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摘要：为进一步提高低温压力容器的设计水平与使用性能，对国内外的低温压力容器设计理念进行了比较。首先，对我国GB150《压力容器》中的设计理念进行分析，然后以美国ASMEⅤⅢ-1规范中关于压力容器的设计理念和欧盟EN13445规范中关于压力容器的设计理念作为对比研究对象，分析对比三种低温压力容器设计理念的异同之处，仅供参考。
关键词：低温压力容器；设计理念；比较
目前，在石油化工工业装置中，气体的液化、分离以及液化气体的生产、贮运和应用日趋普遍，低温技术的发展促进了各种低温压力容器的运用。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由延性状态转变为脆性状态，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，不可预知、不可控。换句话说，就是低温压力容器比常温压力容器更易引发重大的灾难事故。所以，必须要对低温压力容器进行科学的设计。对此，世界各国都出台了关于低温压力容器设计的规范条文，但各国之间各有一定的不同。目前，我国现行的规范是GB150《压力容器》，可以看出我国关于低温压力容器设计的理念。为此，本文重点针对国内外有关低温压力容器设计理念的规定与实践展开比较，具体概括为以下几个方面。
1 我国GB150《压力容器》中的设计理念分析
在我国现行的GB150《压力容器》中，低温界限为-20℃以下时，可以在一定温度范围内发生韧性-脆性转变，而其尺度并没有严格规定，允许有一定差异。不过，对于工程设计而言，这一规定仍然具有一定极端性。例如，当设计温度低于或者高于-20℃时，工程的设计、选材及制造等环节均存在较大差异。所以，在低温压力容器设计时，明确设计温度是最为关键的环节。而若想确保设计温度的合理性，则必须要站在多个角度进行分析，如介质状态的影响、环境的影响、保护措施的影响、压力-低温组合工况的影响等等。根据既往经验，设计温度可以依据以下方法来确定：（1）若受压元件的两侧均具有热量传递，则可根据GB151中的相关公式，利用传热计算的方式计算出设计温度；（2）若受压元件直接接触工作介质，则可以以介质的工作温度或者最低温度为标准，折减5℃-10℃作为设计温度；（3）受压元件受环境温度的影响，那么在确定设计温度时就需要充分考虑到多方面问题，如在寒冷环境下，若物料的充装量≥压力容器的25%，介质为液体，则应当在室外计算温度的基础上再加1℃，而若介质为压缩气体，则应当在室外计算温度的基础上减2℃。
2 国内外低温界定和设计理论分析对比
（1）关于受压元件的低应力脆断问题，目前国内外都在相关压力容器规范中做出相应规定，并对其低温界限进行划分。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆美国的ASMEⅤⅢ-1规范中所划分的低温界限标准为-3℃以下；德国的AD规范中所划分的低温界限标准为-10℃以下；英国的BS5500规范中所划分的低温界限标准为0℃以下；法国的非直接受压设备设计规范中所划分的低温界限标准为-20℃及以下；日本的JISB8243规范中所划分的低温界限标准为-10℃以下。而我国GB150《压力容器》中所划分的低温界限标准则为-20℃，这由经验来看，当在-20℃以上的温度环境下使用压力容器时，若以常温标准来选材、设计及制造，能够保障安全性。
（2）美国ASMEⅤⅢ-1规范中关于压力容器的设计理念和欧盟EN13445规范中关于压力容器的设计理念均遵循了断裂力学相关原理及方法，即通过分析材料组别、材料厚度、应力水平、元件最低操作温度等来对冲击试验的可行性进行评估，这一点十分符合钢材脆性断裂情况下的原理。并且欧盟EN13445规范中还对基于断裂力学原理的分析方法进行详细描述，即当常规方法不适用时，可以采用后续方法来进行补充，这更加突出了其方法的实用性。而我国的GB150《压力容器》中虽然也建议遵循断裂力学相关原理及方法对冲击试验的可行性进行评估，但其总体设计思想却仍旧比较滞后，与美国和欧盟的设计理念相比存在一定的差距。并且我国的GB150《压力容器》中所划分的低温界限标准，并未充分考虑到材料的厚度和在此厚度下的实际缺陷尺寸等对材料的冲击韧性的影响。以Q345R正火板为例，美国的ASMEⅤⅢ-1规范中认为150mm的Q345R正火板在0℃以上的温度条件下仍然无法完全避免脆性断裂，而20mm的Q345R正火板即使是在-35.0℃的温度条件下也不用进行低温冲击性试验即能保证不会发生脆性断裂。而我国的GB150《压力容器》中则要求25-200mm的Q345R正火板必须都要做相应温度条件下的冲击性试验。这意味着若以我国的GB150《压力容器》进行设计，如果材料厚度较大，不但要考虑标准条款，还需要分析材料的实际韧性要求。
3 低温容器设计应注意的问题
3.1 选用低温钢材的原则要求
低温容器应考虑设计温度、低温冲击韧性、壁厚、拉伸应力水平、焊接后焊接和热处理后的具体使用条件、具体使用条件、具体安全重要性,必要的,大于g的规定或大于g的合格指标的补充要求,特别是对目前国内情况,有时还特别考虑钢厂生产设备和工艺技术水平,甚至需要在设计文件中指定钢材的供货渠道。
3.2 低温下的结构设计
在结构设计中要注意消除结构的应力集中，消除尖角，要有足够柔性。为此在设计时要特别注意应尽量简单，减少约束；避免形状突变，减少局部高应力；将接管的端部打磨成圆角和圆弧过渡；避免温度梯度过大；支座和支腿应设置垫板,垫板不得直接焊接在壳体上；附件的连接焊缝不得使用或点焊；当容器与复杂的附件和载荷复合焊接时，以及焊接后消除应力不能作为整体处理时,应考虑零件分开热处理的可能性。应尽可能采用整体加固或厚壁管加固。若采用钢筋,应采用全焊接结构,进行焊接平稳过渡
4 结语
综上，对低温压力容器设计理念的分析具有很重要的意义和价值，而我国现行的GB150《压力容器》与国外相关规范相比，仍旧存在着一定的滞后性，因此未来仍需高度重视这一问题，在实践中不断完善和更新设计理念。
参考文献：
[1]刘英.国内外关于低温压力容器设计理念的比较[J].化学工程与装备，2015，(05):187-188.
[2]赵洪涛. 低温压力容器设计方法研究[J]. 科学与财富, 2016(6).
论文作者:杜爱月,马涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第21期
论文发表时间:2017/12/30
标签：低温论文; 压力容器论文; 设计理念论文; 温度论文; 应力论文; 脆性论文; 界限论文; 《建筑学研究前沿》2017年第21期论文;