低温压力容器的设计

1、性。it ( A 丿 jr；1八丄曲沁国家11美團1产日 wT H1本.1德禺1法国1英国规范洛称ASMEVin-1JIS68270-iAD规范非直接火受压複备设计规范1 V * Jf、.| BS550Q低温界线 - 30c | -RK.A10C!-10Cula*| LJB -V*JB a,VL!y| *.-! Ty| !y| 1礎 凰晶噩豳艇四笛嘶j :心: 二：， |；*空.： ：| T?】(1)液氧、液氮和液氮压力容器图1 15L杜瓦容器678102018/10/7谨皿2-内颈，管，/3内胆4 ! ff外壳拉手支承垫h7 , 铝壳Y JC V- ； XT. 8吸附剂八9弹簧10:抽气管“

2、 :11抽气管护罩T18900海却鬓閃3,事网呼4: rI r：、rT9 t 一 CF100000海坤命鑼 fi:wk .Tsb.、*0 老Ar 八 w 产；j 鸽夸金铜矗X摟）：；液愛 化沃然气的内聘也可囲9%Ni镰钢和36%Ni钢；（银合金）;液氟容器内胆多 16M扳縮闵廖囲*门.：. w 4 * (国内：Byf . w I;1 GB1509983 JB4732 盲外：1 GB150-1998|钢希鹿农容聶：fH-:2迳另容駅冬技术辭规程站 ；，j.3 JB4732舸制压力容器分析设讦标准再1国外：，汀 ：;1嘆国沁血端虽上客器规施皿寸、血2； 2英国BS5500h1997非直接受火熔:焊

3、压力塚器规 范；紀&:3德国沙虚#容器规瀚* .4姑本jf眇820寸993免力OOW；-：璟 5日本J碘82金1993制冷用、压力容器结醐;一:、6 1?CODAP- 995压力容器构造。iJy扎Ar 乞念匕心匕3匕倔胭O凰功冒圉倔週!曾发生-19世茲末以来五严寒地带扁铁轨、桥盪和结构”耆_W系列低温脆性断製事故戸冷脆高温芥工作的承压设备，虽袱在哇行状态 下塑性良好，但濾室温下磁行水瘗试醯时仍有可韻发生脆冷舱问磁T本世纪宛40年代以乘许多压:钢的冷聽是并力容器材料脆化最重要的:类型。得谓冷 性是指金属材料龙低温下呈现韧性降低，脆性增大时现象。 对于在低温下工招的受压元件,考虑钢材冷脆烂是遶用钢

4、甘 / XtTL 丄S j L pJ 二 / /_ A、rr /r H hi -1* .丄 i p. z心占；唱要求爲11 q 性巒，这也财力容器、管道、化1工複备及大型结构等焊摟结构，多次发生 脆性破坏，造成了巨大的损失。为乳避免发生破坏，在水压 妄验吐规定亍不同申最底温度隹。幺奩度逐解低时，材喬的破坏型式将由延性#裂转变 为脆性断裂，箕锚变焦的温度称另韧聽转变瘟度。览是材料 低温初性的重要扌希。#- :?:2018/10/7jf呷翳L：小IfI I?晶体结构因*:体心空方结构的铁秦体钢脆性转丈温废较訝4工厶抿 j 由心立芳结构金属如铜；铝.操和奥氏体钢则没有：:对低温压力容器而言，潴加含碳

5、量将潴大材料煞改善揆行沉淀:匚脆性断裂倾向较天；車心立方结构金属如铜 盘种温度效应,即不厅生低应力脆断。2、牝学成分的瞬）：二二s i：二匸 l. 一 的脆庭，提高脆性無*温爰,低温用扁呑碳量束菽过0.2%。a 钢材低温韧性，少量v TiJNb； Al弥散析出碳化物和氮化物， 强化改善钢材低温韧3：晶粒度的影响晶粒）寸是彭响钢彳氐应力脆断重奏因素细晶益彳吏金属有较高断裂强辱,且使脆性转变温度降低。I - 4；夹杂物的影响:磷易产生嚣界偏析，钢申的氧以各种釧匕物的形 式在晶界析出，显著聲高钢的脆性转变温度，导致低应力脆断。2 5、热处理和显微蜃织影响对钢的低泣力脆断有彳良矣彩响。调质班 趣可以改

6、善钢初低温犁性辰回奴温度不血过再;正火晁理匍得骯多;退火处理组织粗大，丄般不采用。 6（冷变形的影响：冷变形使侖的韧性降低f应娈时效使艇i韧性恶$ 化，脆性转变温度升超* 7、应力状态的影由：焊簇接头中有裂药存在又具肴義余应馬时，祗:/ 诡力脆断储质更为明車心*大部分国家将低温容整设计重点放在选材上，并玉制造、结构上加*某些限制。 予期药ASME规范，对扌根碳钢及耒些屁合金钢即或詔容器，在低温工作时要求其 材料的夏比（V形缺口）*击试验冲击功不小于20J。该规定建建立在大*的彼坏事故及其材匚料试验基础上岛，对当时山范俞推荐:厂!/ 1 I jf上丁 M7QKi甩-钢鮫的关量夏比1v形缺口）冲击

7、试验结构中，変现起裂型钢板宓最天冲击功约务7 14J, #裂型钢板最关冲击功不超过18J,大和7J的乌属于止裂型基卡当时的研y 究结果，将V形缺口）用击试验冲击功Akv=20J作为材料在其最低使用盘度下的韧 碰著核指标。到了：1953牛 由予復用了较高强废药钢种，其临界转变事度基点無 移到爲冲击功曲线的较崗位置上去九20丁的人絆冲缶功指标并不能捱*脆断胡发 生。因石对高强度钢而書，不同的钢科应分别对i指标避行校正丄或附%侧向膨胀电 空彳量裁和皿）严打目前国外容器规范寿用20J作为低碳钢在最低工作温度或设计温度下钢材缺口 韧性唯一判据的有：美SASME VIII-l及VDI-2,法国规范等。AD

8、规范W10弟用DVM试样 的冲击功作为判据，即玉设计温度下的DVM试样冲击功韧性为横尙35j/cm2,此值 相当于采用V形缺口夏比试样,在设计温度提高10C的试验温度下达到纵向27J。 一般认为在采用相同审幷型式的前提下，纵横向的冲击功乏比大约为107。GB150参考采用了Asiffi Vin-1的有关规定，以20J#为低碳钢强度级如的钢材的 验收判据。对钢扳来讲申内要求横向取样，其冲击功要隶并不低于国彳卜规则对钢 材阳韧性要求。丁1自40年代钢结构的陆屣断裂引起人祈重视以来，各国对钢有低盅韧性 的评定方法以冬评定扌*标进彳壬了广泛的研究及试验。其电与压另容器关系 亵为密切的试魅方法凉下列兀种

9、:M氐温冲击韧性试验（V形缺口u形缺口. DVM试样）；】落锤试瞬；全摩度的冬型试篮（覚樓试验、双重翠伸试務、/ ESSOM）;断裂力李试验（平面应变断裂韧桂Kic及裂纹尖薦张开位移 COD法）。其中以低温夏比（V形缺口）冲击试验应用最为广泛，低温U力容器 用钢的冲击试验温度应低于或等于壳体或主要受压元件的最低锐计温度； 并以在冲击试验中对诊的一定的吸收功人创（J ）或一定的断口外维百分率 的遢度，即脆性转变驾度来评炙材料的低温韧性。1a美国ASME规范血-1. Vin-2;日本JIS8243;德国AD压为容器规范. ；法国CODAP-1995 （压力容器箱造以（V形缺口）冲击试验毎依据。基础

10、J以（V形缺口）并击试验为工程评定方法； 3.日本WES3003 构雀-另一标准以温 口冲缶试验作为工裡许定方法。4美国ASME规范2；英国BS5500-197非匱接受火熔焊庄力容器规范以宽!板试验为 基础，以（v形缺口）冲击试验为工程评定方法；：洽：3.日本WES3003低盘露构用钢板每崑基准、及JISB82iO压另蓉器 閒遥-另一标淮%以瘟度舷塑奴董拉伸我验，成ESSO试验为杀1础，以缺 口冲击试验作为工程评定方法。：:-4美国ASME规范血核埶力装置设备是国外唯字以制裂力学理 论为基础的.规范；采卿缺口淨击试验及落锤试验作为工翟的评刽方法。,152018/10/7爆 二,；5k t；丁華

11、2，b . vS - :r - -. /SJX -r.-0嶼iC呱 06MnVAh“ 一、国内外常甬舖很温用钢主要采用低温镇静钢和镖系低温廟1. 低温镇静钢：16MnDR DMn2VDR.OAlNbGuN【2、操系低温钢”“. 0/5 2 25%Ni(-70C ) ：fL 3. 5% Ni (-l(flC ) * 5% Ni 彳二120卜 1700$?.(-196 C) 9%Ni广皮用于決氧储罐鳶虽度高，具宥良好的低温韧札(2. 5Ni (-60C； Ak；47J); 3. 5N1 (-100C, AK； 47J); 9Ni (-lj70C, 人卫侔);15Mn2hl4 (-253. A247

12、J);,寸;(2. 5N1 (-60CK V7 - - VKY -r/- -47J) ) 7的 I * * 1 Jr压力容器钢板。16MJAkv27J); 09Mh2VDR(07MnlfiCrMoVDR(-40CjC )八屮，m社温用鐸24J)； 15MnNiDR (-45C,I.；二】低温压力容器用钢板(GB150靭制压力容器$GB353d,QDR (4 0 , Av 2 -2 /X/1VAXX11 XXZXk X I w/ X-/； i *C-40CyA 27J); 卿叫iDR(-40孙 Akv *27J); 三.低温压力容器囲爲锻件 09Mn2VD(-50C? aJ27J) ; 20Mn

13、MoD(-30C/ Akv 27J); 08nNiMoVDAkv 20J) ;09MnNiD(-70C，7AKV27J)。住耳E 亠V-i K- . r t、汀 J- 5、:r j* 5 弋二* f ”, p -5 Mr.r； r2018/10/7號-.耘,，:孤毎：必氓绥v,殿几氓周-b _*4八買. /：.严”垃心制_ y严“愆r1ON13M6D(-5OC , AKV47J) ; 16MnD 卜40C，於 L16gVX*-7 ；f lerT*: ,z a?-： ；e lerF17 ,z !* * 1 - 窗匪個应功脆甌他過ffifi-ru h-F/ . I . -*； i r 灵t ._

14、齐；l目前所有的容器规范对低温压力蓉器的设计，是根据室温挠拉強度 或屈服强度所决:定的许用应力进行设计。该方法能有效地防止发生大塑 栓隻爭的破坏工如何常定需荽的韧性水平用应根据釆用何紳原则I决定。 7 ;第一种原则:;研存在一定矗缺陷，但应館防止开裂八甜接部社；一鋭存在鈿陷较歩且韧性较差诂而断裂总是从缺陷和韧醴差的地1方开始的因此采用進一;原则时必须测定麵影区和熔吞线的性能J要 求韧性最差的地方能牟受外载荷所产生的应变。第二种原则；允*午有缺陷存在并有可能自刼性较差昭焊接止开裂着主要靠母材来防止裂裟扩展而避免产生断裂事故。由于焊接接头金属予： 熔合.线和热影响区啲揃性较母材基 所以裂纹往徙沿着焊接接讲区,而扩 展，因而用这种方法希防止脆断转可靠I八” ：4 2第三种原则：.汇朴自缺陷处发生开裂，而容器的各个部社為能止裂/ 它存在二个缺点J采用这种防止脆断方法时要选用韧性非 鄒 这意味着茁料成*费非掘裔昂；、遊为一个绝