低温压力容器的设计
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注意的问题
设计温度
• 1.计算法。如果在当前环境下，低温压力器件两侧都会发生热量传递。那么应该使用热 量传递计算公式，将相应数据代入到公式中，计算出低温压力容器金属平均温度。
• 2.经验法。如果低温压力容器与工作介质发生直接接触，在具有相应保冷、保温设施条 件的基础上，可以检测出介质的工作温度。然后，在此基础上减掉5-10℃，将其作为低 温压力容器的设计温度参考范围。
余应力。
谢谢大家
• 3.特殊情况。如果当前低温压力容器所处空间并没有配备相应的保冷保暖设施，那么在 进行低温压力容器设计过程中，就需要对其设计温度进行重新计算，依据所处环境的实 际情况合理制定设计温度。
材料选择
• 由于低温压力容器在不同的温度环境下，会发生性质的改变。当温度降到时，应该保证该材料在整个工作 温度区间内有足够的韧性。在设计过程中，需注意以下几个问题。
• 1.低温压力容器所选材料，必须采用韧性度极佳的钢材料 ;
• 2.用于低温压力容器制作的材料，必须要经过V型缺口低温冲击试验，在符合实验标准的基础上 才可以正式应用于低温压力容器的制作 ;
• 3.当制作工艺中钢板厚度超过标准区间，必须要使用超声波检测法进行质量检验。
结构设计
• 为保证低温压力容器有足够的柔性。在设计过程中一定要保证将应力消除视为整个低温压力容器结构设计的核心。所以，在结构设计方面需要注意以下几点。 • 1.低温压力容器结构尽量简单化，可以有效避免内部结构复杂所引起的应力变化 ; • 2.保证工作温度平稳 ; • 3.各部件焊接要使用连续焊接的方式 ; • 4.避免低温压力容器内部发生应力集中 ; • 5.对低温压力容器进行整体补强时，在使用补强板的过程中，需要为整个操作流程设计全焊透结构，焊缝部分要进行圆滑过渡。
低温压力容器设计注意点
低温压力容器设计注意点一、材料1、受压元件用钢必须是氧气转炉或电炉冶炼的镇静钢，并采用炉外精炼工艺（GB150—P141—C2.1.1）（HG/T20585-2011—P586—6.0.2）《固规》—P4—2.2条2、用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限值小于540MPa的钢材，P≤0.25％、S≤0.012％；《固规》—P5—2.3.2条第（3）款用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材，P≤0.020％、S≤0.010％。
《固规》—P5—2.3.2条第（4）款3、直接与受压元件焊接的非受压元件用钢应符合以下要求：（GB150—P141—C2.1.2）（1）承受较大载荷需做强度计算的非受压元件用钢，应具有与受压元件相当的韧性（2）应是焊接良好的钢材4、与低温压力容器受压元件直接焊接的非受压附件材料，其低温韧性及焊接接头性能需与受压元件匹配：（HG/T20585-2011—P590—6.0.12）（1）与受压元件直接焊接的受力元件如支座垫板等应采用与受压元件相同的材料（2）对奥氏体不锈钢制低温压力容器，所有焊接附件也应为奥氏体不锈钢（3）直立容器裙座过渡段应与本体材料相同，过渡段长度不小于4倍保温厚度，且不小于500mm5、锻件应按《低温承压设备用低合金钢锻件》NB/T47009和《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》NB/T47010，不低于II级要求，设计压力大于或等于1.6MPa时，应不低于III级。
（HG/T20585-2011—P589—6.0.8）6、碳素钢、碳锰钢制容器用焊材，应选用与母材成分和性能相同或相似的高韧性材料，也可选用低镍合金焊材。
当焊缝两侧母材具有不同冲击试验要求时，焊接材料的选用应符合C4.3.2要求（GB150-P143-C2.2.1）7、焊材应符合以下要求：（HG/T20585-2011—P589—6.0.9）（1）低温压力容器受压元件或受压元件与非受压元件焊接用手工电弧焊焊条，应选用《碳钢焊条》GB/T5117和《低合金钢焊条》GB/T5118的低氢碱性焊条。
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。
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。
低温压力容器的设计
采用的金属材料
3.5Ni钢 06MnNb钢
5.5Ni钢、9Ni钢 铝合金 36%Ni钢
9Ni钢、铜 铝合金
0Cr18Ni9Ti 20Mn23Al
铝合金、铜 铜、0Cr18Ni9Ti
容器结构 双壁
真空型绝热 真空型绝热 11
第11页，本讲稿共19页
低温钢制压力容器（标准规范）
国内：
1 GB150-1998《钢制压力容器》； 2《压力容器安全技术监察规程》； 3 JB4732《钢制压力容器分析设计标准》。
2022/11//33
图1 15L杜瓦容器
3
第3页，本讲稿共19页
低温压力容器和管道的典型结构⑵
⑴ 液氧、液氮和液氩压力容器
1、仪表箱；2、液氧蒸发器；3、抽真空管；4、盖板
2022/11//33
图2 CF-100000液氧储槽
4
第4页，本讲稿共19页
低温压力容器和管道的典型结构⑶
⑴ 液氧、液氮和液氩压力容器
2022/11//33
图6 100L多屏绝热液氦容器
8
第8页，本讲稿共19页
低温压力容器和管道的典型结构⑺
⑶ 液化天然气储存容器
2022/1//33 图7 东京煤气公司130000 M3地下液化天然气储罐
9
第9页，本讲稿共19页
低温压力容器和管道的典型结构⑻
⑷ 低温液体输送压力管道及设备
2022/1/3
国外：
1 美国ASME锅炉压力容器规范Ⅷ-1、Ⅷ-2； 2 英国BS5500-1997《非直接受火熔焊压力容器规范》； 3 德国AD《压力容器规范》； 4 日本JISB8270-1993《压力容器基础标准》； 5 日本JISB8240-1993《制冷用压力容器结构》； 6 法国CODAP-1995《压力容器构造》。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
低温压力容器的设计
首先，低温压力容器的设计需要选择适用的材料。
由于低温环境下材
料的强度和韧性会大大降低，因此需要选择能够在低温下保持良好性能的
材料。
常用的材料包括316不锈钢、碳钢和铝合金等。
这些材料具有较高
的低温强度和耐腐蚀性能，能够保证容器在低温环境下的安全运行。
其次，低温压力容器的结构设计需要考虑安全性和稳定性。
容器的结
构通常采用圆筒形状，能够均匀分布压力，提高容器的承载能力。
容器内
部需要设计合理的隔热层，以减小低温环境对容器壁的冷却作用，同时防
止外界热量进入容器内部。
容器的底部通常采用弯头结构，能够方便液体
的排放。
另外，低温压力容器的设计还需要考虑容器的密封性能。
由于低温液
体具有较小的体积膨胀系数，容器在运行过程中存在较大的压力变化。
因
此需要设计有效的密封装置，确保容器能够长时间保持压力稳定。
常用的
密封装置包括金属密封、橡胶密封和波形管密封等。
这些密封装置能够在
低温环境下有效防止气体泄漏。
此外，低温压力容器的设计还需要考虑容器的维修和检测。
容器通常
需要定期进行维修和检测，以确保容器的安全运行。
设计时需要预留足够
的维修通道和检测孔，方便对容器内部进行维修和检测。
总之，低温压力容器的设计需要综合考虑材料的特性、结构的安全性
和稳定性等因素。
合理的设计能够保证容器在低温环境下安全稳定地运行，从而满足液化气体储存、液态气体运输等领域的需求。
设计中需要选择适
用的材料、合理的结构、有效的密封装置，并考虑容器的维修和检测等因素。
通过科学的设计，可以提高低温压力容器的使用寿命和安全性能。