摘要：随着低温技术的发展，促进了低温压力容器的发展和应用。低温压力容器是低温行业中所用的重要设备，其应用越来越广泛。在低温或低温介质的作用下容器材料的韧性会有所降低，可能会使容器发生脆性断裂，并且塑性变形不明显。由此会对人民的生命和财产安全造成巨大的安全隐患。所以我们应该要在制造过程中从低温压力容器的材料选择、结构设计和制造检验等各方面，针对低温压力容器脆性断裂的问题作出有效的控制和改善。本文结合冷脆断裂的特点，总结了低温压力容器设计中的主要问题，以期为该工艺后期发展提供有效的帮助。
关键词：低温压力容器；设计；关键问题
前言：
由于设计环境的温度以及在操作中的操作壁温度都相对较低，所以对低温压力容器中钢拉伸强度和屈服点都有很严格的要求。目前，低温压力容器广泛应用于石化企业的生产、储存、运输和运输等环节当中。它们为制造商提供设备，并且由于其工作环境温度低，容器的材料不易碎，很可能在拉应力的作用下发生脆性断裂。低温压力容器之所以会出现脆性断裂是因为材料本身的屈服强度不足以承受相关的拉伸应力，并且在低温容器发生脆性断裂之前整个容器结构不会出现明显的弯曲或伸长。通常不会发生明显的形变，只会出现轻微的塑性变形，一旦出现问题一般很难及时发现，严重影响生产安全。因此，在设计低温压力容器的时候应该要有更严格的要求和标准。
1.低温脆性断裂的基本特征
1.1基本特征
1）低温脆性断裂的发生与材料使用温度的高低有着密切的联系。
2）材料在发生低温脆性断裂时的塑性很低，处于脆性状态，所以称为低温脆性断裂。
3）容器发生破裂时容器内部结构的应力水平低于材料的屈服强度，甚至低于材料的设计应力（允许应力），这被称为低应力脆性断裂。
4）低温脆性断裂源通常是材料本身的缺陷或几何形状的突然变化，并且几乎没有宏观塑性变形。
5）低温脆性断裂发生后，裂纹扩展速度非常快，在钢中扩散直至达到材料的高延性区或低应力区，速度可达音速的2-3倍。
6）材料发生脆性断裂之后具有颗粒状特征，断裂面光滑明亮。
7）远离脆性断裂部位的材料的强度和延展性仍然符合设计要求。
2.低温压力容器设计中的关键问题
2.1金属温度
在低温压力容器的设计中设计温度是其中非常关键的因素。因此在设计过程中需要对设计温度进行严格的控制，因为不同的设计温度会对设计结果、材料选择和最终成品造成不同程度的影响。所以实际设计工作中要考虑到实际负载条件的设计、环境温度以及介质的温度和绝缘性、冷却要求等方面具体问题，从而确定合适的温度。
2.1.1低温压力容器中金属温度的测定值在理论上是指容器横截面温度的平均值，但是当金属构件两侧的流体温度不同时，可以在热量、流体以及容器壁之间的结构金属进行测定，由传热计算确定金属的表面温度。然而在实际的设计工作中，中等传热系数和供热系数的值并不容易确定，因此，实际计算依旧基于经验值。
2.1.2当低温压力容器的压力元件与工作介质直接接触并且压力容器外部具有良好的隔热或冷却设施时，其壁温非常接近外部环境温度或材料的温度。此时，金属的温度可以作为设计时材料的温度。
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2.1.3对于已经用于生产操作的一些低温压力容器，因为它们属于同一类型，所以在设计时确定它们金属温度时，可以通过实际测量直接得到准确答案。
2.1.4大多数车间或工厂大楼内的一些集装箱被置于避免光照的地方，此时，由于容器处于自然温度，所以在设计时需充分考虑其壳体金属温度受低温环境下的温度条件影响[1]。
2.2材料选择
考虑到低温压力容器的特殊性，对其材料的选择需要有严格的要求，诸如设计温度、壁厚、材料张力、焊接等问题，以此保证材料的科学选用，低温压力容器用钢可具体可分为以下几个方面：1）设计温度低于-20℃，高于-40℃时，材料多选用低碳锰钢；2）设计温度低于-40℃，高于-196℃时，材料可选用中镍钢； 3）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; 4）制作低温压力容器使用的碳素钢和低合金钢壳体钢板，厚度大于 20 毫米的情况，需要对每张钢板进行超声波检验，合格级别要达到标准要求或者图样的规定。而铬镍奥体高合金钢要经过硬化处理以保证其强度要求。
2.3结构设计
低温压力容器的结构设计应简单为主，减少焊接间的拘束，同时避免结构形状突然变化，保证结构具有一定的韧性。因此，对于设计工作中的一些问题还需严格对待，因此为了尽可能简化结构并放宽焊接限制，有必要尽可能地减小每个部件的温度梯度，需要使用容器的鞍座、腿、焊接板和连接板等部件，以避免容器壳体的直接焊接，以此使得容器组件的所有部件都能够被卷起，焊接非冲压产品和配件时，在使用过程中需采用整体钢筋和厚钢管接管钢筋，并收敛和交叉 合理安排焊缝，以避免在进行另一次热处理之后它不能被整合，同时A型和B型焊缝必须完全穿过对接焊缝，而C型和D型焊缝则使用完全穿透的型材。
2.4焊接
低温压力容器对接接头的设计温度应低于40℃，接头厚度应大于25mm，并根据第三种低温压力容器介质的毒性、燃烧、爆炸这些特性包括使用的集装箱和对接接头进行100％超声波测试和局部辐射，这些测量不少于监测长度的50％，长度不小于250毫米。此外，在低温压力容器的焊接过程中，应使用较小的焊接线进行多道次焊接，同时严格观察和控制焊接线的能量，以确保焊接表面的平滑性处理，在钢材选择上理应选用抗拉强度高的，以此保证钢在焊接和低温条件下不出现脆性断裂，给工业生产和发展带来影响[2]。
2.5检查
1）低温压力容器的检验将直接关系到成品的质量，对于容器壳体厚度大于 25 毫米的以及设计温度低于-40℃的 A、B 类焊接接头要进行全部射线或超声波检测。除以上情况，低温压力容器应对其 A、B 类焊接接头进行局部无损检测，并且检测的长度不能少于各条焊接接头长度的百分之五十，且不能少于 250 毫米。当低温压力容器进行液压实验时，液体的温度不能低于焊接接头和壳体材料的冲击试验温度（取其高者）加 20℃[3]。
3.结束语
总之，在低温压力容器设计中的还存在许多问题，这严重阻碍工业生产发展和社会进步，因此，在进行低温压力容器设计、制造及检验时必须遵照《压力容器（GB150.1～150.4-2011）》的标准及要求，通过实际情况处理低温压力容器中常见的问题，只有不断提高低温压力容器的质量，才能使之长久的发展下去。
参考文献:
[1]姜 营.低温压力容器设计中的关键问题[J].山 东 化 工，2017,46（6）：111-113.
[2]李长龙，杨 博.科技创新与应用低温压力容器设计中的关键问题[J].科技创新与应用，2014,18（14）：91.
[3]闵勇.低温压力容器设计中的关键问题[J].化工管理，2015，44（10）：144.
论文作者:潘金贵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/6
标签：低温论文; 压力容器论文; 脆性论文; 温度论文; 材料论文; 容器论文; 应力论文; 《电力设备》2018年第12期论文;