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摘要：随着我国科学技术的飞速发展，越来越多的工业生产需要用到低温压力容器设计，例如石油化工企业，在低温技术的发展的同时，各类低温压力容器的应运而生。随着温度的降低，容器所用钢材及焊缝由延性态变为脆性态。在拉应力作用下，受压元件的应力水平小于材料屈服强度，脆性断裂现象随之发生，断裂前容器结构不出现或局部出现极为小的塑性变形，从这一角度来讲，对于低温压力容器来讲，从设计、选材、制造到检验等各个程序都要有更高的设计原则。基于此，本文详细探讨了低温下压力容器设计需注意的问题，旨在提高压力容器的安全可靠性和经济性。
关键词：低温下；压力容器设计；注意事项
全球经济的日新月异伴随着科技水平的不断更新和发展，低温材料在技术上面有很明显的进步，同时也促进了低温压力容器的制作和设计，这些为低温压力容器的广泛使用提供了一定的技术支保障。生活中我们不难发现一些天然气液化和生产以及运输等工业生产中都已经开始普遍应用低温压力容器，目前，低温压力容器还是存在一定的安全隐患，由于它在实际应用过程中所使用的温度十分底，容器材料的脆性急速比较大，当温度低到一定的环境条件，整个容器材料会因外界轻微的碰撞而发生破裂，导致容器内气体泄漏，甚至有可能会发生爆炸的情况，无法保证人们的生活、生命和财产，这对于安全来说有着极为严重的影响。
1 低温下压力容器设计需注意的问题
1.1设计温度
设计温度在低温压力容器设计中至关重要，根据《压力容器（GB150.3-2011）》附录 E 中对低温压力容器中的规定，设计温度的确定还必须考虑介质温度和环境温度等，做到具体问题具体分析。由于金属受温度影响其韧性也会发生变化，因此确定设计温度时应优先考虑这种情况。比如在环境温度中，我们要充分考虑到南北方冬季温度的差异性。北方冬季温度较低，在无采暖的厂房内放置的容器要考虑其壳体金属受到的低温条件影响。因而，设计温度高于或者低于-20℃，压力容器的结构设计、选材、焊接、制造等方面的要求是截然不同的。
1.2材料的选择
由于低温压力容器的质量主要取决于所采用的材料在低温工况中的机械性能，因此我们必须采用低温下韧性较好的金属材料。金属材料在低温工况下容易发生脆性断裂，从而产生失效，对此，我们要采取措施来改变金属材料本身的韧性。比如，在炼制钢材时可以加入镍，镍的加入可以改变位错运动，避免产生较大的应力集中，以此提高钢材的韧性。另外，我们可以将低温用钢经过正火处理，以此细化晶粒，减少由于终轧温度和冷却速率不同而造成的显微组织不均匀。根据金属材料的不同使用温度，低温压力容器用钢可分为以下三类：（一）设计温度低于-20℃，高于-40℃时，材料多选用低碳锰钢；(二)设计温度低于-40℃，高于-196℃时，材料可选用中镍钢；(三)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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，对于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。
1.3结构的设计
对于低温压力容器的结构设计要注意下面几点：
（一）结构应简单，降低焊接件拘束。
（二）防止结构以及形状突然变化，从而降低局部应力的集中及截面大小与刚度急剧变化。
（三）焊有接管以及载荷复杂的附件的容器，需在焊后消除应力热处理而不能进行整体的热处理时，应考虑焊接部位单独热处理的可能性。
（四）要尽量避免结构各部分截面产生较大的温度梯度。
（五）附件的连接焊缝不能采用不连续焊或者点焊，而且不应与A、B 类焊接接头重合。
（六）接管补强应尽量采取整体的补强或厚壁管的补强，若采取补强板，则应采取全焊透的结构并且焊缝应圆滑的过渡。
（七）容器支腿，耳座和鞍座应设置垫板或连接板，并尽量防止直接和容器的壳体直接焊接。垫板或连接板要和本体的材料一样。
1.4焊接要求
低温压力容器的制造对焊接要求十分严格，其焊接工艺要按照《承压设备焊接工艺评定（NB/T47014-2011）》的要求进行焊接工艺评定测试，焊接材料则应该选用与母体材料成分相近性能相同的并且具有良好的低温韧性材料。低温用钢的焊接关键是不能让焊缝金属和热影响区形成粗晶组织从而导致钢材的低温韧性降低，因此要控制好焊接线的能量，在规定的范围内采用比较小的焊接线能量，进行多道焊接，并且要注意避免焊道过热。另外，要对焊缝进行冲击实验，当焊缝两侧的母材对冲击试验有不同的要求时，那么我们就要将冲击实验的温度调至低于或者等于两侧母材中的较高者。焊接接头要避免弧坑或者焊缝成形不良等因素导致的焊接缺陷，同时还要减小余热，避免凸形角焊缝的出现。在压力试验前还要进行焊后热处理，焊后热处理的温度应该将焊件上的直接测量作为标准，并且在这个热处理的试验中要做好连续记录。焊接完成后需要进行焊后热处理，焊后热处理有利于降低低温脆断，消除焊接接头区域内的焊接残余应力。不正确的焊后热处理会导致低温压力容器出现变形、开裂、过热的等缺陷，因此要选定低温压力容器的热处理厚度，进行严格的工艺参数设置，按照相关规范进行操作。
1.5低温压力容器的检验
要想确保低低温压力容器成品的质量，关键的步骤是检查工作要做到面面俱到。在检测中当碳素钢、铝合金刚的厚度高于17mm则需要对钢板进行焊后热处理;当设计温度不超过-41℃的A、B类焊接接头，容器外壳的厚度又高于16mm，则需要采用超声波检测的方式来进行检测。对低温压力容器的A、B类焊缝接头的检测注意要采用局部无线检测的方式。，并将焊缝接头检测的长度控制在50%左右。在对容器进行液压试验时要严格控制液压温度，确保试验温度在冲击试验最高温度上加20℃。
2 结束语
综上所述，低温压力容器的设计综合考虑各种影响因素，从温度、材料、结构、制造、检验等多方面加以分析，从而保证设计质量，避免因设计存在缺陷而造成灾难性事故。
参考文献：
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[3]李春光，关庆贺.压力容器设计中的环境温度与最低设计金属温度[J].中国特种设备安全，2014，（06）：94-95.
论文作者:陆益锋
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/10/9
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