低温压力容器设计应考虑的问题

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低温压力容器设计探究

低温压力容器设计探究

低温压力容器设计探究发布时间:2021-05-14T09:52:36.527Z 来源:《科学与技术》2021年第29卷第4期作者:张永刚[导读] 随着我国经济社会的发展和科技技术的进步张永刚北京石油化工工程有限公司西安分公司陕西西安 710075摘要:随着我国经济社会的发展和科技技术的进步,低温技术得到了迅速发展和广泛应用。

笔者就低温压力容器的使用特点及存在的失效模式,设计时低温压力容器的选材、结构设计、焊接制造要求、焊后热处理、无损检测等应注意的事项作了分类分析,为工作中低温压力容器设计给予更多的参考。

关键词:低温压力容器;设计要点;注意事项;引言随着我国经济社会的发展和科技技术的进步,低温技术得到了迅速发展和广泛应用。

低温压力容器发生失效破坏会造成出人意料的极大危害,因此在低温压力容器设计时必须科学合理,保证其质量。

1低温压力容器的失效形式由于环境低温或介质低温的影响,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。

低温脆性断裂是金属材料在温度降低至临界值(一般为其韧脆转变温度)以下时,在没有预兆的情况下发生的,在容器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;脆性断裂时,结构元件内部的应力水平通常低于材料的屈服强度,甚至低于材料的设计应力(材料的许用应力),因此脆性断裂具有低应力破坏特征。

在设计低温压力容器时,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。

低温脆性断裂与材料的力学性能、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。

2低温压力容器设计要点 2.1确定设计温度我国对低温容器的划分是指设计温度低于-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。

对于低温容器,其设计温度是指在正常工作情况下,设定的不高于可能达到的最低金属温度。

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

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。

低温压力容器设计中关键问题的再探讨

低温压力容器设计中关键问题的再探讨
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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 < / . )
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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

压力容器设计人员题库及答案(全)第四部分.问答题doc

压力容器设计人员题库及答案(全)第四部分.问答题doc

第四部分问答题4.1 《锅炉压力容器安全监察暂行条例》的适用范围?哪些单位必须执行《锅炉压力容器安全监察暂行条例》?答:适用于所有承压锅炉和压力为一个表压以上的各种压力容器,这些设备的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造的单位,都必须执行《锅炉压力容器安全监察暂行条例》。

4.2 简答《〈锅炉压力容器安全监察暂行条例〉实施细则》的“压力容器部分”主要有哪些内容?答:⑴压力容器设计单位和设计的审批;⑵压力容器制造单位的审批;⑶压力容器产品制造质量的监督;⑷压力容器检验单位的审定和检验员资格考核;⑸压力容器使用登记。

4.3 《压力容器安全技术监察规程》适用于同时具备哪些条件的压力容器(不答仅第三章、第四章、第五章适用的压力容器?答:《压力容器安全技术监察规程》适用于同时具备下列条件的压力容器;⑴最高工作压力(P W)大于等于0.1MPa(不含液体静压力)。

⑵内直径(非圆形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m,且容积(V)大于等于0.025m3。

⑶盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。

4.4 《压力容器安全技术监察规程》管辖的压力容器,其受管辖的范围如何划定?答:⑴本体,与外部连接时其界线划定到压力容器与外部管道或装置焊接连接的第一道环向焊缝的焊接坡口、螺纹连接的第一个螺纹接头、法兰连接的第一个法兰密封面、专用连接件或管件连接的第一个密封面;⑵压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件;⑶非受压元件与压力容器本体连接的焊接接头;⑷压力容器上所用的安全附件。

4.5 压力容器的哪些环节须严格执行《压力容器安全技术监察规程》的规定?答:压力容器的设计、制造(组焊)、安装、使用、检验、修理和改造等七个环节。

4.6 按《压力容器安全技术监察规程》的规定,哪些压力容器划分为第二类压力容器?答:⑴中压容器;⑵低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质)⑶低压反应容器和低压储存容器(仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质)⑷低压管壳式余热锅炉;⑸低压搪玻璃压力容器。

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

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





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

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

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。

低温低应力工况的判定和设计注意事项

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 【 ” 。
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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C3.2
1)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C3.3
1)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%。

2)凡按规定做100RT or UT的容器,其T形对接接头,角焊缝均需做100%MT or PT。

五、焊接要求 GB150附录C4.3
1)焊接前按JB4708进行焊接工艺评定试验,包括焊缝和热影响区的低温夏比(V)冲击试验。

2)当焊缝两侧母材具有不同冲击试验要求时,焊接金属的冲击试验温度应低于或等于母材中较高者,其冲击功按σb的较低者。

热影响区按相应母材要求确定。

接头的拉伸和弯曲性能按两侧母材中的较低要求。

拉伸2块,面弯2块,背弯2块,冲击试验焊缝和热影响区各3块,当焊缝两侧母材的钢号不同时,每侧热影响区都应取3个冲击试样。

3)应严格控制焊接线能量及焊缝质量。

4)焊接区域内,包括对接接头和角接接头的表面不得有裂纹、气孔、咬边等缺陷,不应有急剧的形状变化,呈圆滑过渡。

六、热处理
GB150 附录C4.4.1 钢板厚度>16mm的碳素钢和低合金钢制容器或受压元件,应进行焊后热处理。

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