深冷压力容器设计规范与方法

武汉大学

2015-2016学年第1学期

科研训练论文

题目：深冷压力容器的设计规范与方法

姓名：

学号：

学院：机械工程学院

专业：

指导老师：

2015年 12 月

目录

0、引言 (3)

1、深冷压力容器的基本构造 (3)

2、固定式真空绝热深冷压力容器的选材 (4)

2.1筒体的选材 (4)

2.2绝热材料的选材 (4)

2.3支撑构件的选材 (5)

2.4管路系统 (5)

3、深冷压力压力容器设计规范与要点 (5)

3.1、深冷压力容器所遵循的设计规范 (5)

3.2、内容器的结构设计要点 (6)

3.3外壳的结构设计要点 (8)

3.4、内容器与外壳、支撑连接的设计要点 (9)

3.5、管路系统的特殊要求 (10)

3.6、真空寿命及吸附剂的添加量 (11)

4、压力容器制造要求 (12)

5、深冷压力容器的检验 (12)

5.1 图样及制造工艺 (13)

5.2 材料 (13)

5.3 焊接 (13)

5.4 外观和几何尺寸 (13)

5.5 无损检测 (13)

5.6 热处理 (14)

5.7 耐压试验 (14)

5.8 安全附件 (14)

5.9 泄漏性试验（气密性试验） (14)

5.10 出厂技术资料 (14)

6、国内外深冷压力容器设计比较 (14)

6.1国内设计标准的缺乏与现状 (15)

6.2低温界定比较 (15)

7、结语 (15)

参考文献 (16)

深冷压力容器的设计规范与方法

李小云

武汉轻工大学机械工程学院

摘要：深冷压力容器主要包含固定式深冷压力容器和移动式压力容器两大类，结构型式多种多样，深冷容器的设计和制造，以及安全运行，需要多项关键技术，包括结构设计技术、低温绝热技术和标准化技术。本文介绍了钢制真空绝热深冷压力容器设计时可以参考的设计规范，并针对该类容器的设计、选材、制造、检验等几方面的要求进行了论述。

关键词：深冷压力容器、真空绝热

0、引言

近几年，真空绝热深冷压力容器市场需求旺盛，生产厂家越来越多，用于贮运的真空绝热深冷压力容器也越来越多，尽管不同的厂家对于该类容器的设计制造有所不同，但其基本结构大致一样。本文将简单介绍真空绝热深冷压力容器的基本结构及设计制造的工艺要点，以帮助更多的人了解真空绝热深冷压力容器。

1、深冷压力容器的基本构造

深冷容器按照不同的标准分成很多类型，为了满足实际使用的需要，不同类型的深冷压力容器的结构会有差异，但是深冷压力容器的一些基本结构还是相同的，深冷压力容器的基本结构主要包括以下一些部分：

1) 容器主题：包括内容器、绝热组织、外壳体、以及相关的支撑结构等

2) 检测设施：包括压力表、温度计、用于测量内容器充装量的液面计等。

3) 低温液体和气体的注入、排除管道与阀门以及回收系统。

4) 安全附件：如容器的爆破片、安全网、紧急排液阀等。

5) 其他附件：如吸附盘、支座、抽气口以及运输式容器中的消晃板等。

2、固定式真空绝热深冷压力容器的选材

固定式真空深冷压力容器一般由筒体、真空绝热层、支撑构件以及管路附件装置构成。

2.1筒体的选材

由于深冷容器一般均采用真空多层的绝热形式，所以其整体结构上有内、外容器组成，内容器一般采用奥氏体不锈钢，外容器采用普通碳钢即可满足要求。低温容器用材不仅要求在低温下保证正常工作，同时也要保证其常温的工作性能，所以对于其所使用的材料不仅要满足常温机械性能，同时也要满足低温下所需的机械性能，尤其是冲击功和相对延伸率的要求旧针对以上要求，对于使用在低温状态下的材料，为了防止材料在低温下的低应力脆断，一般采用奥氏体组织的材料如：奥氏体不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金等。这是因为经过对低应力脆性断裂特点的研究，对金属断裂机理进行分析，发现金属的低温韧性，即缺口尖端处的金属微观塑性变形能力，是决定设备抵抗应力脆断破坏的能力。实验表明，具有面心立方结构的金属如铜、铝、镍和奥氏体类钢则基本上没有这种温度效应，即没有低应力脆断。这是因为当温度降低时，面心立方金属的屈服强度没有显著变化，而且不易产生形变孪晶，位错容易运动，局部应力易于松弛，裂纹不易传播，一般没有脆性转变温度。

2.2绝热材料的选材

用于保持内容器低温状态，主要包括绝热材料、吸附材料及吸附装置等在真空多层绝热容器中，绝热材料为多层材料。其中多层材料由反射屏和间隔物组成，用作反射屏的材料有铝、铜、黄铜、镍、不锈钢和锡等，在工程实际中我们多采用质轻而便宜的铝箔作为反射屏，其中应用比较广泛还有双面镀铝涤纶薄膜和单面镀铝涤纶薄膜。间隔物通常有玻璃纤维布、玻璃纤维纸、尼龙、植物纤维纸等，间隔物应尽可能薄，并使其与反射屏的接触面积尽可能小，而且如果选用玻璃纤

维布应是无碱的并进行脱脂处理。多层材料在缠绕时应按一定规律钻排气孔，这样有利于容器壁与多层材料之间的气体快速有效地排出。

2.3支撑构件的选材

常用的有拉带带支腿式(大型立式罐)、径向直撑带支腿式(小型立式罐)以及前后下支柱加前后上压柱式(用于卧式罐)。作为深冷容器的支承件的材料，不仅要满足高强度的要求还要满足低导热系数的要求，由公式推导知杆件的导热量受所选材料的影响因素是ab／k的比值，我们称为材料的强度传导比。

通过选择材料可以使支撑构件的传热率降到最小，据此在同时考虑可加工性、经济性的基础上可以选择不锈钢、蒙奈尔、因科镍等，其中奥氏体不锈钢是我们经常使用的较佳材料。

2.4管路系统

包括进出液管，增压器进液、出气管，安全泄放与放气管，液位计引管，满液指示管(溢流管、最高液位直观取信管)，分类阀门，压力表，液位计，抽真空装置，测真空装置，阻火器以及静电接地端子(一般贮运易燃介质的容器设置)。

3、深冷压力压力容器设计规范与要点

3.1、深冷压力容器所遵循的设计规范

由于深冷压力容器即是压力容器又是低温容器，所以在设计时应遵循GB 150—2011《压力容器》和GB／T 18442—2011《固定式真空绝热深冷容器》设计规范，并满足TSG R2004—2009(固定式压力容器安全技术监察规程》的要求。但是这两种规范所管辖的设计范围中只包含了设计温度高于等-196℃的压力容器，即液氮容器，而对于介质温度低于-196℃的液氢、液氦等深冷容器都没有包含在以上两种设计规范中，但是由于国家发展国防军事的要求必须用到液氢(-253℃)，而且多为钢制容器。这是因为在目前的航天技术中，能够用于液体火箭发动机推进剂的低沸点化学物质只有液氧、液氢、液态甲烷和丙烷等等，由于技术上的原