压力管道设计中的低温低应力工况及其应用
“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℃。
压力管道规范工业管道GB
压力管道规范工业管道GB/T20801—2006目前管道工程设计、施工验收主要执行现行的国家和行业标准。
具体适用范围见表1和表2。
除了表1所列设计规范外，还有专用设计规范，如器材选用规范、管道布置设计规范、静电接地设计规范、伴热管和夹套管设计规范、绝热工程设计规范等。
第二部分：材料1 范围规定了压力管道建造材料的基本要求，包括材料选用、使用限制、检验要求和标记方面的规定。
2 规范性引用文件（略）3 术语和定义3.1 低温低应力工况系指同时满足下列各项条件的工况：a) 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%；注：直管和对焊管件类元件的最大允许工作压力按GB20801.3计算确定；法兰、阀门类元件的最大允许工作压力按相应标准规定的常温压力额定值选取。
b) 管道由压力、重量及位移产生的轴向（拉）应力总和不大于10%材料标准规定最小抗拉强度值（计算位移应力时，不计入应力增大系数）；c) 仅限于GC2级管道，且最低设计温度不低于-101℃。
GB50316规定低温低应力工况为：设计温度低于等于-20℃的受压管道组成件，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。
3.2 电阻焊焊管3.3 电熔焊焊管3.4 板焊管3.5 质量证明书材料质量证明（检验文件）的一种形式。
由制造厂生产部门以外的独立授权部门或人员，按照标准及合同的规定，按批在交货产品上（或取样）进行检验和试验，并注明结果的检验文件。
制造厂质量证明书由独立于生产部门的制造厂检验部门签署并批准生效。
法律法规有规定的，由法定检验检测机构出具监督检验证明。
4 .一般规定4.1材料选用业主或设计者应根据具体使用条件（包括制造、制作安装、介质、操作情况、工作环境和试验等）以及本部分规定的材料使用要求和限制，选用合适的管道组成件材料。
本部分没有包括焊接、非金属和管道支承件等的材料要求。
4.2 材料牌号和许用应力a) 本部分附录A中的表A-1和表A-2规定了管道组成件材料的牌号、许用应力和使用范围等要求;b) 按GB/T GB/T20801.3-2006中表14选择的管道组成件材料的性能不得低于按表A-1和表A-2所选相应材料的性能；c) 其他材料的选用应经过具有相应资质的机构技术鉴定及评审认可。
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。
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
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ｐ ｍａ ｇ ｎ ｒ ｌｍｅ ｒ ｎ ｔ ｓ ｉ ｆ ｗ ｅ ｅ ａ ｍｂ ａ ｅｓｒ ｓ ｅ
ｔ ｅ ｌｗ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｏ ｈ ｏ ｅ ｅ ａｕ ｅ ａ ｄ ｌ ｗ
ｓｒ ｓ ｒ ｎ ｏ ｄ ｔ ｎ ｔｅ ｓｗｏ ｋｉ ｇｃ ｎ ｉｉ ｏ
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
压力管道等级表、特性表使用要求及相关规范
压力管道等级表和特性表使用说明及相关规范一.压力管道定义：1. 压力管道的重要性：国家质量监督检验检疫总局颁发的《特种设备监察条例》中，将压力管道列为特种设备监察的管理范筹，轻工协会压力管道管理委员会每四年进行一次换证大检查，其间还有不定期的抽查，不合格者将取消单位资格。
公司每年ISO内审之前各生产室应将该年度的压力管道设计项目内容形成报表上报公司生产技术部。
公司每年的ISO内审，涵盖压力管道设计审查工作，其审核由具有压力管道审核资格的内审员负责压力管道的内审，审核内容单列。
2. 压力管道定义:《特种设备监察条例》第七章规定“压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。
”根据该定义，必须同时满足以下要求的管道才属于压力管道：2.1 输送介质为最高工作压力大于或者等于0.1Mpa（表压）的气体、液化气体、蒸汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体；2.2 管道公称直径大于25mm。
2.3 压力管道用管子、管件、阀门、法兰、补偿器、安全保护装置等产品均属于压力管道安全管理及监察的范围。
压力管道用管件包括弯头、弯管、三通、异径管、接管座、法兰、堵头、封头等。
压力管道用管道附件（元件）包括:管件、法兰（含螺栓及螺母）、垫片、阀门及其组合件，绝缘法兰、绝缘接头、清管器、收发筒等管道专用部件。
3. 本公司涉及的常用压力管道本公司热力、暖通、造纸、食品、医药各专业可能涉及的压力管道一般包括：蒸汽管道、液化气、天然气、锅炉给水管道、氨气管道、氨液管道、氧气管道、氢气管道、二氧化碳管道、压缩空气管道、高于沸点的凝结水管道、0.1MPa蒸汽伴热管、环氧丙烷管道、烧碱液（浓度>30%）管道、氯气管道、酒精管道、甲醇管道、酸液管道等以及其它符合上述第1条规定的管道。
低温低应力工况压力容器的设计
器的选材进行论述，目的就是在条件允许的情况下， 一般的压力容器用材料（
等）在常温条件下
用价格较低的材料代替一些价格高的传统材料，降 的许用 应 力 值（
），根 据
低设备的材料成本和制造成本，进而降低整个工程 《 钢制低温压力容器技术规定》的要求，当设备壳体
项目的费用支出，最终达到增强企业竞争实力的目 一次总体薄膜（ 拉）应力不高于材料标准常温屈服
氯气液化器是氯碱行业经常用到的低温压力容
厚， ）计算此时壳体一次薄膜应力为
； 器，属于低温换热化工设备。该设备壳程介质为冷
＊ ［作者简介］刘岩峰（
），男，工程师，
工工程设计有限公司从事设计工作。
［ 收稿日期］
年毕业于辽宁工学院材料工程系塑性成型专业，现在葫芦岛锦化化
。；
。。。。。；
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第期
刘岩峰等：低温低应力工况压力容器的设计
。液
氨在
时对应的饱和蒸汽压仅为
，
由公式 ! （ ）计算此时壳体一次薄膜应力为
；而液氨在
时其对应的饱和蒸汽
压仅为
，由公式 ! （ ）计算此时壳
体一次薄膜应力为
。壳体一次薄膜应力
值远低于一般的压力容器用材料（
等）在常
温条件下的许用应力值（
），同 时 壳 体 一 次
薄膜应力值也小于壳体材料
标准常温屈服
点的 （ 即
温度为
，操作压力约为
，管程筒体
内径为
，由公式 ! （ ）计算此时壳体
一次薄膜应力为
，壳体一次薄膜应力值也
远低于一般的压力容器用材料（
等）在常温
条件下的许用应力值（
），同 时 壳 体 一 次 薄
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。