,引起发生脆性破裂,甚至发生严重的事故。
因此,本文分析了在低温下设计压力容器时在材料、结构等方面应注意的问题,力求压力容器设计的稳定。
【关键词】压力容器制造注意问题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,更促使了低温压力容器的广泛应用。
然而,此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,这样出人意外的破坏就是导致事故发生的罪魁祸首。
1 确定设计温度低温压力容器设计中确定设计温度尤为重要,根据《压力容器(GB150.3-2011)》中的规定,再确认设计温度的同时还要顾及介质温度及环境温度等条件,任何方面都要考虑到。
金属韧性受到温度的影响会产生变化,所以在进行确定设计温度的同时应考虑全面。
例如:温度方面要考虑南方北方温度的不同。
北方气温较低,将容器放置在没有取暖设备的厂房中应充分考虑气温的问题。
因此,设计温度高于或低于-20 ℃,对压力容器的设计及制造的要求都有所不同。
2 材料的选择由于低温压力容器的质量主要取决于所采用的材料在低温工况中的机械性能,因此我们必须采用低温下韧性较好的金属材料。
金属材料在低温工况下容易发生脆性断裂,从而产生失效,对此,我们要采取措施来改变金属材料本身的韧性。
比如,在炼制钢材时可以加入镍,镍的加入可以改变位错运动,避免产生较大的应力集中,以此提高钢材的韧性。
另外,我们可以将低温用钢经过正火处理,以此细化晶粒,减少由于终轧温度和冷却速率不同而造成的显微组织不均匀。
根据金属材料的不同使用温度,低温压力容器用钢可分为以下三类:(一)设计温度低于-20℃,高于-40℃时,材料多选用低碳锰钢;(二)设计温度低于-40℃,高于-196℃时,材料可选用中镍钢;(三)设计温度低于-196 摄氏度,高于-273℃时,材料可选用铬镍奥式体高合金钢。
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随 着 工业 的快 速 发展 与 革新 , 在 工 业为 我 国带 来发 展优 势的 同时 也面 临着诸 多 的问题 与挑 战 , 在确定 金属 的温 度 、 选 择低温 压力容 器的材料 、 设计 低温压 力容器的结 构以及在 检查 与焊接 低温压 力容器之 中存在着 不少的 问题 , 这 些问题 的出现 严重 阻碍 了工业生产 的发展与社 会的进步 。 钢材 在低温环 境的
设计以 及在产 品的制造 的过 程 中对 其影响会 的较 为复 杂的载 荷附 件需要 进行 单独 的处理 等 。
4 低温压 力容 器 的检查 与焊 接
针对低 温压 力容 器的对 接接头 中的设 计温 度应该 低于零 下4 0度 , 接头 的厚 度应该 大于 2 5毫 米 , 并根 据 “ 容器 ” 的规定 化为 第三 类低温 压 力容 器 , 根 据介 质的 毒性 、 燃、 爆等 特 点 , 对 容器进 行百分之 百的超声 检测 , 并对超声 检测与局部 的射线 的 对接 接头 , 在监测 的长度上不少 于百分之 五十 , 并且不 少于2 5 0 毫米 。 对于 在低 温压 力容器 在焊接 的过程 中应 该选 用较小 的
焊接 , 在焊缝 中应该 采用连续焊 , 并且利 用厚壁管对焊缝进行合
理的 布置 , 这样可 以避免 出现交 叉的状 况发生 ; 对 于焊 后不能
1确 定金 属的 温度
低 温 压 力容 器 中最 为关 键 的 因素 是 其设 计温 度 的 因素 , 所 以在 确定 设计 中的金属 温度 , 由于不 同的设 计温 度在选 材 、
进 行多道焊 接 , 并 严格遵 守与控制焊接 线的能量 , 确 保 似, 这 时选 取 与金 属 温 度相 似 的物 质材 料温 度 进行 设 计 与计 焊接 线 , 焊 接过程 中表 面 的光滑程 度 , 选用 拉 力强度 大的钢 材 , 这样 才 算。 同时对于 一些生 产过程 中对低温压 力容 器的应用能 力开确 钢 材的脆 断 的破坏 , 定金属 的温 度 , 这样可 以通过直 接的实际测试来取值 , 对于厂房 能 确保 在焊接 的过 程 中与低温 的 条件下 , 进而 影响到 工业 的生产与发 展 。 内与部分的 车间处于 无采暖 与露天的情 况之下放 置 , 进 而使其 在设计时充分考虑到 气温 条件 的变 化对 确定 金属温度的影 响。
在 实际 的工作 中, 根据 其设计温 度的要素 , 对环 境温度 、 载荷 条 件、 保温 与保 温以 及介 质的温 度进 行全 方位 、 多 角度 的具 体 分 析, 在确定 金属 的温度 中主要 考虑 到以下 几方面要 素 : 一是 要 以物 质材料 的温 度确定金 属的温 度 , 在 低温压 力容器收到 工作 介 质与受压元件 直接接 触时 , 这时环境 与壁体 的温度极 为的相
5结语
综 上所述 , 本 文通 过分析 在确 定金 属的温 度、 选择低 温压 力容器 的材 料 、 设计低温压 力容 器的结构 以及 在检查 与焊 接低 温压力容 器之 中存在 着不少 的问题 , 这些 问题 的 出现严 重的 阻 碍 了工业生 产 的发展 与社会 的进 步 , 在确 定低温 设计 中 , 并不
低温压 力容器设计 中的关键 问题
闵勇( 南京大 化机 经济 技 术有 限公 司 , 江苏 南京 2 1 0 0 0 5 )
摘要 : 在 工业的生产 过程 中, 低温压 力容 器的选择和应 用方 面存 在着 不少的 问题 , 这 些 问题 的 出现严 重阻碍 了工业生产 的发展 与
社会的进步。 在工作中应该严格遵守低温压力容器的设计、 焊接机检查的规定, 这样才能确保工业生产正常运作 。
拉应 力之下 容易发生 脆性的破 坏 , 在选 择钢材时 应该考 虑材料 可能 减少各个 截面的温 度梯度 , 在结构 的过渡机转 弯处避免 出 自身的拉 力强度 , 如果材料 的屈服强度比较弱 , 则在低温的容器 现 尖 角与 用 力集 中 的现 象发 生 , 确 保每 个 容器 的元 件部 位 的 中容 易发生脆性的破坏 , 进而影响到工业的生产 , 对人们的生命 及健康 、 财产 的安全 产生一定的威胁 , 所 以在设计低温压 力容 器 时, 应该按 照严格的标准与要求 , 这 样才能使 其工作正常运 行。 光滑程度 ; 对于容 器中的鞍座 、 耳座以及支 腿的部位 , 在 焊接的 过程 中需要利用连接板与垫板来避免 与容器的外壳直接的进行
3设 计低 温压 力容 器的 结构
在设 计 低温 压 力容 器的 结构 中 , 需要 避 免尖 角 与 出现应 力集 中的现象 发生 , 确保 容 器结构 中的韧 性 , 对于 在设 计结 构
中所 出现的 问题要特 别的关注 , 尽可能地 保证低温 压力容 器的
结 构简单 化 , 尽量 减少 焊接 件在焊 接过 程 中的受约 束程 度 , 尽
2 选择 低温 压 力容器 的材 料
由于 低温压 力容器的特殊性 , 所 以在选择材料 上有其严格
的 要求 , 对 低温 压 力容器 在安 全要求 、 使 用 条件以 及用途 上进
行 充分 的考 虑的条 件下 , 还应考虑 到低温压 力容 器在 选材上 对 设 计 的温 度、 壁厚 、 材料 的拉 力性 、 焊 接等 问题 进行 充分 考虑 , 这 样才能 保证在选 取材料 上的科学性 , 具 体选用材料 上主要 表 现 在 以下 几个 方面 : 一是 对 低温 条件 下 的用钢 进行 正火 的 处 理, 进 而使钢 性在 转变温 度下 有所 降低 ; 二是在 选用 低温容 器 中的受 压元件应该 选用镇静 钢 , 这 样可 以使钢材 的焊接性 与韧 性 更 加 的 良好 ; 三是 选 用低 合金 钢 与低温 用 的碳素 钢 等各 类 钢材 , 这 样可 以应对V型 的冲 击试验 ; 四是在 使用 中应该选 用 温度在 零下 1 0 0度 到零下 7 0度的钢 材 , 这 样可 以保证钢材 硬化