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摘 要：压力容器由一定金属材料制成。当压力容器处在低温环境中时，其金属材料的柔韧性会大大降低。如果这个时候强行使用压力容器，会造成压力容器中产生较大应力，钢材发生断裂。达到一定限度可能会导致严重后果。文章阐述了低温压力容器设计中应该注意的几个重要问题及注意事项。
关键词：低温；压力容器；设计
低温压力容器是一种工业装置，常常用在气体液化、气体分离和液化气体的贮存等工作中。低温技术的不断更新使得这种容器的使用范围更加广泛。但是低温压力容器的使用环境通常温度较低，这种低温环境会使压力容器的金属材料失去韧性、变脆。当温度达到一定下限时，材料受不住会发生变形或者破裂，造成整个低温容器出现安全隐患，给之后的安全生产带来不定时炸弹。一般来说，容器设计温度低于-20℃的才能被称作是低温压力容器。在设计低温压力容器时，要从温度、材料、制造工艺等方面入手。
一、低温压力容器设计方法
1、确认设计温度
确认低温压力容器的设计温度，有着很重要的作用。相关规定对设计温度有明确指示，除此之外还对低温压力容器设计时的环境温度和其他内容有一定要求。设计时应该根据设计内容和设计材料的不同，进行细心调整。[1]低压容器的制作材料在不同低温环境中，其属性也会发生变化。所以在实际设计过程中，应该充分考虑环境因素，并作出一定调整。比如同样是冬季，但是南北方在温度上会有一定差异，这个时候就要对材料、焊接工艺等进行新的设定。
2、材料
低温压力容器的材料对整个容器的质量有很大影响。选用在低温环境中仍然能够很好作业的金属材料，能够有效保证韧性，避免压力容器在低温环境工作时发生材料断裂等情况。改善金属材料在低温环境中变脆这一情况，可以在炼钢过程中加入镍，以此来改变金属材料的性能。加入镍主要可以使应力减小，增加整个金属材料的柔韧度。或者将设计压力容器所用的低温用钢通过一定工艺流程，有效减少由其他设计环节造成的显微组织不均匀等问题。
3、结构设计
在对低温压力容器进行结构设计时，要保证结构不复杂。简单的结构能够有效减少焊接件的束缚。结构设计过程中，在结构和形状上不能出现突然变化。这样能够有效减少应力集中、避免出现钢度下降的情况。压力容器有时候需要焊接管或者焊一些载荷复杂附件的容器，在焊接之后要及时进行整体应力消除热处理。如果发生不能进行热处理工艺时，要灵活一点，进行单独热处理。压力容器由各个部分构成，结构设计时要避免各个界面之间温度差过大。焊接附件时要连续焊接，不能点焊，而且注意不能与A或B类接头焊接在一起。修补焊接管时应该使用厚壁管。支撑压力容器的支架，要在上面放置垫板，保护容器并且有效防止容器和支架被焊在一起。而且垫板的材料跟容器材料保持一致。
4、制造
4.1冷成型
低温容器金属材料在低温环境中发生应力集中，容易造成断裂。金属材料上应力最集中的部位和整个容器有限的应力两种情况同时发生，外部低温环境使金属材料的韧性下降，钢材在承受不住时就会发生断裂。进行冷成型时，不能用铁锤子敲整个钢板，还得控制钢板的变形率，最好是小于3%。进行冷成型工艺有一定条件限制，环境温度太低时是不能进行冷成型工艺。[2]椭圆封头在冷作硬化过程中，过渡区和直边区变形最大。这一部分应该尽量采用热成形。如果一定要进行冷成型，应该选择适当时机退火，避免边区发生裂缝。筒体组对时，要对整个过程进行控制，防止发生突变。
4.2焊接
焊接技术会对整个压力容器的质量产生影响。对低温用钢进行焊接时，要防止焊接部位发生裂纹，还得保证焊接缝附近的韧性。低温容器的制作材料在焊接冷却过程中比较容易产生裂缝。防止冷裂纹产生可以通过一下几种方式：（1）可以使用低氢型的焊条，降低冷却过程中氢的含量。也可以将焊接工具上的杂质和油污等清除干净。（2）焊接时可以采用多道焊接的方法。（3）焊前、焊后都应尽可能的减少焊接应力。（4）不要出现点焊情况。防止热裂纹出现，可以采用下面这几种方法：①焊条中的有害元素使得热裂纹极易产生，选择焊条时应该避免那些有害元素，增加焊剂中的碱，提高抗裂能力。②进行焊接的时候，要做好温度控制，保证接线能量维持在一个范围内。③发现裂纹要及时作出补救。先把裂纹打磨干净，再用相同手法进行补焊。
4.3检验
低温压力容器的检验，对最后的成品有很大影响。根据一定要求对A、B类焊接接头进行相关检查，还得检查接头本身是否完好无损。进行液压实验时，要对液体温度有所控制。
二、低温压力容器设计应该注意的问题
1、选用低温钢材的原则要求
受压元件宜使用镇静钢，非受压元件采用有一定韧性的钢材。通常采用正火处理方式。对低温压力容器设计中使用的各类钢材和钢板，要进行试验和檢测，确保它们的质量合乎规定。
2、低温下的结构设计及焊接要求
结构设计应该尽量简单，减少不必要的约束，防止形状发生突变，确保局部应力高。接管的最上部位最好打磨成圆弧形。[3]每台低温压力容器都应该有焊接试板。焊接方式不能选择连续型的，而且焊缝不应该出现。有焊缝也应该及时打磨并补焊。较厚的钢材，在焊接后要有一定热处理过程。
3、检验要求
A、B类焊接接头在容器设计温度发生变化或者外部工作环境发生变化时，要进行相应的射线检查。检测合格才能出产成品。
结束语：
上述这些低压容器设计过程中应该注意的方面，都是不能有一丝疏忽的。设计者在设计时应该将各类规范和材料、焊接方式等有机结合，设计出性能靠谱、可靠安全的低温压力容器。
参考文献
[1] 孟雅薇，葛志强. 关于低温压力容器设计的若干问题的分析[J]. 科技创新与应用，2012，32：114.
[2] 王秀英，陈礼昌. 低温压力容器设计制造浅析[J]. 乙烯工业，2014，02：26-28+50+5.
[3] 师聪. 低温压力容器设计方法探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量，2012，01：226+184.
关键词：低温；压力容器；设计
低温压力容器是一种工业装置，常常用在气体液化、气体分离和液化气体的贮存等工作中。低温技术的不断更新使得这种容器的使用范围更加广泛。但是低温压力容器的使用环境通常温度较低，这种低温环境会使压力容器的金属材料失去韧性、变脆。当温度达到一定下限时，材料受不住会发生变形或者破裂，造成整个低温容器出现安全隐患，给之后的安全生产带来不定时炸弹。一般来说，容器设计温度低于-20℃的才能被称作是低温压力容器。在设计低温压力容器时，要从温度、材料、制造工艺等方面入手。
一、低温压力容器设计方法
1、确认设计温度
确认低温压力容器的设计温度，有着很重要的作用。相关规定对设计温度有明确指示，除此之外还对低温压力容器设计时的环境温度和其他内容有一定要求。设计时应该根据设计内容和设计材料的不同，进行细心调整。[1]低压容器的制作材料在不同低温环境中，其属性也会发生变化。所以在实际设计过程中，应该充分考虑环境因素，并作出一定调整。比如同样是冬季，但是南北方在温度上会有一定差异，这个时候就要对材料、焊接工艺等进行新的设定。
2、材料
低温压力容器的材料对整个容器的质量有很大影响。选用在低温环境中仍然能够很好作业的金属材料，能够有效保证韧性，避免压力容器在低温环境工作时发生材料断裂等情况。改善金属材料在低温环境中变脆这一情况，可以在炼钢过程中加入镍，以此来改变金属材料的性能。加入镍主要可以使应力减小，增加整个金属材料的柔韧度。或者将设计压力容器所用的低温用钢通过一定工艺流程，有效减少由其他设计环节造成的显微组织不均匀等问题。
3、结构设计
在对低温压力容器进行结构设计时，要保证结构不复杂。简单的结构能够有效减少焊接件的束缚。结构设计过程中，在结构和形状上不能出现突然变化。这样能够有效减少应力集中、避免出现钢度下降的情况。压力容器有时候需要焊接管或者焊一些载荷复杂附件的容器，在焊接之后要及时进行整体应力消除热处理。如果发生不能进行热处理工艺时，要灵活一点，进行单独热处理。压力容器由各个部分构成，结构设计时要避免各个界面之间温度差过大。焊接附件时要连续焊接，不能点焊，而且注意不能与A或B类接头焊接在一起。修补焊接管时应该使用厚壁管。支撑压力容器的支架，要在上面放置垫板，保护容器并且有效防止容器和支架被焊在一起。而且垫板的材料跟容器材料保持一致。
4、制造
4.1冷成型
低温容器金属材料在低温环境中发生应力集中，容易造成断裂。金属材料上应力最集中的部位和整个容器有限的应力两种情况同时发生，外部低温环境使金属材料的韧性下降，钢材在承受不住时就会发生断裂。进行冷成型时，不能用铁锤子敲整个钢板，还得控制钢板的变形率，最好是小于3%。进行冷成型工艺有一定条件限制，环境温度太低时是不能进行冷成型工艺。[2]椭圆封头在冷作硬化过程中，过渡区和直边区变形最大。这一部分应该尽量采用热成形。如果一定要进行冷成型，应该选择适当时机退火，避免边区发生裂缝。筒体组对时，要对整个过程进行控制，防止发生突变。
4.2焊接
焊接技术会对整个压力容器的质量产生影响。对低温用钢进行焊接时，要防止焊接部位发生裂纹，还得保证焊接缝附近的韧性。低温容器的制作材料在焊接冷却过程中比较容易产生裂缝。防止冷裂纹产生可以通过一下几种方式：（1）可以使用低氢型的焊条，降低冷却过程中氢的含量。也可以将焊接工具上的杂质和油污等清除干净。（2）焊接时可以采用多道焊接的方法。（3）焊前、焊后都应尽可能的减少焊接应力。（4）不要出现点焊情况。防止热裂纹出现，可以采用下面这几种方法：①焊条中的有害元素使得热裂纹极易产生，选择焊条时应该避免那些有害元素，增加焊剂中的碱，提高抗裂能力。②进行焊接的时候，要做好温度控制，保证接线能量维持在一个范围内。③发现裂纹要及时作出补救。先把裂纹打磨干净，再用相同手法进行补焊。
4.3检验
低温压力容器的检验，对最后的成品有很大影响。根据一定要求对A、B类焊接接头进行相关检查，还得检查接头本身是否完好无损。进行液压实验时，要对液体温度有所控制。
二、低温压力容器设计应该注意的问题
1、选用低温钢材的原则要求
受压元件宜使用镇静钢，非受压元件采用有一定韧性的钢材。通常采用正火处理方式。对低温压力容器设计中使用的各类钢材和钢板，要进行试验和檢测，确保它们的质量合乎规定。
2、低温下的结构设计及焊接要求
结构设计应该尽量简单，减少不必要的约束，防止形状发生突变，确保局部应力高。接管的最上部位最好打磨成圆弧形。[3]每台低温压力容器都应该有焊接试板。焊接方式不能选择连续型的，而且焊缝不应该出现。有焊缝也应该及时打磨并补焊。较厚的钢材，在焊接后要有一定热处理过程。
3、检验要求
A、B类焊接接头在容器设计温度发生变化或者外部工作环境发生变化时，要进行相应的射线检查。检测合格才能出产成品。
结束语：
上述这些低压容器设计过程中应该注意的方面，都是不能有一丝疏忽的。设计者在设计时应该将各类规范和材料、焊接方式等有机结合，设计出性能靠谱、可靠安全的低温压力容器。
参考文献
[1] 孟雅薇，葛志强. 关于低温压力容器设计的若干问题的分析[J]. 科技创新与应用，2012，32：114.
[2] 王秀英，陈礼昌. 低温压力容器设计制造浅析[J]. 乙烯工业，2014，02：26-28+50+5.
[3] 师聪. 低温压力容器设计方法探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量，2012，01：226+184.