第３１卷第７期 ２０１５年４月 甘肃科技
Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．７ Ａｐｒ．２０１５
低温压力容器及低温低应力容器的设计探讨
安林林，王宗瑞，党战伟，王万磊，石伯承
（甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州７３００７０）
摘要：主要介绍了低温压力容器的定义、失效模式及设计中的注意事项，详细分析了形成低温压力容器主要失效
模的低温脆裂的必要条件。从而在低温压力容器的设计过程中，通过对设计温度、低温材料选用、结构优化设计、焊
接工艺、无损检测等方面的技术优化，确保低温压力容器的使用安全。
关键词：低温容器；低温低应力工况
中图分类号：ＴＨ４９
目前在石油化工、制冷、低温工程等行业使用
的压力容器中．低温压力容器占有一定的比重。该
类压力容器工作温度较低．容器材料的脆性相应增
大．其受压元件在拉应力的作用下。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
发生脆性断裂。这种断裂发生的前后．均没有或只
有局部极小的塑性变形．而没有整体屈服．在日常
生产中不易觉察．对石油化工生产的安全威胁更
大 对于低温压力容器的认识以及非低温压力容器
应用将有助我们设计、制造及检验的选择
１低温压力容器的含义
根据ＧＢ１５０．３—２０１１《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》、ＧＢ１５１—１９９９（管壳式换热器》附录Ａ“低
温管壳式换热器”中规定，低温压力容器、换热：器是
指容器、换热器的设计温度低于或等于一２０℃，以及
由于环境的影响．壳体的金属温度低于或等于一
２０℃．在操作过程中容器的壁温处于低温状态下的
一种压力容器
１）母材应为含碳量小于或等于０．１０％．并：符合
ＧＢ１５０第４章的铬镍奥氏体不锈钢：
２）焊接材料和工艺符合ＮＢ／Ｔ ４７０１５—２０１ 《压
力容器焊接规程》的要求：
３１设计温度低于一ＩＯ０￣Ｃ时。应按ＮＢ／Ｔ ４７０１４—
压力容器设计
以稳压罐的设计为例，对容器设计的全过程进行讲解。
起首，我们依照用户提出的、在压力容器规范范畴内两边签订的具有司法束缚力的设计技巧协定书，该协定书也能够经两边赞成合营修改、完美，以期达到产品应用最优化。
依照稳压罐的设计技巧协定，我们明白了容器的最高工作压力为1.4MPa，工作温度为200℃，工作介质为紧缩空气，容积为2m3，要求应用寿命为10年。这些参数确实是用户供给给我们的设计依照。
有了这些参数，我们就能够开端设计。
一. 设计的第一步
确实是要完成容器的技巧特点表。除换热器和塔类的容器外，一样容器的技巧特点表包含
a 容器类别
b 设计压力
c 设计温度
d 介质
e 几何容积
f 腐化裕度
j 焊缝系数
h 重要受压元件材质等项。一样我所图纸上没有做强行要求写上重要受压元件材质
一. 确信容器类别
容器类其余划分在国度质量技巧监督局所揭橥的《压力容器安稳技巧监察规程》（以下简称容规）第一章第6条（p7）有具体的规定，主假如依照工作压力的大年夜小(p75)、介质的损害性和容器破坏时的损害性来划分(p75)。本例稳压罐为低压（<1.6MPa）且介质无毒不易燃，则应划为第Ⅰ类容器。
另：具体压力容器划分类别见培训教材 p4 1-11
何谓易燃介质见 p2 1-6
介质的毒性水等分级见 p3 1-7
划分压力容器等级见 p3 1-9
二. 确信设计压力
我们明白容器的最高工作压力为1.4MPa，设计压力一样取值为最高工作压力的1.05～1.10倍。
至因此取1.05照样取1.10，就取决于介质的损害性和容器所附带的安稳装配。
介质无害或装有安稳阀等就能够取下限1.05，不然就取上限1.10。
本例介质为无害的紧缩空气，且体系管路中有泄压装配，相符取下限的前提，则获得设计压力为
Pc=1.05x1.4 =1.47MPa。
另：什么叫设计压力？运算压力？若何确信？见p11 3-1
实用文档
标准 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，应实用文档
标准 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： 实用文档
《化工装备技术》第２３卷第５期２００２年 ３５
低温压力容器设计中关键问题的再探讨
李 宁 （常州化工学校）
摘 要 对于低温压力容器的设计，从选材、应力分析、环境温度、制造以及检验 等方面提出要求。 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 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，当容器中存 在难以避免的缺陷时，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，从选材、制造到检验各 个环节的要求与常温容器相比都有不同程度的 提高。而另一方面，由于要求的提高，使得低 温设备造价大大高于一般压力容器（比一般压 力容器造价要高３７ ９／６左右），故进行一项设计 时，是否将其作为低温压力容器设计，以及提 出恰当、合理、安全的技术条件具有十分重要 的意义。本文就以上两个问题结合笔者几年来 的工作经验，对低温压力容器的设计进行归纳、 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 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＜一２９ Ｃ，日本ＪＩＳＢ８２４３规定为＜一１０ Ｃ， 而我国规定≤一２０ Ｃ为低温。但仅根据温度的 ＊李 宁、女．１９６５年２月生．讲师。常州市．２１３００４。 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，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。 １．１ 应力水平 在低温下拉应力较小的情况，可按应力水 平决定是否按低温设计。如美国及日本的标准 均规定，低温下的工作压力低于设计压力的 ４Ｏ ９／６时可按常温设计。因应力与压力成正比，故 可转换成应力来分析，即应力低于许用应力的 ４Ｏ 时按常温来处理（ ＜［ ］／２．５）。如按屈服 极限（ ）计算许用应力［ｄ］＝０．５×（１．６一了） ， ｙ＝Ｏ＂ｓ／ （如果７＜０．７，取０．７）。一般压力容器 及低温压力容器用钢均７＜０．７，则［ｄ］一０．５× （１．６—０．７） 一０．４５ａ ，即相当于［ ］一 ／２．２。 而界限为Ｅ￣Ｊ／２．５一Ｏ＂ｓ／（２．２×２．５）一 ／５．５，即 应力小于［ ３／２．５时可按常温设计。例如 ＳＰＶ３２， ：５００ＭＰａ， 一３００ＭＰａ，其许用应 力为 ／ ：５ ０ ０／４—１ ２ ５ ＭＰａ或 ／２．２— ３００／２．２—１３６ＭＰａ，取 ］一１２５ＭＰａ，其界限为 １２５／２．５—５０ＭＰａ。 我国化工部规定（ＨＧＪ１９—８９）：
