低温低应力工况压力容器的设计
低温压力容器及低温低应力容器的设计探讨
摘
要： 主要 介 绍 了低 温 压 力 容 器 的定 义 、 失效模式及设计 中的注意事项 ， 详 细 分 析 了 形 成 低 温 压 力 容 器 主 要 失 效
模 的 低 温 脆 裂 的 必要 条 件 。 从而在低温 压力容器的设计过程 中， 通过对设计温度 、 低温材料选用 、 结构优化设计 、 焊 接工艺 、 无 损 检 测 等 方 面 的技 术 优 化 ， 确 保低 温压 力容 器 的使 用 安 全 。 关键词 ： 低温容器 ； 低 温 低 应力 工况
中图分类号 ： Ｔ Ｈ ４ ９
目前 在 石 油 化 工 、 制冷 、 低 温 工 程 等 行 业 使 用 的压 力 容 器 中 ． 低 温压 力 容 器 占有 一 定 的 比重 。该 类 压 力容 器 工作 温度 较低 ． 容 器材 料 的脆 性 相应 增 大． 其 受 压 元 件 在 拉 应 力 的作 用 下 。 应 力 水 平 在 低
力 容器 焊接 规程 》 的要求 ：
３ １设计 温 度低 于一 Ｉ Ｏ ０ ￣ Ｃ 时 。应 按 Ｎ Ｂ ／ Ｔ ４ ７ ０ １ ４ —
２ ０ １ １ 《 承压设备焊接工艺评定》 进 行 焊 缝 金 属 的低 温夏 比 ｆ Ｖ形 缺 口 ）冲击 试 验 ．且应 符合 Ｇ Ｂ Ｉ ５ １ —
的材 料许 用应 力 ＼ 『 １ 与 相应 焊接 接 头 系数 ‘ ｐ的乘 积
设 计 要 求》 、 Ｇ Ｂ １ ５ １ — １ ９ ９ ９ （ 管壳 式 换热 器 》 附录 Ａ“ 低
温管 壳 式 换热 器 ” 中规 定 ， 低 温 压 力容 器 、 换 热： 器是 指容 器 、 换 热器 的设 计 温 度 低 于 或等 于 一 ２ ０ ℃， 以及
浅谈低温压力容器的设计
浅谈低温压力容器的设计江苏·常州李政2011年12月摘要对低温压力容器从材料、环境温度、制造检验、其它等方面论述了低温容器设计上的要求。
关键词低温压力容器设计材料温度制造检验GB150-1998《钢制压力容器》附录C规定，设计温度低于或等于-20℃的钢制压力容器称之为低温容器。
当壳体或其受压元件使用在“低温低应力工况”下，若其设计温度加50℃后，高于-20℃，就不属于低温容器。
由于环境温度的影响，壳体的金属温度低于或等于-20℃时也属于低温容器。
环境温度系指容器使用地区历年来“月平均最低气温的最低值”。
低温下操作的压力容器由于随着使用温度的降低，容器所用钢材及其连接焊缝会由延性状态转变为脆性状态，当容器由于材料、制造、焊接等引起的缺陷时，在低于材料的脆变温度下受力会导致容器脆断，发生灾难性事故。
所以对于低温压力容器，对设计、制造、检验、验收的要求都比常温容器的要求要高许多，设备的造价也比常规压力容器要高25%左右，故设计时是否将其作为低温压力容器来设计，对容器的安全可靠、节约成本都有十分重要的意义。
笔者根据多年的工作经验，对按规则进行设计的低温容器进行归纳和总结。
1 低温界限压力容器的低温与常温界限各国有不同的规定。
例如：美国ASME第Ⅷ篇第1分篇规定为＜-29℃，日本JISB8243规定为＜-10℃，我国规定为≤-20℃为低温。
如果仅根据温度的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，但应力也很低，这时若按低温容器设计则将造成浪费；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。
2 夏比（V型缺口）低温冲击试验设计温度＞-20℃时按常温设计，若≤-20℃则按低温容器设计，并作低温冲击试验。
低温容器用钢（含钢板、钢管、锻件）的冲击试验温度应低于或等于壳体或其受压元件的最低设计温度。
当壳体或其受压元件使用在符合低温低应力工况时，钢材的冲击试验温度应低于或等于最低设计温度加50℃（若温度加50℃后，高于-20℃时，按表1规定）。
低温压力容器的“低温低应力工况”的判断及其设计、制造的注意事项
低温压力容器的“低温低应力工况”的判断及其设计、制造的注意事项一、“低温低应力工况”的含义GB150.3-2011《压力容器》附录E（规范性附录）《关于低温压力容器的基本设计要求》E1.4规定：“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℃，但设计压力小于或者等于钢材常温标准屈服强度的1/6，且又不大于50MPa时的工况。
（注：一次应力是为平衡压力与其他机械载荷所必须的法向应力或切向应力）压力容器的应力（GB150-89释义）分为三类：即一次应力P，二次应力σ和峰值应力F。
而一次应力P又分为三种：一次总体薄膜应力Pm，一次局部薄膜应力Pl和一次弯曲应力Pb。
一次总体薄膜应力的特点：沿壳体厚度方向均匀分布，影响范围遍及整个受压元件，一旦达到屈服点，受压元件整体产生屈服，应力不重新分布，一直到整体破坏。
例如：薄膜圆筒中由压力引起的环向薄膜应力。
一次局部薄膜应力Pl是指应力水平超过一次總体薄膜应力，但影响范围仅限于结构局部区域的一次薄膜应力。
一次弯曲应力Pb是指平衡压力或其他机械载荷所需沿厚度方向线性分布的弯曲应力。
关于“低温低应力工况”的判断项目，标准中提到了一次总体薄膜应力和一次弯曲应力。
即对压力容器壳体受压元件所受的最大一次总体薄膜应力和对法兰、管板、平盖等（不按总体薄膜应力计算元件）所受的最大一次弯曲应力是否符合“低温低应力工况”标准，只有最大一次总体薄膜应力和最大一次弯曲应力同时符合“低温低应力工况”标准时，该容器才能按照GB150.3附录E 中的规定进行设计、制造和检验。
二、“低温低应力工况”的判断条件“低温低应力工况”的判断条件主要包括：设计温度、调整后温度，设计应力及钢材种类四各方面。
1.低温压力容器的设计温度1.1容器的设计温度必须低于-20℃，否则其就不是低温压力容器，更不可能处于“低温低应力工况”。
1.2容器的设计温度低于-100℃时，不适用于“低温低应力工况”。
低温压力容器的设计
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等矿物微量元素，能滋补强身、改 善体质和增强免疫力； 鸡肉也富含丰 富的蛋白质） ，成为营养型绿色调味
厂推出的鲍鱼鸡 润，又能在煲、炒、烧、烩等烹饪过程中，长时间固守鸡
粉，在上海、北京、深圳、台湾、香港等地的商务酒楼和 汁鲜味。鲍鱼鸡粉的问世，为重庆鸡精行业的提档升级翻
2006.No17 ５２
决策管理 Policy& Management
科技视野
ｆ）容器焊有接管及载荷复杂的附件，需焊后消除应力而 不能进行整体热处理时，应考虑部件单独热处理的可能性；
ｇ）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，应为全焊透结构，且焊缝圆滑过渡；
①设计温度不低于 － ４６ ℃时，“低温低应力工况”容 器的设计温度按表 １ 进行调整。
②设计温度低于－ ４６ ℃但不低于－ １００ ℃时，仅当容器 壳体或其受压元件的一次总体薄膜应力降至小于或等于钢材 标准常温屈服点的六分之一，且不大于５０ＭＰａ 时，设计温度调 整值可以取 ５ ０ ℃。
③设计温度低于 － １００ ℃时，设计温度调整值为 ０。 调整后的设计温度等于或低于－ ２０ ℃时，压力容器的选 材（包括钢材及焊接接头冲击试验温度） 、设计、制造、检 验要求均按调整后的设计温度来确定。调整后的设计温度高 于－ ２０ ℃但低于０ ℃时，压力容器的钢材及其焊接接头的冲 击试验温度，应等于或低于调整后的设计温度，其他设计、制 造、检验要求可不必遵循 ＨＧ２０５８５－９９８《钢制低温压力容器 技术规定》的规定。调整后的设计温度不低于 ０ ℃时，压力 容器的选材、设计、制造、检验要求均不必遵循 ＨＧ２０５８５－ ９ ８ 《钢制低温压力容器技术规定》的规定。
压力管道设计中的低温低应力工况及其应用
压力管道设计中的低温低应力工况及其应用尹 侠 周剑秋 李庆生(南京化工大学)摘 要 简要分析了目前国内低温管道设计的技术状况,提出在低温管道设计中也存在低温低应力工况,和低温压力容器设计中的有关内容相似,并通过实例分析验证了其工程实用性。
关键词 低温管道 低温低应力工况低温管道在石油化工企业中应用比较广泛,一般把5 以下的物料管道统称为低温管道。
在低于5 的工况下,低碳钢管材逐渐由延性状态向脆性状态转变,温度低于无塑性转变温度以后,管材处于脆性状态,使用就应有一定条件的限制。
所以,设计温度低于无塑性转变温度的管道属于实质上的低温管道。
目前,压力管道设计已愈来愈受到有关部门和单位的重视,设计单位必须进行资质审批,设计技术也逐步规范化。
但由于目前国内还没有形成一套成熟的技术规范,因而在设计中还存在着许多不确定的因素,尤其是低温管道的设计,国内还未见详细的文献报道,因此有关低温管道的设计方法就值得分析和研究。
1 管道设计中的低温低应力工况低温管道设计和普通管道设计相比,主要要多考虑两个问题:第1是低温脆性,这就要求设计人员合理选择冲击韧性高的钢材,同时从配管设计和管系制作上防止脆裂和脆断;第2是保冷结构设计和由于保冷需求而产生的一系列设计要求。
关于保冷方面的设计内容在文献[1~3]中已有较为详细的论述,实际操作也可行。
本文主要讨论如何防止管线发生低温脆断的设计方法。
为防止低温脆断的发生,对接焊缝和钢材都应进行夏比(V形缺口)冲击试验。
但对于压力不高、应力不大的低温压力管线,在设计时能否不要求进行冲击试验呢?这个问题归结起来就是低温压力管线设计中是否也存在类似低温压力容器设计中的低温低应力工况的问题。
目前,国内还无技术文件对此作出定义,但ASME/ANSI B31 5规范[4]材料篇有条规定:在-101 ~-28 之间的温度范围内服役的铁金属管道,如果在压力和热收缩的同时作用下,或者在支承点之间弯曲的影响下所产生的最大环向或纵向抗拉应力不超过材料许用应力的40%,则不要求做冲击试验。
低合金钢制低温压力容器的认定及设计、制造要点
低合金钢制低温压力容器的认定及设计、制造要点低合金钢制低温压力容器是石油化工生产流程中常见的设备，广泛用于过程物料的贮存、热量交换、物理化学反应等场合。
它是指设计温度低于或等于-20~℃的低合金钢制压力容器(包括由于受环境温度的影响，壳体的金属温度低于或等于-20℃的压力容)。
在压力容器的设计过程中，往往有人误将操作温度为-20℃及以下的压力容器全部当作低温压力容器来设计，忽视了满足一定条件的“低温低应力工况”可不受低温压力容器一系列控制条件约束的问题，给制造、检验和验收带来了不必要的麻烦，增加了制造成本，忽视了压力容器设计的经济性。
1低合金钢制低温压力容器“低温低应力工况”的确定（1）GB150-1998《钢制压力容器》附录C 《低温压力容器》和GB151—1999 《管壳式换热器》附录A 《低温管壳式换热器》中，都对“低温低应力工况”作出了明确的定义，即指壳体或受压元件的设计温度虽然低于或等于-20℃，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 的工况，即说明壳体或受压元件使用在“低温低应力工况”下。
若其设计温度升高50℃后，高于-20℃，就不必遵循低温压力容器的规定。
也就是说，满足这样条件的压力容器就不属于低温压力容器的范围了，设计人员应对此类压力容器进行常规设计。
（2）HG20585- 1998 《钢制低温压力容器技术规定》中对“低温低应力工况”的定义是指容器壳体或其受压元件在低温(小于等于-20℃) 操作条件下一次总体薄膜应力σ降到GB150规定的材料许用应力[σ]与相应焊接接头系数φ的乘积的75％以下的工况。
按HG20585-1998《钢制低温压力容器技术规定》第三条的规定对设计温度可以分三种情况调整：①设计温度不低于-46℃时，“低温低应力工况”压力容器的设计温度调整(提高)按表1进行。
调整后的设计温度等于设计温度t与温度调整值Δt之和。
②设计温度低干-46℃但不低干-100℃时，仅当容器壳体或其受压元件的一次总体薄膜应力降至小于或等于钢材标准常温屈服点的1／6，且不大于50MPa时，设计温度调整值可以取50℃。
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
浅谈低温压力容器设计 苑颖
浅谈低温压力容器设计苑颖摘要：本文主要从低温压力容器确定、选材、结构设计、制造和检验等各个环节，简要探讨了低温压力容器在设计及使用中所需要注意的事项。
关键词：低温低应力工况；选材；结构设计；制造和检验；使用随着科学技术的进步，低温技术在近些年得到了迅速发展和广泛应用。
低温压力容器是低温工业过程的关键设备，其在石油化工行业中的使用量亦与日俱增。
设计温度在-20℃以下的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的局部应力，而造成容器发生塑性变形，引发脆性断裂，甚至发生严重的事故。
所以在选材、结构设计、制造和检验等方面均要采取措施，防止低温脆性断裂事故发生，保证设备的安全使用。
1. 低温低应力工况所谓低温低应力工况是指对于符合规定温度条件的低温容器，若容器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六分之一，且不大于50MPa时的工况。
对于碳素钢和低合金钢制容器，当壳体或其受压元件使用在“低温低应力工况”下，若其设计温度加50℃（对于不要求焊后热处理的容器，加40℃）后，高于或等于-20℃时，可不必遵循关于低温压力容器的规定。
2.低温压力容器的选材低温压力容器设计的选材主要考虑材料在整个工作温度区应有足够的韧性，以防止容器发生脆性断裂。
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；一般低温用钢都要求正火处理，正火处理除可以细化晶粒外，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；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，关于取样的分批要求按相应的标准或设计文件的规定。
（3）低温压力容器用碳素钢及低合金钢钢板的钢号、使用状态、使用温度下限等要求见表1。
（7）奥氏体不锈钢只有当最低设计温度低于-196℃时才考虑对母材的冲击试验。
低温低应力工况的判定和设计注意事项
ｌ １ 氏 温低应力工况 的定 义
根 据ＧＢ１ ５ ０ ． ３ — ２ ０ １ １《 压 力容 器 》第 ３ 部分 ：设 计 附录 Ｅ （ 规 范性 附录 ）关 于低 温压 力 容 器 的基本
设 计要 求 ，Ｅ ． １ ． ４ 条 ：对 于 碳 素钢 和 低 合 金 钢 压力 容 器 ， 当 壳 体 或 其 他 受 压 元件 使 用 在 “ 低 温 低 应 力 工 况 ” 下 ， 若 其 设 计温 度 加 ５ ０ ℃ （ 对 于 不要 求 焊 后 热 处 理 的容 器 ，） ￣ １ １ ４ ０ ℃ ）后 不 低 于 ２ ０ ￣ Ｃ， 除 另有 规定 外 ，不 必遵循 关 于低温 容 器 的规定 。
中的环 向薄膜应 力。这 是一个进步 ，对于载荷及 引起的应 力性质和大小 都做 了明确 的规定 ，避免 了 以前 判 定 中 的 片 面 和 混 乱 ［ ３ 】 。这 是 因 为 ：针 对 容 器 壳体 受 压 元件 ，： 通过 判 断该 受 压 元 件 所 受 的 最 大 一 次 总体 薄膜 应 力 是 否符 合 “ 低 温 低 应 力 工 况 ”的标 准 ， 即可 判 断 。但 对 于 法 兰 、管 板 、 平 盖 等 不 按 总 体 薄 膜 拉 伸 应 力 受 力 的 受 压 元 件 而 言 ，就 没 有 判 定 条件 ： 来 判 断 是 否属 于 “ 低 温 低 应 力 工 况 ”， 只 能 按低 温 压 力容 器 用 材 进 行 选 材 ， 造成制造 成本的浪费。现在对于法兰 、管板、平 盖等不按总体 薄膜拉伸应力受力 的受压元件 ，可 以通 过 计 算 它们 所 受 的最 大 一 次 弯 曲应 力 ，是 否 符合 “ 低 温低 应 力 工 况 ”标 准 ，就 可 判 断 是 否 属
制 造 方 的材 料 采 购 、制 造 、检 验 和 验 收 成 本 ，又 能 降低 业 主 方 的工 程 项 目费用 支 出 。这 也 完 全 符 合Ｔ Ｓ Ｇ Ｒ ０ ０ ０ ４ — ２ ０ ０ ９《 固定 式 压力 容 器 安全 技 术 监 察 规 程 》 中３ ． ７ 中关 于 节 能 的要 求 ：在 设计 的源 头 上 ，原 则 上 要 求 设 计 者 树 立 节 能 减 排 的意 识 ， 压 力 容 器 的设 计 者 要 充 分 考 虑 节 能 降 耗 的原 则 ， 充 分考 虑 压力 容器 的经 济性 ，合 理选 材 的要 求 【 ” 。
低温低应力工况压力容器的设计
器的选材进行论述，目的就是在条件允许的情况下， 一般的压力容器用材料（
等）在常温条件下
用价格较低的材料代替一些价格高的传统材料，降 的许用 应 力 值（
），根 据
低设备的材料成本和制造成本，进而降低整个工程 《 钢制低温压力容器技术规定》的要求，当设备壳体
项目的费用支出，最终达到增强企业竞争实力的目 一次总体薄膜（ 拉）应力不高于材料标准常温屈服
氯气液化器是氯碱行业经常用到的低温压力容
厚， ）计算此时壳体一次薄膜应力为
； 器，属于低温换热化工设备。该设备壳程介质为冷
＊ ［作者简介］刘岩峰（
），男，工程师，
工工程设计有限公司从事设计工作。
［ 收稿日期］
年毕业于辽宁工学院材料工程系塑性成型专业，现在葫芦岛锦化化
。；
。。。。。；
。；
第期
刘岩峰等：低温低应力工况压力容器的设计
。液
氨在
时对应的饱和蒸汽压仅为
，
由公式 ! （ ）计算此时壳体一次薄膜应力为
；而液氨在
时其对应的饱和蒸汽
压仅为
，由公式 ! （ ）计算此时壳
体一次薄膜应力为
。壳体一次薄膜应力
值远低于一般的压力容器用材料（
等）在常
温条件下的许用应力值（
），同 时 壳 体 一 次
薄膜应力值也小于壳体材料
标准常温屈服
点的 （ 即
温度为
，操作压力约为
，管程筒体
内径为
，由公式 ! （ ）计算此时壳体
一次薄膜应力为
，壳体一次薄膜应力值也
远低于一般的压力容器用材料（
等）在常温
条件下的许用应力值（
），同 时 壳 体 一 次 薄
压力容器低温低压力工况计算
RT1277-00 500L 搪玻璃反应罐（开式）计算书1.设计参数：1）内筒设计压力：-0.1/0.4MPa 设计温度：-35℃筒身（封头）内直径mm D i 900= 筒身（封头）名义厚度mm n 14=δ 筒身（封头）材料：Q245R2）夹套设计压力：0.4MPa 设计温度：-60℃ 筒身（封头）内直径mm D i 1000= 筒身（封头）名义厚度mm n 8=δ 筒身（封头）材料：Q245R2.主要受压元件：筒身、上封头和下封头。
3.校核依据：GB150.3-2011附录E “低温低应力工况”：壳体或其受压元件的设计温度虽然低于-20℃，但设计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。
Q245R 标准常温屈服强度MPa R eL 245=，故MPa R eL 8.40624561==。
4.内压计算校核：1）筒身内压计算校核：取筒身名义厚度mm n 14=δ，则有效厚度：mm C C C n n e 5.112.23.01421=--=--=-=δδδ其中：C 为厚度附加量：1C 为材料厚度负偏差；2C 为腐蚀裕量其中1.2mm 为搪烧减薄量，1mm 为腐蚀裕量。
则筒身计算应力：()MPa MPa D p e e i c t 8.409.155.1125.119004.02)(<=⨯+⨯=+=δδσ。
筒身计算厚度：m m p R D p cel ic 43.44.012456129004.0612≈-⨯⨯⨯⨯=-⨯=φδ，则设计厚度mm C d 63.62.243.42=+=+=δδ，所以取名义厚度mm n 14=δ合格。
2）内筒封头内压计算校核： a.上封头内压计算校核：取上封头名义厚度mm nh 14=δ，则其有效厚度：mm C C C n nh eh 1.116.23.01421=--=--=-=δδδ。
其中：C 为厚度附加量：1C 为材料厚度负偏差；2C 为腐蚀裕量其中1.2mm 为搪烧减薄量，1.4mm 为上封头压制成型时的加工减薄量。
低温低应力工况压力容器的设计
低温低应力工况压力容器的设计
何晓睛
（ 广西广汇低温设备有限公司。 广西 桂林 ５ ４ １ １ ９ ９）
【 摘 罩】 低温压力容器在设计、选材和制造等各个方面都要 计温度取最低环境温度；
比常温容 器的设 计有更 高的要 求。本文主要分析 了低温低 应力工况 的概念，设计 温度和低 温低应 力工况 的确定和低温低应力工况压 力 容器的设 计。 有保温设施或物料为流动状的容器，设计温度要结合物料 的温 度，流量、容器大小和散热情况来确定。 ３确定低温低应力 工况 旦确定设计温度， 就可按照 ≤一 ２ ０ ℃压力容器 的低温界 限， 判 断是否属于低温容器。设计温度 ≤一 ２ ０ ℃的压力容器 的受压元件 ， 一 般 出特殊情况外， 都应考虑其低温脆 断因素而按低温度设计 。 所以 ， 容器设计不能只按温度 来决定是否按低温压 力容器 要求设计，因为 有时虽然壁温为低温，但应 力水平 也很低 ，这时就 没必要 按低温 容 器设计， 以免造成不必要的损 失。针 对低温 下拉应 力较 小的情况 ， 可根据应力水平 决定是否按低 温容器 设计 。我国Ｇ Ｂ １ ５ ０ － ９ ８ 中规定，
试验温度值在一 ｌ ９ ～Ｏ ℃时，则 需考虑 其低温脆 断因素，但 只对该 受 压元件材料本体 和焊缝 做低温 冲击试验 ， 其余 方面均 可按常 温考虑 ； 如果冲击试验温 度值 小于等于一 ２ Ｏ ℃时， 就应该完全按照低温压 力容 器进行选材，设计、制 造和检验 。 ４低温低应力工况压力容器的设计 ４ ． １选用合适的低温钢 材 选择低温 容器的材料时一定要考虑设计温度 、材料 的低温冲击 韧性、使用时的拉应力 水平 、焊接及焊后热 处理等 问题 ，并且应 结 合具体用途，提 出必要 的、 ’ Ｇ Ｂ １ ５ ０ 规定以外的补充要求 ，有时还要结 合钢厂的生产装 备和工 艺技术 水平 ，甚至应 该在设计文件 中明确钢’ 材的供 货渠道 。选材原 则如下 ： 低温容器 受压元件 用钢材应该 是镇静钢 ，承受荷载 的非受压元 件也必须韧性和 焊接性 能 良 好 ，对这 些材料进行正火处理 ； 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，分批取样 必须满 足相关标准 ； 对于低温 容器中使用的碳 素钢和低合金钢壳体钢板 ，当钢板 厚 度 ６＞ ２ ０ ａ ｒ ｍ，应进行逐张超 声波检测 ，看 是否符合相关要求 。 ４ ． ２低温下的结构设计 结构设计 要消除结构的集 中应 力和尖 角，确保足够 的柔性 。设 计 时 要注 意 以 下 几 点 ： 应尽量简 单，减少 约束 ；避免形状突变 ，减少局部 高应力 ；接 管端部应 打磨成 圆角 ，圆弧过渡 ；避 免产生过大 的温度梯度 ；支座 、 支腿应 设置垫扳 。不 能直接焊在壳体 上；附件 的连接焊缝不应采用 不连续焊 或点焊 ；容器焊有接 管及载荷复杂 的附件 ，需焊后消 除应 力而不能进行整 体热处 理时，应考虑 部件单独热处理 的可 能性 ；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 全 焊透 结 构 ，且 焊缝 圆滑 过 渡 。 ４ ． ３ 焊 接 要 求 低 温 压力 容 器施 焊 前应 按Ｊ Ｂ ４ ７ ０ ８ －２ ０ ０ ０ 进 行 焊 接 上 艺 评定 试 验，包括焊缝和热影响 区的低温夏 比（ Ｖ 型缺 口） 冲击试验；每 台低温 压力容器 都应制 各产 品焊接试 板； 焊接时要采 用全 焊透结 构；要 选用低 氧型焊 条；不应 使用 不连 续的焊接 型式 ；严格控 制焊接 线能量 ；对接 焊缝 的余高牛焊件厚度 的１ ０ ％ ，且牛３ ｍ ｍ ；焊缝表面不 的有裂 纹、气 孔和咬边等缺 陷，应 尽 量打磨光 滑；不 得在焊接部位 引弧 。 （ 下转第 ３ ５ ７页 ）
低温低应力工况压力容器的设计
低温低应力工况压力容器的设计【摘要】低温压力容器在设计、选材和制造等各个方面都要比常温容器的设计有更高的要求。
本文主要分析了低温低应力工况的概念，设计温度和低温低应力工况的确定和低温低应力工况压力容器的设计。
【关键词】低温；低应力；工况；压力；容器；设计低温压力容器是一种石油化工生产中经常用到的容器，它是指设计温度≤-20℃的压力容器（包括因为受到环境影响壳体的金属温度≤-20℃的压力容器）。
在制作压力容器的过程中，人们容易将设计图样中设计温度≤-20℃的压力容器视为低温压力容器，而没有注意到一定条件的“低温低应力工况”可不受低温压力容器等条件的制约，造成了很多不必要的麻烦，也徒增了成本。
1 低温低应力工况的概念相关的成文规范中对“低温低应力工况”的定义是：指壳体或受压元件的设计温度虽然≤-20℃，但其环向应力≤钢材标准常温屈服点的1/6且≯50MPa的工况。
就算壳体或受压元件再使用时满足“低温低应力工况”，但是如果其设计温度升高了50℃，比-20℃要高，就不适用相关规定了，这样条件下的压力容器就不是低温压力容器了。
也有规范中对“低温低应力工况”的定义是：容器壳体或其受压元件在低温（≤-20℃）下一次总体薄膜应力δ降到GB150规定的材料许用应力[δ]与相应焊接接头系数φ的乘积的75%以下的工况。
相关规范将设计温度分为了三种情况。
首先，设计温度不低于-46℃时，“低温低应力工况”容器的设计温度按表1进行调整。
表1 “低温低应力工况”容器的设计温度应力比δ/[δ]φ设计温度调整值△t/℃0.75 00.60 100.45 200.375 300.33 400.3 50注：应力值处于中间值时，△t可取内插值其次，设计温度在-46℃和100℃之间，仅当容器壳体或其受压元件的一次总体薄膜应力降至≤钢材标准常温屈服点的1/6，且≯50MPa时，设计温度调整值可以取50℃。
再次，设计温度低于-100℃时，设计温度调整值为0。
压力容器低温低压力工况计算
RT1277-00 500L 搪玻璃反应罐（开式）计算书1.设计参数：1）内筒设计压力：-0.1/0.4MPa 设计温度：-35℃筒身（封头）内直径mm D i 900= 筒身（封头）名义厚度mm n 14=δ 筒身（封头）材料：Q245R2）夹套设计压力：0.4MPa 设计温度：-60℃ 筒身（封头）内直径mm D i 1000= 筒身（封头）名义厚度mm n 8=δ 筒身（封头）材料：Q245R2.主要受压元件：筒身、上封头和下封头。
3.校核依据：GB150.3-2011附录E “低温低应力工况”：壳体或其受压元件的设计温度虽然低于-20℃，但设计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。
Q245R 标准常温屈服强度MPa R eL 245=，故MPa R eL 8.40624561==。
4.内压计算校核：1）筒身内压计算校核：取筒身名义厚度mm n 14=δ，则有效厚度：mm C C C n n e 5.112.23.01421=--=--=-=δδδ其中：C 为厚度附加量：1C 为材料厚度负偏差；2C 为腐蚀裕量其中1.2mm 为搪烧减薄量，1mm 为腐蚀裕量。
则筒身计算应力：()MPa MPa D p e e i c t 8.409.155.1125.119004.02)(<=⨯+⨯=+=δδσ。
筒身计算厚度：m m p R D p cel ic 43.44.012456129004.0612≈-⨯⨯⨯⨯=-⨯=φδ，则设计厚度mm C d 63.62.243.42=+=+=δδ，所以取名义厚度mm n 14=δ合格。
2）内筒封头内压计算校核： a.上封头内压计算校核：取上封头名义厚度mm nh 14=δ，则其有效厚度：mm C C C n nh eh 1.116.23.01421=--=--=-=δδδ。
其中：C 为厚度附加量：1C 为材料厚度负偏差；2C 为腐蚀裕量其中1.2mm 为搪烧减薄量，1.4mm 为上封头压制成型时的加工减薄量。
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。
低温压力容器设计方法探讨
低温压力容器设计方法探讨近年来，随着石油工业的发展，对技术的要求越来越高，低温压力容器就是石油工业发展的一种约束力量，因此这种容器设计的如何将成为石油工业发展关注的一个重点问题。
本文从容器的确定、选材、结构设计以及制造、检验等方面探讨了低温压力容器的设计要求及其注意事项。
标签：低温压力容器；设计；方法探讨前言：低温下操作的压力容器随着使用温度的降低，容器所用钢材及其连接焊缝会由延性状态转变为脆性状态，其受压元件在拉应力的作用下，应力水平在低于材料的屈服强度，或低于许用应力的情况下突然发生脆性断裂。
这种断裂发生的前后，均没有或只有局部极小的塑性变形，而没有整体屈服，在日常生活中不易觉察，但常发生灾难性事故，甚至对安全生产构成很大威胁。
低温压力容器在石油化工企业的压力容器使用中占有一定的比重，它之所以有这样的地位是因为这种压力容器的工作环境要求比较低的温度，因此容器材料的脆性相应的就会增加。
低温压力容器必须从设计、选材、制造到检验等各个环节提高对低温压力容器的要求，相较之下，对低温压力容器的要远远高于对非低温压力容器的要求，因此低温压力容器的设计、选材、制造检验的过程都需要进行细致的探究。
下面我们就低温压力容器的设计温度、选材、结构设计、制造、检验、焊接等一些重要的环节进行探讨。
一、低温压力容器的确定根据GB 150—2011《压力容器》附录E（标准的附录）“低温压力容器的基本设计要求”的规定，低温压力容器是指容器的设计温度低于-20℃，或由于环境的影响，壳体的金属温度低于-20℃，或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。
另外设计时还应特别注意“低温低应力工况”，在GB 150—2011《压力容器》附录E（标准的附录）“低温压力容器的基本设计要求”和GB 151—2011《管壳式换热器》附录A（标准的附录）“低温管壳式换热器”中“低温低应力工况”的定义是：指壳体或其受压元件的设计温度虽然低于-20℃，但设计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。
阐述低温压力容器设计
阐述低温压力容器设计现如今，低温压力容器的应用十分广泛。
本文主要从低温压力容器确定、选材、结构设计、制造和检验几方面重点进行了阐述了关于低温压力容器设计和所要注意的各种事项，仅为读者提供一些有价值的参考。
标签：低温压力容器；选材；结构设计；制造和检验近年来，石油化工企业中，压力容器的使用较多。
再加上，因气体液化、分离、气体生产、储存与应用等十分普遍，因此，在发展低温技术过程中，低温压力容器的使用所占的比例是非常大的。
所以，一般来说，此类压力容器在工作时，其温度是比较低的，这样一来，增大了容器材料脆性。
在拉应力作用下，受压元件的应力水平小于材料屈服强度时，会突然产生脆性断裂现象。
而在发生此种断裂前后，都没有活着只有局部产生很小的塑性变形，并不是整体都出现屈服。
因此，在日常生产当中，此种断裂是很难被察觉到的，特别是对石油化工企业安全性带来较大的危害。
所以，针对低温压力容器，要从多个反面进行考虑，比如：设计、选材、制造和检验等等。
但是，低温压力容器和非低温压力容器比较来说，获得很大程度提高。
1 关于低温压力容器的选用因當前针对低温压力容器的要求偏高，这样一来，导致低温压力容器造价会远远高于普通压力容器。
因此，在设计过程中，相关人员要结合具体的设计条件，准确判断出所选用的容器是否在低温压力容器的范畴之内。
而结合我国现有的关于《压力容器》的规范，低温容器指的是其设计温度能够低于低合金钢、不锈钢以及其它铁元素的不锈钢容器，而且要求设计温度要低于-196℃的奥氏体不锈钢容器。
若容器是由碳素钢或者是低合金钢制成的，因受到外界环境温度影响，从而使得在操作条件要求下，其容器壳体金属温度在低于-20℃时，也要按照低温压力容器规定予以科学的设计。
此外，在规定中，还对低温低应力工况予以定义：壳体或者是受压元件设计温度尽管在-20℃以下，要求设计应力小于或者是等于钢材标准常温下，屈服强度的1/6，并且不能超出50MPa时的工况。
低温压力容器设计制造中的注意点
低温压力容器设计制造中的注意点结构1.A类接头，结构应尽量简单，减少约束；B类接头，避免产生过大的温度梯度；c 类接头，应尽量避免结构形状突然变化，以减少局部应力；d类接头，接管与壳体连接部位应圆滑过渡，接管端部内壁处倒圆；e类接头，容器支座或支腿不得直接焊接在壳体上，需设置垫板。
GB/T150.3-2011附录E2.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。
3. 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。
4. 各几何形状不连续的连接元件之间应有足够大的过渡圆弧半径：厚薄不一致的连接件之间应有足够斜度的削薄过渡；尽可能将结构做成静定结构，使各构件在外载荷作用下可以自由变形，不受约束；各支座和容器受压元件的接触处应设置垫板;圆筒或封头上尽可能沿径向开孔，避免出现非径向接管；尽可能采用整体法兰；避免采用螺纹法兰；各类焊接接头尽可能采用全熔透结构。
5. 应用在真空环境下的焊接接头，其焊后的死角应在背离真空的一面。
1.A类焊接接头应选用双面焊或相当于双面焊的全焊透对接接头（GB/T150-P143-C3.3.1）2.B类焊接接头的要求与A类相同，但因结构限制不能采用双面焊时，允许采用焊后不拆除垫板的单面对接接头（GB/T150-P143-C3.3.2）3.C类焊接接头可采用下列形式：（GB/T150-P143-C3.3.3）11平盖与圆筒的连接，可采用GB/T150图J10（P226），表7-7序号1、2、9（P66）所示结构；平盖法兰与法兰颈或圆筒的连接可采用GB/T150图9-1（g）、（k）（P89）所示结构；若用图9-1（b-1）、（b-2）、（h）、（i）、（j）（P88-89）和图9-2（a-1）、（a-2）所示的结构，仅适用于以下范围：（a）设计温度不低于-30°C或者设计压力小于或等于1.0MPa（b）钢材的标准抗拉强度下限值σb≤540MPa11球冠形封头、半顶角大于30°的锥壳、平盖、管板等部件与壳体的连接，均应采用全焊透结构，如图J10（P226）所示4.D类焊接接头可采用下列形式：（GB/T150-P143-C3.3.4）11插入式接管、安放式接管，以及凸缘等与壳体的连接，可分别采用GB/T150图J3（P220）、图J6（a）、（b）、（c）（P223）、图J8（P224）或与其类似的全焊透结构11带补强圈的接管与壳体的连接、以及补强圈与壳体搭接的角接接头可采用GB/T150图J4（a）、（b）、（c）（P221）所示的全焊透结构5.接管与壳体之间接头设计应当采用全焊透结构《固规》—P15—3.14.2条6.应严格控制焊接线能量，在焊接工艺评定所确认的范围内，选用较小的焊接线能量，以多道施焊为宜（GB/T150-P144-C4.3.4）1.对焊后不进行消除应力热处理的容器，不得采用锤击等强制手段进行成形或组装，不得在受压元件上刻划或敲打材料标记、焊工钢印等（GB/T150-P144-C4.8）2.采用经过正火、正火加回火，或调质处理的钢材制造的受压元件，宜采用冷成形或回火温度以下的温成形。
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［ 编辑：董红果］
低温低应力工况压力容器的设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
刘岩峰， 苏德光， 孟丽， LIU Yan-feng， SU De-guang， MENG Li 葫芦岛锦化化工工程设计有限公司,辽宁葫芦岛,125001
氯碱工业 CHLOR-ALKALI INDUSTRY 2007(3) 1次
，且为饱和蒸
代替价格比较高的低温用钢
，从而
汽压，而此时容器内温度为
左右，不属于低温 降低了材料费用的支出。 年 月，葫芦岛锦化
范畴，容器材质可不按低温压力容器要求选取。当 化工工程设计有限公司为广州乳源 万 离子
容器内的温度＄
时，分别以
、
和
为操作温度对容器壳体的一次薄膜拉应
膜烧碱工程和江苏天成氯碱股份有限公司 万 离子膜烧碱 聚氯乙烯工程设计的液氯计量槽材料
（ ）当调整后的设计温度低于 而高于
时，压力容器选材及其焊接接头除进行低温冲击
试验（ 取试验温度等于设计温度）外，其余不必遵守
低温压力容器的规定。
（ ）当调整后的冲击试验温度高于或等于
时，受压元件的设计、选材、结构、制造检验等均不必
遵守低温压力容器的规定。
在以上低温容器的设计过程中，材料选用非低
温用钢
引证文献(1条)
1.赵建峰 “低温低应力工况”的分析与应用[期刊论文]-科技与生活 2012(12)
本文链接：/Periodical_ljgy200703018.aspx
（ ）设备设计温度低于
但不低于
时，仅当容器壳体或其他受压元件的一次总体薄
膜应力降至小于或等于钢材标准常温屈服点的 ，
且不大于
时，设计温度调整值 ! 可取
。
（ ）设备设计温度低于
时，设计温度
调整值为 。
（ ）调整后的设计温度不高于
时，压力
容器选材（ 包括其焊接接头的冲击试验温度）、设
计、制造、检验要求均按调整后的设计温度来确定。
），且小于
。因此该
设备同 样 为 低 温 低 应 力 工 况 下 的 低 温 压 力 容 器。
年，葫芦岛锦化化工工程设计有限公司在为四
川一烧碱工程设计该设备时用
代替了以前
常用的
。
#" 注意事项
（ ）正确分析设计条件及该设备的工作状况。
由于Байду номын сангаас程所在地点不同，而全国各地的气候条件千
差万别，设计时应充分考虑工程所在地的环境。如
［ 中图分类号］
［文献标识码］ ［文章编号］
（）
为了提高竞争力，在一些项目新建以及改扩建 当操作温度为
时，同样方法计算壳体一次薄
过程中，氯碱企业应充分利用各种有效措施，在满足 膜应力为
；当操作温度为
时，壳体
要求的基础上，尽最大努力减少支出，降低项目的建 一次薄膜应力为
。由此计算结果可以看
设成本。下面对氯碱行业中一些常用的低温压力容 出，在低温状态下，容器壳体一次薄膜应力值远低于
。。。。。； 设备与防腐
却盐水，操作温度为
，操作压力为
，
壳程筒体内径为
，壁厚经计算取
，壳
程主要受压元件材质设计选择
。由公式 !
（ ）计算此时壳体一次薄膜应力为
，远
低于一般的压力容器用材料（
等）在常温条
件下的许用应力值（
），同 时 小 于 壳 体 材 料
标准常温屈服点的 （
），且 小
于
。该设 备 管 程 介 质 为 液 氯、氯 气，其 操 作
，在进行该设备设计时，根据 料
厚度
时标准常温屈服点的
《 压力容器安全技术监察规程》
中的相关规 为
，
时标准常温屈服点的
定，取
时的饱和蒸汽压
作为该设备 （即
），该设备为低温低应力工况下的低
的设计压力；设计温度为 。但在该容器的正常 温压 力 容 器。 因 此，该 设 备 的 筒 体 材 料 可 以 用
工作过程中，其工作压力仅为
氯气液化器是氯碱行业经常用到的低温压力容
厚， ）计算此时壳体一次薄膜应力为
； 器，属于低温换热化工设备。该设备壳程介质为冷
＊ ［作者简介］刘岩峰（
），男，工程师，
工工程设计有限公司从事设计工作。
［ 收稿日期］
年毕业于辽宁工学院材料工程系塑性成型专业，现在葫芦岛锦化化
。；
。。。。。；
。；
第期
刘岩峰等：低温低应力工况压力容器的设计
芦岛锦化化工工程设计有限公司在为四川一烧碱工
程设 计 该 设 备 时 用
代替了起初要求的
，为该企业节省了费用。
!" 液氨贮罐
液氨贮罐在氯碱和石化行业中是用来贮存液态
氨的典型贮存容器。按规范要求，其设计压力取
时的饱和蒸汽压
，但 其 通 常 为 常 压 容
器。该设备筒体内径为
，壁厚经计算取
，设备 主 要 受 压 元 件 材 质 设 计 选 择
温度为
，操作压力约为
，管程筒体
内径为
，由公式 ! （ ）计算此时壳体
一次薄膜应力为
，壳体一次薄膜应力值也
远低于一般的压力容器用材料（
等）在常温
条件下的许用应力值（
），同 时 壳 体 一 次 薄
膜应力也小于壳体材料
标准常温屈服点的
（即
），且 小 于
。因此该设备
为低温低应力工况下的低温压力容器。 年，葫
第期
氯碱工业
年月
，
低温低应力工况压力容器的设计
刘岩峰＊，苏德光，孟 丽
（ 葫芦岛锦化化工工程设计有限公司，辽宁 葫芦岛
）
［ 关键词］低温压力容器；液氯计量槽；氯气液化器；液氨贮罐
［摘 要］对低温低应力工况下的压力容器材料的应力状况及容器的工作状况进行了分析、论述，阐述了设计
中应注意的问题及相应的解决方法，为低温压力容器的设计提供了有益的参考。
的。
点的 、且不大于
的工况条件时，即为低
!" 液氯计量槽
液氯计 量 槽 的 作 用 是 储 存 液 态 氯（ 质 量 分 数
温低应力工况。而通过以上分析计算，该设备在低
温状态时壳体的薄膜拉应力不仅小于
，且小
以上）供各生产部门使用。液氯在设备内的正 于壳体材料
标准常温屈服点的 （ 壳体材
常操作温度低于
力进行分析计算（ 设备直径取
，壳体壁厚 为
；而 年为四川一烧碱工程和河北冀
取
，材质为
）。当操作温度为
衡化学股份有限公司 万 离子膜烧碱工程所设
时，由公式 ! !"（# $）（ ! 为筒体材料在相应温度 计的液氯计量槽材料则用
代替了
。
下的一次薄膜应力， ；! 为液氯在相应温度下的 #" 氯气液化器
饱和蒸汽压， ；" 为筒体内径， ；$ 为筒体壁
器的选材进行论述，目的就是在条件允许的情况下， 一般的压力容器用材料（
等）在常温条件下
用价格较低的材料代替一些价格高的传统材料，降 的许用 应 力 值（
），根 据
低设备的材料成本和制造成本，进而降低整个工程 《 钢制低温压力容器技术规定》的要求，当设备壳体
项目的费用支出，最终达到增强企业竞争实力的目 一次总体薄膜（ 拉）应力不高于材料标准常温屈服
。液
氨在
时对应的饱和蒸汽压仅为
，
由公式 ! （ ）计算此时壳体一次薄膜应力为
；而液氨在
时其对应的饱和蒸汽
压仅为
，由公式 ! （ ）计算此时壳
体一次薄膜应力为
。壳体一次薄膜应力
值远低于一般的压力容器用材料（
等）在常
温条件下的许用应力值（
），同 时 壳 体 一 次
薄膜应力值也小于壳体材料
标准常温屈服
点的 （ 即
同样一个设备，相同的工艺生产条件，在海南省境内
不需要保温设施，而在黑龙江省则需要可靠的保温
设施。
（ ）设备设计温度不低于
时，低温低应
力工况压力容器的设计温度按表 调整。调整后的
设计温度等于设计温度 与温度调整值 ! 之和。
表 $" 低温低应力工况压力容器的温度调整情况
应力比 !〔!〕
设计温度调整值 !
即可满足标准规范的要求，既降低了
设备的制造成本，又经济合理地达到了设备的使用
要求。
综上所述，对低温压力容器的设计，在正确分析
设计条件及工作条件的前提下，既要符合设计规范，
又要经济 合 理，以 达 到 设 备 正 常 操 作 条 件 的 要 求。
同时，摆正安全与经济的关系，降低设备的造价，以
取得最佳的经济效益。