低溫壓力容器設計中關鍵問題的探究

王歐蘭++嚴偉

摘 要：近年來，隨著我國社會經濟的飛速發展，液壓油氣能源的大量運輸對低溫壓力容器的需求量急劇增加。由于金屬材料在低溫狀態下，其硬度和韌性會在一定程度上有所降低，進而使得壓力容器難以滿足低溫壓力容器的使用要求，從而導致了低溫壓力容器爆炸事故的發生，這給社會經濟財產和人們的生命安全造成了巨大的損失。本文主要從低溫壓力容器的設計角度出發，探討了低溫壓力容器設計中存在的問題，并結合實際情況，提出了幾點制作低溫壓力容器的意見，以期能夠為低溫壓力容器制作提供參考、借鑒。

關鍵詞：低溫壓力容器 關鍵問題 材料硬度

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0221-01

隨著世界科技水平的不斷提高，尤其是低溫材料技術的飛速發展，極大促進了低溫壓力容器制作的發展，為低溫壓力容器的廣泛使用提供了技術支持。當前，低溫壓力容器已經廣泛應用到了天然氣液化、生產、運輸等工業生產中，低溫壓力容器制作工藝的有效提升直接推動了相關行業的快速發展。然而，由于低溫壓力容器的使用溫度極低，這會使得容器材料的脆性急劇增大，當使用溫度低到一定程度時，過大的容器脆性會使得容器因輕微碰撞脆性破裂，進而引發氣體泄漏，嚴重的會發生爆炸，這給人們的生命、財產安全帶來了巨大的隱患。

當前，低溫壓力容器的規定設計溫度為-20 ℃以下，而且在使用中容器材料的溫度要隨著環境溫度的改變而變化，通常容器金屬外殼的材料溫度也要低于-20 ℃以下。為了達到低溫壓力容器的設計要求，通常要在低溫下進行容器的制作。在低溫壓力容器制作過程中，要注意以下幾個方面。

1 確定低溫壓力容器的設計溫度

低溫壓力容器的設計溫度關系著容器的使用范圍、使用壽命，因此，確定低溫壓力容器的設計溫度對低溫壓力容器的整體設計至關重要。根據《壓力容器》的設計規定，在進行低溫壓力容器溫度設計時，要綜合考慮生產介質的溫度、生產環境的溫度等多方面因素，全面分析可能影響低溫壓力容器設計的各個因素，排除非關鍵因素，著重分析、解決關鍵影響因素，以確保低溫壓力容器的溫度設計符合容器的使用要求。由于低溫壓力容器的使用環境溫度較低，容器材料的脆性會發生極大的變化，因此，在溫度設計中，也要加強這方面的考慮。例如：在對環境因素的分析中，要考慮到容器的使用地點，在環境溫度上，南北方的環境溫度差異是十分明顯的，因此，在容器設計上，對容器的各方面性能要求存在著一定程度的差異。

2 低溫壓力容器材料的選擇

由于低溫壓力容器使用的環境溫度較低，而容器材料的脆性、硬度等物理性質極易受到低溫的影響而發生極大的變化，如脆性增大、韌性降低等，這會直接導致容器失去其設計要求，影響容器的正常使用。因此，在低溫壓力容器的生產設計中，要加強對其材料的選擇，對于一般的金屬材料，我們可以通過改變其成分組成而改變材料的硬度、脆性和韌性，以滿足容器生產要求。例如在進行鋼材煉制時，可以選擇加入適量的金屬鎳，以改變金屬的物理性質，這樣可以避免應力的過于集中，進而有效提高材料的韌性，此外，在金屬煉制過程中，也可以根據金屬冷卻速率不同硬度、脆性不同的這一特點，對鋼材進行淬火處理。一般根據低溫壓力容器設計要求的不同，其制作材料主要分為以下三類。

（1）低溫壓力容器的設計溫度高于-40 ℃而低于-20 ℃，針對這種容器設計要求，可選擇低碳錳鋼材料進行制作。

（2）低溫壓力容器設計溫度高于-196 ℃而低于-40 ℃，這時可以選擇鎳鋼材料進行容器的制作。

（3）低溫壓力容器設計溫度高于-273 ℃而低于-196 ℃，通常選用鎳鉻合金材料進行容器的生產制作。

3 低溫壓力容器的結構設計

在低溫壓力容器結構設計中，結合容器的制作、使用需求，通常，結構設計要注意以下六個方面。

（1）容器的結構設計要盡量簡單，以便于容器的焊接制作。

（2）容器的整體形狀要具有流線型，盡量避免結構的突然變化，以防止應力過于集中而導致容器破裂情況的發生。

（3）進行完容器焊接后，需要對容器進行應力消除處理，注意要盡量避免對容器整體進行熱處理，一般只需要在焊接處進行熱處理即可。

（4）要選用同種材料進行容器的制作，避免因材料不同而導致容器產生溫度梯度的出現。

（5）在容器附件的焊接過程中，要盡量避免電焊，建議使用連續焊，同時，要注意不得將兩種焊接的接頭處重合。

（6）在進行容器的支架、底座制作過程中，要在容器和底座、支架間安裝墊板，以避免容器與底座直接接觸焊接。墊板的材料要與容器的材料保持一致。

4 低溫壓力容器的焊接要求

在進行低溫壓力容器焊接過程中，要嚴格按照《承壓設備焊接工藝評定》要求進行焊接，以保證焊接的質量。在焊接時，要選取與容器材料相近、性能相似的焊條進行焊接，這樣能夠有效確保容器焊接接頭和接口的質量。由于低溫壓力容器主要是盛裝液化氣體，其溫度極低，對鋼材的質量要求也極高，因此，在容器焊接過程中，要盡量防止焊接多鋼材造成影響，通常選用較細的焊條進行多道焊接，這樣能夠有效防止因焊接而造成的鋼材過熱。

在焊接工作完成之后，要對容器進行焊接后的熱處理，焊后熱處理能夠有效消除焊接應力，降低鋼材的低溫脆斷，能夠有效提高容器的質量。在進行熱處理時，其溫度要以焊接處的測量溫度作為標準。不正確的熱處理會使得容器出現破裂、形變等缺陷，嚴重影響到低溫壓力容器的正常使用，因此，在對容器進行熱處理時，要嚴格按照低溫壓力容器熱處理的流程進行，規范操作。

5 低溫壓力容器的檢驗

在完成低溫壓力容器的制作之后，要對容器進行質量檢測。對容器的質量檢驗關系到容器的制作質量和使用安全，通常對于設計溫度在-40 ℃以下的容器，要對容器的焊接處進行超聲波檢測，以確保焊接質量符合容器的使用要求。在進行容器液壓試驗時，液體溫度要高于容器材料設計最低溫度。

6 結語

總之，在低溫壓力容器制作過程中，要嚴格按照《壓力容器》的設計要求進行設計制作，提高容器的制作質量，并在實際使用過程中不斷解決容器出現的設計缺陷問題，進而不斷提高低溫壓力容器的設計、制作質量。

參考文獻

[1] 孟雅薇.葛志強.關于低溫壓力容器設計的若干問題的分析[J].科技創新與應用，2012（32）：114.

[2] 李寧.低溫壓力容器設計中關鍵問題的再探討[J].化工裝備技術，2002，23（5）：35-39.endprint