低温压力容器的设计说明

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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。

浅谈低温压力容器的设计

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)。

低温压力容器的设计

低温压力容器的设计

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。

低温压力容器的设计说明

低温压力容器的设计说明

低温压力容器的设计说明摘要:本文详细介绍了低温压力容器设计进展及制造特色说明,并与传统的压力容器进行了比较分析。

结合实际制造经验及文献介绍钢板压力容器的一些制造工艺及要求,指出利用现代压力容器用钢生产大型部件的技术,是压力容器设计结构改进、制造工艺发展的关键。

关键词:压力容器大型锻件焊接结构支撑结构材料早期制造的传统压力容器,一般采用板焊结构,即主要采用板材热成形,然后焊成一个整体,顶盖法兰、筒体法兰及冷却剂接管通常采用锻件。

新型低温压力容器以其独特的技术特点和使用便利性,符合现代工业的要求。

本文仅就碳钢、低合金钢,按常规设计的压力容器壳体,在小于-20℃的工况条件下对低温压力容器的设计做以介绍。

一、低温压力容器的低温设计特色低温压力容器的设计应从设备在设定低温下的工作状况、介质的状态是否受环境影响及有无保温或保冷措施等方面,去做具体的问题分析。

一般情况下,压力容器所发生的破裂,总体上可分为两类:一类为塑性破裂,另一类为脆性破裂,而传统低温压力容器的破坏属于后一类,即受压元件在拉应力的作用下,其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破裂,这一现象被称为低应力脆断。

传统压力器均受这种因素的影响容易造成损坏。

因此,基于这一破裂现象发生的前后,均没有或只有局部极小的塑性变形,而没有整体屈服迹象,目前世界各国对于新型低温压力器的设计过程中,凡按常规设计的压力容器规范,对受压元件的低应力脆断,都做出了相应的规定和给出了各自的低温界限。

因为设计温度的确定是低温压力容器设计中一项至关重要的因素,设计温度大于-20℃,和设计温度小于-20℃,在设计、选材、制造等方面是截然不同的。

而根据以往实践经验来看,压力器的小于-20℃这一低温界限,对实际的韧-脆性的转变只是在一定的温度范围内发生而言的,有着一定的宽松尺度,但就其工程设计来讲,还是较为极端的。

所以按常温进行选材、设计、制造还是不具有足够安全性的。

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。

低温压力容器的设计

低温压力容器的设计

现代生物工程技术用于调味品生产 “雪琪”创造“清水变鸡汤”奇迹
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。

低温压力容器的设计

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
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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
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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
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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》。

低温压力容器设计要点

低温压力容器设计要点

低温压力容器设计要点低温压力容器是指在低温环境下工作的压力容器,通常用于储存和输送液态或气态的低温介质,如液氧、液氮、液氢等。

由于低温介质对材料和容器的设计和性能提出了严格的要求,因此低温压力容器的设计需要考虑以下关键要点:1.材料选择:低温容器的材料选择是非常重要的。

一般情况下,常用的材料有不锈钢、铝合金、铜以及特殊合金如镍基合金。

这些材料应具有良好的低温韧性和耐蚀性,以确保容器在低温下的工作稳定性。

2.结构设计:低温压力容器的结构应具备足够的强度和刚度。

特别是对于液态低温介质的容器,由于介质的自身重力会引起应力,因此容器的顶部和底部应设计为圆弧形来分散应力。

此外,还应考虑容器的热胀冷缩问题,以及在低温下容器材料的收缩和变形。

3.绝热设计:低温压力容器需要具备良好的绝热性能,以减少介质的热量损失和外界热量对容器的影响。

绝热层通常采用多层结构,并使用低导热系数的材料,如碳纤维、泡沫塑料等。

此外,还应在绝热层与内壁之间设置避免冷桥和减少热传导。

4.安全阀和泄压装置:低温压力容器应配置安全阀和泄压装置,以确保在压力超过设计限制时能够快速泄压,避免容器的破裂和爆炸。

这些装置应根据介质和工作条件的不同,选择适当的泄压压力和速度。

5.泄漏和检测:低温容器的泄漏对安全和环保都带来很大的风险。

因此,容器设计应考虑泄漏的预防和检测。

可以采用密封性能好的接口和密封件,并配置泄漏检测装置,如压力传感器和泄漏探测器,及时发现和处理潜在的泄漏问题。

6.工作温度调节:低温容器在不同的工作条件下需要能够进行温度的调节和控制。

可以采用液体循环或蒸汽加热系统来控制容器内介质的温度,避免温度过高或过低导致容器破裂。

7.安全性设计:低温压力容器应满足相关的安全规范和标准,如ASME(美国机械工程师协会)的规定。

容器的强度和可靠性应经过充分的验证和测试,并且需要进行定期的检查和维护,以确保其安全可靠的运行。

总之,低温压力容器的设计涉及材料选择、结构设计、绝热性能、安全阀和泄压装置、泄漏和检测、工作温度调节以及安全性设计等多个方面。

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低温压力容器的设计说明
摘要:本文详细介绍了低温压力容器设计进展及制造特色说明,并与传统的压力容器进行了比较分析。

结合实际制造经验及文献介绍钢板压力容器的一些制造工艺及要求,指出利用现代压力容器用钢生产大型部件的技术,是压力容器设计结构改进、制造工艺发展的关键。

关键词:压力容器大型锻件焊接结构支撑结构材料
早期制造的传统压力容器,一般采用板焊结构,即主要采用板材热成形,然后焊成一个整体,顶盖法兰、筒体法兰及冷却剂接管通常采用锻件。

新型低温压力容器以其独特的技术特点和使用便利性,符合现代工业的要求。

本文仅就碳钢、低合金钢,按常规设计的压力容器壳体,在小于-20℃的工况条件下对低温压力容器的设计做以介绍。

一、低温压力容器的低温设计特色
低温压力容器的设计应从设备在设定低温下的工作状况、介质的状态是否受环境影响及有无保温或保冷措施等方面,去做具体的问题分析。

一般情况下,压力容器所发生的破裂,总体上可分为两类:一类为塑性破裂,另一类为脆性破裂,而传统低温压力容器的破坏属于后一类,即受压元件在拉应力的作用下,其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破裂,这一现象被称
为低应力脆断。

传统压力器均受这种因素的影响容易造成损坏。

因此,基于这一破裂现象发生的前后,均没有或只有局部极小的塑性变形,而没有整体屈服迹象,目前世界各国对于新型低温压力器的设计过程中,凡按常规设计的压力容器规范,对受压元件的低应力脆断,都做出了相应的规定和给出了各自的低温界限。

因为设计温度的确定是低温压力容器设计中一项至关重要的因素,设计温度大于-20℃,和设计温度小于-20℃,在设计、选材、制造等方面是截然不同的。

而根据以往实践经验来看,压力器的小于-20℃这一低温界限,对实际的韧-脆性的转变只是在一定的温度范围内发生而言的,有着一定的宽松尺度,但就其工程设计来讲,还是较为极端的。

所以按常温进行选材、设计、制造还是不具有足够安全性的。

在低温压力器的设计制造过程中,工程上采用了以下几种方法来确定处于低温下工作的压力容器的设计温度。

1.数据计算确定低温限度首先制造低温压力器的样品,当受压元件两侧有热量传递过程时,根据传热计算求得在相应的温度下,沿受压元件厚度方向的平均金属温度,再由国家标准计算公式得出压力器的低温极限。

并且根据经验多次测算,做到准确无误。

2.压力器的受压元件可能受环境温度控制,所以将压力器放置
在寒冷地区,受压容器置于露天或无采暖的厂房内,保证受压元件与工作介质直接接触,并无外保冷或保温设施,此时可取介质的最低温度或介质的工作温度减去5~10℃做为该受压元件的设计温度。

最后,根据以上实验结果和工程经验,低温压力容器设计规则的最新规定仍把低温压力容器低温界限规定为小于等于-20℃。

二、压力容器整体法兰的设计说明
过去,压力容器筒体采用两个独立的锻件,这必然给制造等带来很多困难。

并且随着压力器使用量日益增加,以及运行经验的不断积累,对压力容器的设计提出了如下要求:(1)减少压力容器焊接缝隙数量,便于在使用中检查设备情况;(2)使压力容器部件大型化、一体化,便于制造。

因而,随着科学技术的发展和制造工业的繁盛,利用现代科技用钢生产大型部件的技术,是压力容器设计结构改进、制造工艺发展的关键。

而压力容器的这一发展趋势引起了工程人员的重视,开始将整体法兰设计用于压力容器的制造。

整体法兰设计是在锻焊结构的基础上发展而来的,其基本宗旨是采用较大尺寸的锻件代替原来的几个小型锻件,尽可能减少压力容器焊缝的数量。

整体法兰设计要求将压力容器的筒体法兰、接管区筒体、支撑凸缘锻制成一个整体,采用结构简单的大壁厚筒体锻件。

近年来,通过采用整体法兰锻焊结构,避免了中子辐照区域冷却剂接管筒体段和筒体法兰向所必须进行的厚截面焊接,给压力容器的使用带来许多益处。

并且压力容器用钢的冶炼技术和锻件的加工工艺有了较大的改进和发展,能够生产出大型锻件,取代了以往使用若计的干个小型锻件的状况,所以,采用整体法兰设计的新型低温压力容器在结构上与传统的压力容器有如下几点不同:
1.避免了容器主筒体与接管区筒体的焊接;
2.消除了靠近堆芯的支撑凸起部位的焊缝,避免了筒体法兰受螺栓载荷、内压载荷和温度载荷作用后产生转角和径向位移;
3.接管区筒体和堆芯筒体的焊缝设置在堆芯活性区之上,消除或减轻了这些载荷对筒体法兰的影响,减少螺栓的弯曲应力和法兰变形,并且降低法兰间冷却剂的泄漏几率;
当然,新型的采用整体法兰的压力容器,给压力容器的制造带来很多方便。

首先,筒体法兰和接管区筒体锻造成一个整体,避免了筒体法兰和接管区筒体之间的焊接,消除了一条厚截面环焊缝,并且整体法兰上的接管短管与接管主要段间的焊接,应力强度水平比传统的要求高,这样整体压力容器采用六个大型锻件,仅有四条主环焊缝,从而改善了压力容器的总体结构,缩短了制造周期。

三、压力容器的支撑材料特点
压力容器发展的初期,大多采用裙座式支撑结构,将支撑裙焊在压力容器的底封头处,在各接管口处设置支柱,利用支撑裙或支柱将压力容器定位,但这种方式中制作材料的稳定性具有很大的弊端。

目前,多数设计是利用高强度钢制接管作为压力容器支撑,使压力容器的重量全部作用在接管上,另外,支撑接管内侧转角处的峰值应力最大,应力过于集中仍容易出现问题,工程中为增强支撑接管所受载荷的能力,极力选择最优质的钢材料制造,以增强结构的稳定性。

四、结语
低温压力容器在结构上由最初的板焊结构已改进成锻焊结构,进而发展成一体化的整体法兰锻焊结构,在功能上严格控制了最低温度极限,在设计、制造和在役检查方面有很大的优越性,大大降低了制造过程中焊接和无损检测的工作量,同时,也减少了在役检查和材料辐照监督的工作量,进一步满足了工程的需求。

此外,由于这种结构的压力容器与传统的压力容器成本比较接近,因此整体法兰焊接构的压力容器更有吸引力和竞争力,未来必将广泛应用。

参考资料
[1]徐林颖,毛立东《浅谈道低温压力器技术问题》[j].中小企业管理与科技(上旬刊).2009(6).。

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