“低温低应力工况”的分析与应用
低温用低合金钢的应力腐蚀开裂行为及其影响因素分析
低温用低合金钢的应力腐蚀开裂行为及其影响因素分析低温环境下，低合金钢常常用于制造船舶、海洋结构以及核电站等重要设施。
然而，在一定条件下，低温下的低合金钢容易发生应力腐蚀开裂，导致设施的安全性受到威胁。
因此，深入了解低温用低合金钢的应力腐蚀开裂行为及其影响因素对于保障设施的安全性至关重要。
应力腐蚀开裂是一种腐蚀力和应力共同作用下发生的断裂现象。
在低温环境下，低合金钢受到的应力作用下容易发生应力腐蚀开裂。
这是因为低温环境下钢材的塑性变形能力降低，使得应力无法得到及时释放，导致应力集中，进而加剧了钢材的腐蚀速度和开裂倾向。
低温下低合金钢的微观组织结构是影响应力腐蚀开裂的重要因素之一。
低合金钢的微观组织通常由晶粒、晶界和相分布组成。
晶界是应力腐蚀开裂易发区，因为晶界内存在着化学和结构上的异质性，容易引发腐蚀和应力集中。
此外，低合金钢中存在的不同相区域对于应力腐蚀开裂也有一定的影响。
一些相的存在可能会导致晶界腐蚀敏感性的增加，从而加剧了应力腐蚀开裂。
应力腐蚀开裂的发生还与环境因素密切相关。
低温下，水、气体和盐等环境介质会加剧低合金钢的应力腐蚀开裂倾向。
高氯离子浓度的盐水环境是低温下低合金钢最容易发生应力腐蚀开裂的环境。
这是因为氯离子能够降低钢材表面的被动膜的保护能力，进而增加了腐蚀速度和应力腐蚀开裂的风险。
此外，应力状态和应力水平也对低温用低合金钢的应力腐蚀开裂行为产生影响。
外加的应力会导致晶界的变形和扩散，从而影响到材料的腐蚀行为。
应力水平越高，低合金钢的腐蚀倾向就越大。
当应力水平超过了一定临界值时，应力腐蚀开裂就会发生。
针对低温用低合金钢的应力腐蚀开裂问题，可以采取一系列措施来减轻其影响。
首先，选择适用于低温环境的合金材料，如高合金钢或者耐蚀合金，这些材料具有更好的抗腐蚀和抗开裂性能。
其次，合理设计和加工低合金钢的结构，避免应力集中和应力过大的情况。
此外，定期进行设施的检测和维护，及时发现和修复存在的裂纹和腐蚀点，也是确保设施安全的重要步骤。
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”。
“低温低应力工况”的分析与应用
“低温低应力工况”的分析与应用摘要对于压力容器和压力管道，低温工况一般是指温度低于-20℃的工况，对于此工况，如果不考虑低温低应力的因素，将容器和管道归为低温容器或管道，会给容器和管道材料的选择和施工后检验与验收带来一些不必要的麻烦，增加工程建设成本。
通过对“低温低应力工况”的分析，我们可以避免这些问题，提高建设项目的经济性，控制工程建设成本。
关键词压力容器；压力管道；低温低应力中图分类号TQ124 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)062-0147-01在压力容器设计中，正确选用结构材料对于保证容器结构合理，操作安全以及合理的经济性是至关重要的。
钢材的选用应根据设备的设计压力、设计温度以及介质特性进行选择，所选用的材料在设计条件下应具有好的机械性能、耐腐蚀性能、良好的焊接性能以及冷热加工性能；除此之外，还应选用最经济的材料，以降低设备成本。
当我们遇到低温工况时，通常情况下都是将容器和管道归为低温容器或管道，给容器和管道材料的选择和施工后检验与验收带来一些不必要的麻烦，增加工程建设成本。
因此，需要对低温工况下的应力情况进行分析，判断其是否为“低温低应力工况”，从而提高选材的合理性和经济性。
1 “低温低应力工况”的概念所谓“低温低应力工况”是指对于符合规定温度条件的低温容器，如果壳体内的总体薄膜拉伸应力低于或等于某一规定的“低应力”水平，即认为该容器是运行在“低温低应力工况”。
我国对于“低温低应力工况”，在《钢制压力容器》GB150-1998附录C中和《压力管道规范工业管道第2部分：材料》GBT20801.2-2006中有明确规定：1）根据《钢制压力容器》GB150-1998中的规定：“低温低应力工况”是指壳体或其受压元件的设计温度虽然≤-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50 MPa时的工况。
2）根据《压力管道规范工业管道第2部分：材料》GBT20801.2-2006的规定，“低温低应力工况”是指能够同时满足以下各项条件的工况：低温情况下的最大工作压力小于等于常温下管道最大允许工作压力的30%；管道在压力、重量和位移作用下产生的轴向应力之和小于等于材料标准规定的最小抗拉强度值的10%；且最低设计温度不低于-101℃。
低温压力容器及低温低应力容器的应用
低温压力容器及低温低应力容器的应用低温压力容器及低温低应力容器的应用摘要：低温压力容器及低温低应力工况的应用。
关键词：低温容器低温低应力工况前言目前在石油化工、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。
因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，在日常生产中不易觉察，对石油化工生产的安全威胁更大。
在制冷行业使用的压力容器中，相当多的压力容器工作温度也较低，但制冷剂在较低工作温度下其工作压力较低，其运行工况在低温低应力工况条件下。
因此对于低温压力容器的认识以及非低温压力容器应用将有助我们设计、制造及检验的选择。
一、低温压力容器的含义根据GB150.3-2011附录E 关于低温压力容器的基本设计要求、GB151-1999《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、换热器是指碳素钢和低合金钢制设计温度低于-20℃容器、换热器，以及由于环境的影响，导致操作条件下容器壳体的金属温度低于-20℃，在操作过程中容器的壁温处于低温状态下的一种压力容器。
铬镍奥氏体不锈钢容器、换热器，在设计温度高于等于-196℃，且满足下列各项要求时，可不遵循GB 150.3-2011附录E和GB151-1999《管壳式换热器》附录A的规定。
A）母材应为含碳量小于或等于0.10%，并符合GB150.2-2011 材料的规定；bB）焊接材料和工艺符合NB/T 47014-2011《承压设备用焊接工艺评定》的要求；cC）设计温度低于-100℃时，应按NB/T 47014-2011进行焊缝金属的低温夏比（V形缺口）冲击试验，且应符合GB151-1999《管壳式换热器》附录A，A2.1，A2.2的要求。
二、低温容器发生脆裂的必要件如下：（1）低温。
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℃。
压力管道低温低应力工况判定方法及应用
压力管道低温低应力工况判定方法
及应用
压力管道低温低应力工况判定方法，是指在低温环境下，通过计算机模拟的施加压力或外力来判定压力管道的低温低应力工况。
应用：
1、该方法可以有效地预测压力管道在低温低应力工况下的变形性能，从而提供合理的设计方案。
2、该方法可以准确地确定压力管道在低温低应力工况下的强度特征，以及影响其强度特征的因素。
3、该方法也可以评估压力管道在低温低应力工况下的振动及疲劳行为，用以分析压力管道的结构安全性。
低温低应力工况在设计中的应用
第 １期 ２０ ０ ２年 １月
中国氯碱
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低 温低 应力工况在设 计 中的应用
王 晓 鸣
（ 州昊天化 学 （ 团） 限公 司 ５ ０ ５ ） 广 集 有 １ ６ ５
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ
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工作条件组合 ａ Ｐ＝（．２１ × ．０ １ ： １５ ．） ０ １１ １ Ｘ．
：０． ５ Ｍ Ｐａ ０８
工作条 件组 合 ｂ ：Ｐ＝一． ａ ０ １ＭＰ
工作条件 组合 ｃ ：Ｐ＝（０ １— ） ０ １ １ １ ． ９ １ × ． ０ Ｘ
水 流 泵
２ 应力计算
对于上述工作条件组合 ｄ是考虑到极端情况 ， ，
图 １ 癌氯 包 装 工 艺流 程 筒 围
即 液 氯 在 环境 温 度达 到 ５ ０℃ 时 的饱 和蒸 汽压 。 以
在 正 常工 作 情况 下 ， 系统 通人 １０ＭＰ 氯气 将 ． ａ 计 量槽 内的冷冻液 氯压 人钢 瓶 ， 钢瓶进 行充装 。 对 此
此工 作 条件 组 合计 算 容器 壁 厚 ， 然后 以工作 条件 组 合 ａｂ 、 进行 校核 。 选用 材质 为 １ ｎ ６Ｍ Ｒ。
维普资讯
３ ６
中国氯碱
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。
压力容器低温低应力工况原理及其温度调整准则研究
用较为广泛的压力容器设计标准。
其中，美国的标准是指：常规设计与分析设计两者设计需要分别体现（图1 ASME Ⅷ-1低应力工况温度调整曲线注：ASME Ⅷ-1低应力工况下的温度调整曲线，是依附于材料断裂韧性曲线的基础上，进行调整设计的。
ASME Ⅷ-2的防止压力容器壳体脆裂的相关标准是计算出其安全系数许用应力值。
通过计算出设计应力以及安全系数许用应力值中的σs（屈服强度）函数以及压力容器板的厚度系数的函数，就能够计算出其最低设T D，如公式（4）所示。
如图2所示，低应力温度调整曲线分别有450MPa代表屈服强度的两条曲线。
根据图2中的数据可以看出，温度调整值ΔT料屈服强度有直接的关系，在同一应力比值下，屈服强345MPa的温度调整值大于ΔT屈服强度450MPa。
这两者之间的间距差随着Ｒ值的减小反而在不断地扩ts力容器板的厚度值系数）的增大反而减小。
从图中可以明显看出，随着t值的增加，无论是A或B曲线间的温度差逐渐减小。
主曲线法用到的是概率统计法来描述铁素体在脆变区域内存在的断裂韧性分布范围。
其中，参考温度是指参与断裂韧性测试的压力容器能够确保所用材料的断裂韧性。
并且此研究方法已成为目前制定压力容器温度调整细则的重要因素，与此同时，还被纳入多个国际的规范标准中，并且主曲线法所采纳的相关标准也适用于压力容器的结构性能的评价。
因此，目前尚有许多发达国家已经开展了很多有关压力容器用的适用性检验工作。
此外，由于ASME Ⅷ-2国际适用规范标准在此前重新进行了调整，因此目前所采用的是以EN 13445式中，B为应力断裂韧性的厚度；因此，根据美国、欧盟等相关国家所提出的压力容图3 AW态注：根据图3、图4可以看出，全新的温度调整曲ASME Ⅷ-2与EN 13445两条曲线之间，由此可以推算出基于主曲线法的全新温度调整曲线公式，如下讨论美国、欧盟的国家所使用的国际标准规范为基础的压力容器设备防脆变方法被广泛应用，我国的压力容器设备的防范方法尚有不足之处，由于相关的技术较为落后，才使得我国压力容器的发展停滞不前。
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 ）
低温低应力工况在制冷装置低温容器中的应用
- 46 -技术交流石油和化工设备2019年第22卷低温低应力工况在制冷装置低温容器中的应用张峰（昆山密友集团有限公司， 江苏 昆山 215316）[摘 要] 制冷装置用低温容器设计过程中，应根据法规、标准的要求进行强度计算和应力校核。
由于低温容器的材料和人工综合成本较高，可根据标准中的低温低应力工况豁免条件，豁免部分低温容器的材料、设计和制造技术要求，从而既降低了综合成本又保证了安全性。
[关键词] 低温压力容器；强度计算；应力校核；低温低应力工况作者简介：张峰（1972—），男，浙江人，本科学历，工程师，在昆山密友集团有限公司从事压力容器设计审核工作。
制冷装置在化工、食品、矿山等领域应用非常广泛，其中低压系统的部分设备—如低压循环桶、储罐、分离器、蒸发器等，这些低温压力容器工作温度经常在低于-20℃甚至达-40℃工况下运行，按照GB/150.3-2011《压力容器 第3部分：设计》中附录E 规定，碳钢和低合金钢的设计温度低于-20℃，其应按照低温压力容器进行管理，因此许多制造单位都按照低温压力容器进行设计，从而提高了材料和人工等综合成本。
如果按照低温低应力工况来设计可以降低制造成本，如承压元件用压力容器钢板Q345R 可以代替低温压力容器用钢板16MnDR 。
1 低温低应力理论1.1 压力容器承压元件用材料允许使用的最低使用温度在GB/150.2-2011《压力容器》第二章《材料要求》中有详细描述。
处于最低使用温度的材料，承受满应力状态时，具有足够的抗低温脆断能力。
1.2 低温低应力工况的判定要求低温低应力工况判断对象是碳素钢、低合金钢制造的压力容器；设计温度低于-20℃，受压元件能够承受设计应力小于或接近于某一规定的低应力水平。
并且小于或等于常温条件下材料屈服强度的1/6且不大于50MPa ；满足以上两个条件的容器处于低温低应力工况。
2 低温低应力工况的规定2.1 压力容器低温工作时，压力明显下降，可以按照低温低应力工况设计，如果有客户指定低温容器设计，尊重客户的意见。
压力容器低温低应力工况原理及其温度调整准则探讨
压力容器低温低应力工况原理及其温度调整准则探讨发布时间：2022-03-22T01:59:37.438Z 来源：《福光技术》2022年3期作者：张红卫[导读] 低温压力容器泛指设计温度低于零下二十度的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢等容器，低温压力容器在原则上应根据低温工况开展设计、制造、检验、使用、管理等工作，但是，并非所有设计温度低于零下二十度的压力容器都需开展低温压力容器设计与制造。
基于此，本文将主要针对压力容器低温低应力工况原理以及其温度调整准则展开相关探讨研究。
张红卫重庆市特种设备检测研究院 401121摘要：低温压力容器泛指设计温度低于零下二十度的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢等容器，低温压力容器在原则上应根据低温工况开展设计、制造、检验、使用、管理等工作，但是，并非所有设计温度低于零下二十度的压力容器都需开展低温压力容器设计与制造。
基于此，本文将主要针对压力容器低温低应力工况原理以及其温度调整准则展开相关探讨研究。
关键词：压力容器；低温低应力；温度调整引言：与传统的压力容器相比，在设计、材料、制造、检验等方面都有很高的要求。
在实际工程中，某些装置的运行参数达到了GB/T15-2011 《压力容器》中规定的标准，因此，若只采用这种方法，会大大提高设备的生产成本。
如果能够通过运行参数来判断，该装置满足 GB/T1551-2011 《压力容器》、 HG/T20585-2011 《钢制低温压力容器技术规定》中的低温、低应力条件，从而降低了生产成本，缩短了生产周期，达到了TSG21-2016 《固定式压力容器安全技术监察规程》的节能标准。
1低温低应力工况原理GB150.3-2011 《压力容器》附录 E 《关于低温压力容器的基本设计要求》 E1.4中所述：“低温低应力状态”是指在设计压力小于或等于钢材在-20℃下的情况下，在设计压力小于或等于钢的标准屈服强度的6/6，而不超过50 MPa。
（注：即一次应力P，二次应力σ和峰值应力F。
低温不锈钢管线的应力分析与施工
２３ 力分 析 ‘应
２３１ ＿ 冷缩应力判断 ： ．
管 线 施 工 时环 境 温 度 为 １ ℃ ，管 线 运 行 时 介 ０ 质 温 度 为．８ ，因此 运 行后 存 在一 定 冷缩 量 ， 并 ３℃ 出现 不 同程 度 的冷 缩 应 力 。 以最 长 管 线 为例 ， 根 据 应力 计算 公式 ： ｏ＝０ ． △ ｃ Ｅ．
坐
一
０３ ２８ ．
管 线工程 直径 ：
பைடு நூலகம்
其 中：
第５ 期
一 ９． ３
低温不锈 钢管线 的应力分析 与施工
孙 云波 ，张晓飞
（ 海洋石油工程 股份有限公司 ，天津 ３ ０ ５ ） ０ ４ ２
［ 摘 要］ Ｌ Ｇ￣然气处理管线广泛采用奥氏体不锈钢。本文作者应用三维设计和应力分析对 中海油渤西油气处理厂改造项 Ｎ）
目低 温 不锈 钢 管 线 设 计 和 施 工 进 行 了优 化 ，确 保 了工程 进度 和施 工质 量 。
应 力 较 大 ，需 要 增 加 管线 支撑 。选 用 门支 架 对大 跨度 管线 进行 支持 固定 。
作 者简介 ：孙云波 （９ ５ １ ８ ～），男，毕业于天津大学，助理工
程 师 ，现从 事油 田设备制造与维修工作 。
利 用 水 准 仪 、 三 角 尺 ，精 确 测 量 相 关 设 备 管 口位 置 ，确 定 管线 走 向 ，对 周 围相 关 结 构进 行仔
３１ ． 材料控 制 国 内一 些 材 料供 应 商 缺 乏 对 不 锈 钢 材 料 的保 护 意 识 ，经 常 出现 不锈 钢 材 料 被 损 坏 的 情况 ，验 货 时 必须 严 格 检 查 材质 证 明和 检 验 证 书 ，检 查 钢 材表 面保护 膜是 否被破 坏 。
“低温低应力工况”下管道材料的应用
裕量的最小管壁厚）除以最低设计温度下的S；② 大于2/3屈服强度值（S % &sT 5 ）故GB
对于有额定压力的管道组件，所考虑工况的压力 额定参数除以最低设计温度下的压力额定参数;
2019,29(3)
阳东升等“低温低应力工况”下管道材料的应用
29
“低温低应力工况”下管道材料的应用
阳东升#费珂何旭东蔡晓峰中国五环工程有限公司武汉430223
扌商要 通过对国内外标准中“低温低应力工况”定义的比较，选择合适的低温低应力判定准则，对该判 定准则建立相对应的模型并进行详细分析和计算，据此制定合理的选材方案。
于或等于-20M的受压的管道组成件，其环向应力 小于或等于钢材标准中屈服点的1/6，且不大于 50MPa的工况$
除了抗拉强度下限值大于540MPa的钢材及螺 栓材料外，使用的材料在低温低应力工况下，若 设计温度加50M后，高于-20M时，管道材料可
试验$ （3） 《钢制压力容器第3部分：设计》GB-
关键词管道材料低温脆性低温低应力应力分析
在化工项目建设和运行过程中 ，经常会遇到 低温工况，较低的温度会给管道材料带来脆性, 严重影响管道性能和工厂安全，在低温下选择合 适的材料保证装置的安全稳定运行。
低温下材料发生脆断时具有突然性和猛烈性, 危害较大，在材料选择上应着重考虑。从宏观角 度分析，材料低温脆性的产生与其屈服强度&和 断裂强度&b随温度的变化有关。断裂强度随温 度变化很小，屈服强度&随温度的变化情况与材 料的本性有关。具有体心立方的金属及合金或某 些密排六方晶体的金属及合金的屈服强度&随温 度变化十分敏感，温度降低，&急剧升高，故& 与&b随时间变化的两线交于一点，该交点对应的 温度即为tk。温度高于tk时，&”>&，材料受载 后先屈服后断裂；温度低于tk时，&”<&，材料 受载后先达到断裂强度，材料表现为脆性断裂$ 鉴于温度tk对材料低温脆性的影响，通过大量的试 验和工程实践，国内外标准对各类材料所适用的 低温值进行了详细的规定。在工程设计中，管道 材料的选用往往将该低温值作为绝对下限温度来 处理，忽视了在符合“低温低应力工况”这一条 件时，可以控制整体应力水平值远低于断裂强度 &b，同样可以满足标准规范和工程设计需求，还 能给制造、检验和验收等带来便利，具有可观的 经济性。
低温低应力工况管道设计探讨
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式中：)———弯曲模量； (*———合成弯矩。
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可依据被评管线的轴向总应力（!! <!*）是否低于 许用应力的 9%+ ，判断管道是否处于低温低应力状态，
进而决定是否做冲击试验。
国内尚无技术文件对管道作出类似定义，但 /0,1 * /203
（栏目主持 张秀丽）
低温低应力工况管道设计探讨
张汉佩（大庆油田设计院）
主题词 低温管道 低温 低应力 工况
!! 问题的提出
45)6’ 规范材料篇有条规定：在 # )%) 7 # $8& 之间的温
目前，压力管道设计已愈来愈受到有关部门和单位 度范围内服役的铁金属管道，如果在压力和热收缩的同
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，但在设 计 中 还 存 在 着 许 多 不 确 定 的 因 素，在 我 国东北地区的冬季气温低（ " # $%&），使得压力容器， 主要是储存类压力容器处于低温工况（与之相连的管道 也有同样情况）。在化工装置中一般把处于 ’& 以下气 温的物料管道统称为低温管道。在低于 ’& 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 无塑性温度以 后，管 材 处 于 脆 性 状 态，使 用 就 应 有 一 定
低应力脆断
题目：举出一机器零件在使用过程中由于低温因素而产生低应力脆断的实例，分析断口特征，断裂类型并提出改善其性能的措施。
关于低温低应力脆断问题在实践中会碰到各种结构或零件的断裂问题，例如桥梁、各种机械和液化气罐等的脆裂，这些断裂事故又多发生在较低的温度.分析研究发生这些事故的原因、影响因素及其解决办法就属于目前关于低温低应力脆断。
对低温低应力脆断危害性的了解，举几个实例，第二次世界大战时美国建造的2600艘轮船，其中就有145艘断成两截，700艘严重损坏，有的甚至是在零下几度停泊在码头时就自动断成两截。
1944年前后，美国的克利夫兰发生的球形液态天燃气储罐的脆裂事故，一次造成128人死亡、680万美元的损失。
苏联亚库茨克地区1960年仅由于冬季汽车车架、悬挂部件等的脆断使运输能力减少约1900万吨·公里，相当于损失200万卢布。
1961年亚库茨克的一个挖掘船托拉斯由于低温脆断致使停工T300小时，相当于亏损200万卢布。
据不完全统计，我国东北地区大兴安岭林管局每年由于金属材料低温失效的损失，相当于人民币一700多万元。
一、“低温”问题由于温度的降低会完全改变材料的断裂性质，因此在研究金属材料低温低应力脆断问题时，首先要明确什么是“低温”。
一般认为零度以下或更低的温度才算低温。
对于金属材料而言，低温的划分不应是绝对的，应根据某种金属材料及其状态的不同而不同，一般应以金属材料本身是否处于冷脆状态来判别是否属于低温。
“体心立方或铁素体合金在某一温度范围内冲击试验时断裂行为会发生本质的改变。
在高于该温度范围，冲击试样以剪切机理断裂，并吸收大量的能。
在低于该温度范围时，冲击试样以解理机理发生脆断，并吸收极少量的能.”从图1中可看出，冲击值随着试验温度的降低而在某一温度范围内出现突然下降的倾向，而且断裂特性也由韧性断裂变为脆性断裂。
有人把冲击值为上、下平台平均值时所对应的温度称为韧一脆转变温度，应用较广泛的是把试样宏观断口上纤维状组分和结晶状组分的百分比各50%时的温度作为韧一脆转变温度，在进行某种材料、某一组织状态冲击试样的系列冲击试验时都可以找到一个韧一脆转变温度。
低温压力容器及低温低应力容器的应用
业 使用 的压力容 器中 ，低温 压力容 器 占有一 定 的 比重 。因该类压 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 日常生产 中不 易觉 察 ，对 石油化 工生产 的 安 全威胁更 大 在制 冷行业 使用的压 力容器 中，相 当多的压 力容 器 工作温 度也较低 ，但 制 冷剂在较 低工 作温 度下其 工作压力较 低 ， 其运 行工况 在低温低 应力工 况条件 下。因此 对 于低温压 力容器 的认识 以及非低温压 力容 器应用将 有助我们设计、制造及检验的选择 。
度。
②对盛装 压缩气 体 ，且无 保温设 施的贮
存 压 力 容 器 ， 由于 气 体 的 热 容 量 小 ， 受 压 元 件的金属温度 按近 于冬季 空气 调节室 外计算 温度 ，所 以取冬季 空气调节 室外计算温 度下 降２ ℃，作为该受压元件的设计温度 。
、
低温压 力容器 的含义
度应从 以下几方面考虑确定： ①对盛装 液体 ，且物料 的充装量 占容器 容积 １ ／ ４ 以上，且无保温 设施 的储存压力容 器， 由于液 体 的热 容量较气 体大，致 使受压 元件 的金属 温度要 略高于 冬季空气 调节室外 计算温度 ，所 以需把冬季 空气调节 室外计算 温度 上升 １ ℃， 方可作为该受压元件的设计温
求； ｃ １设 计 温 度 低 于 ． １ ｏ ０ ℃ 时 ， 应 按 ＮＢ ｆ ｒ ４ ７ ０ １ ４ － ２ ０ ｌ ｌ进行焊缝金属的低温夏 比 （ Ｖ 形 缺 口 ）冲 击 试 验 ，且 应 符 合 ＧＢ１ ５ １ － １ ９ ９ ９《 管 壳式换热器 》附录 Ａ，Ａ ２ ． １ ，Ａ ２ ． ２的要求 。
“低温低应力工况”的认识和应用
“低温低应力工况”的认识和应用2005年第2期?13?"低温低应力工况''的认识和应用黄兴军(无锡化工集团欣源机械制造有限责任公司,无锡214041)摘要评述"低温低应力工况"概念的认识;说明"低温低应力工况"在压力容器制作中的应用.关键词压力容器低温低应力认识应用1前言低温压力容器是石油化工生产中常见的设备,它是指设计湿度低于或等于一20℃的压力容器(包括由于受环境温度的影响,壳体的金属湿度低于或等于一20℃的压力容器).在压力容器制作中,往往有人误将设计图样中设计温度为一20℃及以下的压力容器全部当作低温压力容器来处理,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的约束,给制造,检验和验收带来了不必要的麻烦,且增加了制造成本.2"低温低应力工况"的概念(1)在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:是指壳体或受压元件的设计温度虽然低于或等于一20℃,但其环向应力小于或等于钢材标准常温屈服点的六分之一且不大于50MPa的工况.当壳体或受压元件使用在"低温低压力工况"下,若其设计温度加50℃后,高于一20℃,不必遵循本附录的规定.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.(2)在HG20585—1998(钢制低温压力容器技术规定》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(小于等于一20*0)操作条件下一次总体薄膜压力a降到GB150规定的材料许用应力Eo3与相应焊接接头系数的乘积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:对设计湿度可以分三种情况调整:①设计温度不低于一46℃时,"低温低应力工况"容器的设计温度按表1进行调整.②设计温度低于一46~C但不低于一100"(2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50~C.表1应力比a/([o]甲)设计温度调整值△t(℃)0.750.600.450.3750.33O.301020304050注:应力值处于中同值时,At司取内插值③设计温度低于一100℃时,设计温度调整值为0. 调整后的设计温度等于或低于一20~C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一20*0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—1998《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~C时,压力容器的选材,设计,制造,检验要求均不必遵循HG20585—1998{钢制低温压力容器技术规定》的规定.3"低温低应力工况"的应用我公司曾制作过应用于PVC生产的冷凝器,参数条件如下.容器名称:80m冷凝器设计压力(壳程):0.22MPa最低操作温度(壳程):一20*014?化工设备与管道第42卷设计温度(壳程);一20℃材质(壳程)16MnR筒体直径:800mm壁厚:10mm腐蚀裕量:2mm焊接接头系数:0.85根据公式d=EP设X(Di+)-]/2x计算:=一C1一C2=10—2—0.25:7.75mmP设=0.22MPaDi=800mm则d=11.47MPa查16MnR钢材标准常温屈服点为345MPa,所以345/6=57.5MPa由以上计算结果知:d=11.47<50<57.5调整设计温度:T=一20℃+50℃=30℃此台压力容器符合GB151-1999附录A规定的"低温低应力工况",不必遵循低温管壳式换热器设计,制造,检验,验收的规定.最近,我们在产品制造中又遇到这样一台压力容器,参数条件如下.容器名称:集液罐设计压力:1.0MPa设计温度:一29℃最低操作温度:一29℃容积:3m3介质:烃材质:16MnR筒体直径:1200mm壁厚:10mm腐蚀裕量:2mm焊接接头系数:0.85同样计算一下:d=EP设X(Dj+)-]/2x:77.92MPa(1)16MnR钢材标准常温屈服点的六分之一为:345/6=57.5MPa因77.92>57.5>50根据GB150—1998(钢制压力容器》附录C,此台压力容器应该划分为低温压力容器.(2)查16MnR钢材许用应力[=170MPa,则75%[d]=0.75x170x0.85=108.38MPa>77.92MPa根据HG20585—1998《钢制低温压力容器技术规定》中"低温低应力工况"的定义,此台压力容器不应划分为低温压力容器.而是符合"低温低应力工况".根据HG20585-1998来调整设计温度:计算应力比:a/([d])=77.92/(170x0.85)=0.54,根据表1,用内插法求得调整温度为15℃,调整后的设计温度为:T=一29℃+15℃=一14℃.故此压力容器不属于低温压力容器的范畴,只进行低温冲击即可.GB150-1998《钢制压力容器》对"低温低应力工况"定义相对过于严格,偏保守.而HG20585-1998定义符合实际,建议届时GB150对此定义作适当修改.工业泵市场前景乐观预计到2005年,工业泵工业总产值将达到150亿元,可实现销售收入160亿元,是1998年的125.其中,工业总产值"十五"期间年增长率为5;2010年,工业泵行业工业总产值预计达到180亿元,销售收入达190亿元,是2000 年的150.行业经济效益得到明显的提高.产品国内市场的占有率也将从目前的84左右,提高到90.其中,火电,核电和"三大化工"中的重点产品市场2005年和2010年占有率分别达到75和80%以上.企业的产品开发,试制,加工设备等的技术水平和装备能力将具有较强的竞争能力.未来10年,也是泵行业出1:3创汇增加幅度最大的时期,预测2005年,2010年的出1:3创汇额分别可达4.5亿美元和7亿美元左右,比1998年增加2.5倍和4.4倍,比2000年的预测值也将增加1.2倍和2.9倍.2005 年和2010年产品的出1:3额将占到工业总产值的25和32%左右.产品重点发展为超临界火电机组配套用锅炉给水泵,空冷火力发电机组用泵,核电站用泵,逐步填补油田,海上采油,炼油和油品,石化等方面的特殊用泵空白,形成工业泵行业新的经济增长点.2000年,2005年整个泵业达到2亿美元,4.5亿美元左右工业泵出口的主要国家和地区是,东南亚,孟加拉,巴基斯坦,南非等地.目前工业泵普通产品供大于求,高水平,高质量的特殊产品供不应求,还需从国外进口,产品的水平与用户需要差距较大.产业结构和产品结构不合理的现象尤为明显,产品达到当代世界先进水平极少,大部分仅达到80年代90年代初的水平,不能适应市场需求结构的变化.一方面产品积压严重,另一方面市场急需的产品试制太慢或短缺,冲不出传统产品的格局.与国外的动态差距并没有缩小.形势不容乐观. [摘自{2005年化工市场预测》,上海市化工行业协会]。
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“低温低应力工况”的分析与应用
摘要对于压力容器和压力管道，低温工况一般是指温度低于-20℃的工况，对于此工况，如果不考虑低温低应力的因素，将容器和管道归为低温容器或管道，会给容器和管道材料的选择和施工后检验与验收带来一些不必要的麻烦，增加工程建设成本。
通过对“低温低应力工况”的分析，我们可以避免这些问题，提高建设项目的经济性，控制工程建设成本。
关键词压力容器；压力管道；低温低应力
中图分类号TQ124 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)062-0147-01
在压力容器设计中，正确选用结构材料对于保证容器结构合理，操作安全以及合理的经济性是至关重要的。
钢材的选用应根据设备的设计压力、设计温度以及介质特性进行选择，所选用的材料在设计条件下应具有好的机械性能、耐腐蚀性能、良好的焊接性能以及冷热加工性能；除此之外，还应选用最经济的材料，以降低设备成本。
当我们遇到低温工况时，通常情况下都是将容器和管道归为低温容器或管道，给容器和管道材料的选择和施工后检验与验收带来一些不必要的麻烦，增加工程建设成本。
因此，需要对低温工况下的应力情况进行分析，判断其是否为“低温低应力工况”，从而提高选材的合理性和经济性。
1 “低温低应力工况”的概念
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，如果壳体内的总体薄膜拉伸应力低于或等于某一规定的“低应力”水平，即认为该容器是运行在“低温低应力工况”。
我国对于“低温低应力工况”，在《钢制压力容器》GB150-1998附录C中和《压力管道规范工业管道第2部分：材料》GBT20801.2-2006中有明确规定：1）根据《钢制压力容器》GB150-1998中的规定：“低温低应力工况”是指壳体或其受压元件的设计温度虽然≤-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50 MPa时的工况。
2）根据《压力管道规范工业管道第2部分：材料》GBT20801.2-2006的规定，“低温低应力工况”是指能够同时满足以下各项条件的工况：低温情况下的最大工作压力小于等于常温下管道最大允许工作压力的30%；管道在压力、重量和位移作用下产生的轴向应力之和小于等于材料标准规定的最小抗拉强度值的10%；且最低设计温度不低于-101℃。
《钢制压力容器》GB150-1998规定：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℃时，不必遵循《钢制压力容器》GB150-1998附录C的规定。
在低于5℃的工况下，低碳钢管材逐渐由延性状态转变为脆性状态，温度低于无塑性转变温度之后，管材就处于脆性状态，使用时就应有一定的限制。
因此，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。
与普通管道设计相比，低温管道设计时要考虑以下两方面：一是要考虑材料的低温脆性，要求设计人员要合理选择钢材，尽量选用冲击韧性高的钢材，同时在设计配管和制作管系时要注意防止脆裂和脆断；二是要考虑保冷结构的设计，以及因保冷需求而产生的一系列要求。
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，各工业发达国家的压力容器建造规范都承认，处于低应力水平的刚才会大大降低它的低温脆断的倾向，因此各国规范都以不同形式或不同程度的规定了对于“低温低应力工况”下的低温容器可以提高钢材的冲击试验温度，相当于提高了该容器的设计温度，继而以提高后的材料试验温度作为设计条件对容器的建造提出要求。
也可以说对于“低温低应力工况”下的低温容器可以降低材料的允许使用温度，而不必要增加另外的材料试验和制造试验要求。
在美国国家标准ASME/ANSIB31.5中也有规定：“在-101℃～-28℃之间的温度范围内服役的铁金属管道，如果在压力、热收缩、支承点之间弯曲等的影响下，所产生的纵向抗拉应力或最大环向不超过材料许用应力的40%，则不要求做冲击试验。
”这与《钢制压力容器》GB150-98中低温低应力工况的定义相似，它就是压力管道设计中的“低温低应力工况”。
2 “低温低应力工况”的实例
对于低温管线和低温压力容器，为保证气能够安全服役，必须进行冲击试验。
如果冲击试验的结果不符合要求，就必须分析其是否处于低温低应力工况，如果不处于低温低应力工况，就不能保证安全服役。
因此，判定低温压力管线能否安全服役时，必须首先分析其是否处于“低温低应力工况”。
以高压天然气放空为例，由于高压天然气放空中节流作用会产生低温条件，根据现场基础数据对该工况进行分析，判断该工况是否为“低温低应力工况”。
基础数据见表1。
1）按照《钢制压力容器》GB150-1998规定核算。
①设计温度为-48.6℃，低于-20℃；
②环向应力计算
根据环向应力计算公式σh=Pd/2δ计算：
σh=0.2×15.4/2×0.7=2.2MPa＜245/6=40.83MPa
且2.2MPa＜50MPa。
由此判定该管道所处工况属于“低温低应力工况”，该管道选用20材质钢管能够满足要求。
2）按照《压力管道规范工业管道第2部分：材料》GBT20801.2-2006的规定核算。
①根据《压力管道规范工业管道第1部分：总则》判定该管道属于GC2级管道，且最低设计温度不低于-101℃。
②常温下管道最大允许工作压力为 1.6 MPa，低温下最大工作压力为0.2 MPa。
（上接第147页）
0.2 MPa≤1.6×30%=0.48 MPa。
即低温下的最大工作压力不大于常温下最大允许工作压力的30%。
③轴向应力计算。
根据《输气管道工程设计规范》GB50251-2003附录B计算轴向应力。
σL=μσh+Eα（t1-t2）
σh=Pd/2ση
σh=1.6×15.4/2×0.7=17.6 MPa
σL=0.3×17.6+206000×（-13.5×10-8）×（20-（-50））=3.38 MPa
20钢的最小抗拉强度为410 MPa，则3.38 MPa≤10%×410=41 MPa。
对于碳素钢和低合金钢材料，标准规范中给出的允许最低使用温度是指容器
材料工作在满应力状态，即工作在设计条件下壳体内的总体薄膜拉伸应力接近或等于材料许用应力是的应力状态，在该最低使用温度下仍然具有抗低温脆断的足够韧性。
由此判定该管道所处工况属于“低温低应力工况”，选用20钢完全能够满足工况要求。
因此，可以按照“低温低应力工况”进行选材。
3 结论
通过以上分析可知，对于处于低温条件下的压力容器，不能简单的按照低温工况进行选材处理，还应计算分析其环向应力，分析其是否处于“低温低应力工况”，从而为选材提供依据，提高建设项目的经济性，控制工程建设成本。
参考文献
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