低温管道与低温压力容器设计问题

李东

（哈尔滨热电有限责任公司汽机分场管阀班，哈尔滨150046）



低温管道与低温压力容器设计问题

李东

（哈尔滨热电有限责任公司汽机分场管阀班，哈尔滨150046）

摘要：鉴于低温压力容器在科学试验中使用的广泛性和材料的特殊性，在设计和制造过程中，要严格按照相关标准进行检测，尤其对介质、环境的温度、容器材质的拉应力大小进行准确的选择和分析，避免更多的检测费用的浪费，确保生产出高质量的产品。

关键词：低温管道；低温压力容器；设计问题

全球经济的日新月异伴随着科技水平的不断更新和发展，低温材料在技术上有了长足的进步，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和保障。在我们的生活中，一些天然气液化生产以及运输等工业生产中开始普遍应用低温压力容器。目前，低温压力容器还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低，容器材料的脆性比较大，当温度低到一定的程度，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，无法保证人们的生活、生命和财产，对使用者的安全有着极其严重的影响。

1低温管道及低温压力容器的温度设计

在压力容器和管道设计上，温度能起到决定性的作用。温度高于－20℃或低于－20℃对整个设计、选材、制造带来的影响都截然不同，能否有效的控制温度是设计低温容器和低温管道必不可少的因素。关于“压力容器”的设计也有一定规定，低温压力容器温度设计时不仅要把整个生产介质、生产环境的温度因素进行综合全面的分析与考虑，还要尽可能的排除所有能够影响与设计有关的因素，确保低温压力容器的温度设计达到符合其所有要求和标准。另外，在温度设计过程中不能忽略低温压力容器因使用环境温度较低而引发材料脆性所带来的不良变化。使用容器的地点不同，温度肯定有所差异，比如南北方的环境温度差异较大，在容器的设计上就要考虑使用的环境因素。

2低温管道及低温压力容器的选材

材料的低温冲击韧性、设计温度、壁厚及使用时的拉应力水平、焊接、焊后热处理都是在对低温管道和低温压力容器选材方面所应该慎重考虑的问题。具体要求有以下几个方面：第一，所使用的容器和受压元件采用的钢材必须采用炉外精炼工艺，并且按照HG 20585标准进行夏比( V形缺口)，低温冲击试验由氧气转炉或电炉进行炼制；第二，所制造低温管道和低温压力容器的筒体、厚度、封头的钢板超过了标准规定，必须按照JB/T4730(已由NB / T47013代替)来进行超声波检测，达到Ⅲ级合格的级别；第三，选择低温压力容器受压元件直接焊接的非受压附件材料的钢韧性质量要好，操作温度要在钢材的脆性转变温度之上，其碳、磷、硫的含量必须在标准的范围之内，另外低温韧性及焊接接头要与受压元件相匹配，确保其符合低温管道及低温压力容器的选材标准。

3低温管道及低温压力容器的结构设计

容器的制作、使用需求是设计低温管道和低温压力容器结构考虑的两个因素。在操作过程中要注意六个方面：第一，简单的低温管道和低温压力容器结构设计有助于焊接操作。第二，尽量选择有流线型的容器，以防结构突变，应力过于集中导致容器破裂。第三，焊接完成后进行应力消除时，只需在焊接处进行热处理。第四，选材方面要注意选同种材料，避免材料不同产生温度梯度。第五，焊接附件时不能将两种焊接接头处重合，使用连续焊，避免电焊。第六，制作容器支架和底座时，在容器和底座、支架间要安装与容器材料一样的垫板，以防容器与底座焊接在一起。

4低温管道及低温压力容器的焊接

焊接工艺在制造低温管道和低温压力容器中要求很高，要按照《承压设备焊接工艺评定（NB/T47014- 2011）》进行工艺测试，并选用与母体材料成分性能相近的具有良好低温韧性的材料。在规定范围内控制好焊线能量，以防焊道过热，采用较小的焊接线能量进行多道焊接，最为关键的是，不能使焊缝金属在热影响区形成粗晶组织，导致钢材低温而使得韧性降低。在进行冲击试验过程中，要注意焊缝两侧的母材有不同的要求，随时控制冲击焊接试验的温度，保持低于或者等于两侧母材中的比较高的一方。焊接的接头要避免弧坑不良因素引起的所有缺陷，努力杜绝出现凸形角焊缝、减小余高的情况发生。在压力测试前及进行焊后热处理的同时，应该把焊件上的直接测量作为衡量标准，并在处理过程中做好连续的相关记录。为了降低低温脆断，消除接头区域内的焊残余应力，焊后也同样要做相应的热处理。因此，合理选定容器的热处理厚度，按照严格工艺参数，进行规范的焊后操作，可以避免容器出现变形、开裂、过热等不良缺陷。

5　低温管道及低温压力容器的检验

为了确保低温管道和低温压力容器成品的质量，关键步骤是检查工作要面面俱到。在检测中，当碳素钢、低合金刚的厚度高于17 mm，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16 mm，需要采用超声波检测。对低温压力容器的A、B类焊缝接头的检测，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℃。6氨气在热电厂中的应用

随着工业化进程的加快，环境污染也随之加重，其中，燃料燃烧排放的二氧化碳是引起温室效应的主要物质，SO2、NOX以及飞灰颗粒又是大气污染的主要来源。燃煤锅炉产生的SO2、NOX也是造成大气污染的主要原因之一。因此，烟气脱硝、脱硫成为国家“十二五”减排的重点要求，是环境治理的重要内容。目前，火力发电厂烟气脱硝的方法主要有选择性催化还原法（SCR）、非选择性催化还原法（SNCR）以及在二者基础上发展起来的SNCR/SCR联合烟气脱硝技术。无论是选择性催化还原法（SCR）还是选择性非催化还原法（SNCR）其还原剂均采用液氨、尿素或氨水，其基本原理都是通过注入氨与氮氧化物发生反应生成N2和水。

参考文献：

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［2］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)：101- 102.

［3］徐涛.压力容器、管道在定期检验中常见的问题浅析［J].科技风，2014，(21): 38- 39.

［4］王玲玲.浅析低温下压力容器设计需注意的问题［J].河南科技，2014，(11)：116- 117.

Design Issues of Low-temperature Pipeline and Cryogenic Pressure Vessel

LI Dong
(Harbin Thermal Power Co., Ltd., Pipe Valve Class of Turbine Department, Harbin 150046, China)

Abstract:In the design and manufacturing process of cryogenic pressure vessel, it should be detected in strict accordance with the relevant standards due to its universality and particularity in scientific experiments, especially in the accurate selection and analysis of medium, environmental temperature, and the level of tensile stress of the containers' texture, so as to reduce testing costs, and ensure the production of high-quality products.

Key words:Low-temperature pipeline; Cryogenic pressure vessel; Design issues

收稿日期：2016- 01- 15

中图分类号：TH49

文献标志码：B

文章编号：1674-8646（2016）03-0056-02