低温压力容器设计注意点

低温压力容器设计注意点一、材料1、受压元件用钢必须是氧气转炉或电炉冶炼的镇静钢，并采用炉外精炼工艺（GB150—P141—C2.1.1）（HG/T20585-2011—P586—6.0.2）《固规》—P4—2.2条2、用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限值小于540MPa的钢材，P≤0.25％、S≤0.012％；《固规》—P5—2.3.2条第（3）款用于设计温度低于-20℃并且标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的钢材，P≤0.020％、S≤0.010％。《固规》—P5—2.3.2条第（4）款3、直接与受压元件焊接的非受压元件用钢应符合以下要求：（GB150—P141—C2.1.2）（1）承受较大载荷需做强度计算的非受压元件用钢，应具有与受压元件相当的韧性（2）应是焊接良好的钢材4、与低温压力容器受压元件直接焊接的非受压附件材料，其低温韧性及焊接接头性能需与受压元件匹配：（HG/T20585-2011—P590—6.0.12）（1）与受压元件直接焊接的受力元件如支座垫板等应采用与受压元件相同的材料（2）对奥氏体不锈钢制低温压力容器，所有焊接附件也应为奥氏体不锈钢（3）直立容器裙座过渡段应与本体材料相同，过渡段长度不小于4倍保温厚度，且不小于500mm5、锻件应按《低温承压设备用低合金钢锻件》NB/T47009和《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》NB/T47010，不低于II级要求，设计压力大于或等于1.6MPa时，应不低于III级。（HG/T20585-2011—P589—6.0.8）6、碳素钢、碳锰钢制容器用焊材，应选用与母材成分和性能相同或相似的高韧性材料，也可选用低镍合金焊材。当焊缝两侧母材具有不同冲击试验要求时，焊接材料的选用应符合C4.3.2要求（GB150-P143-C2.2.1）7、焊材应符合以下要求：（HG/T20585-2011—P589—6.0.9）（1）低温压力容器受压元件或受压元件与非受压元件焊接用手工电弧焊焊条，应选用《碳钢焊条》GB/T5117和《低合金钢焊条》GB/T5118的低氢碱性焊条。埋弧焊焊剂应选用碱性或中性焊剂（2）铁素体钢之间的焊接一般应采用铁素体型焊接材料（9%Ni钢除外）。（3）铁素体钢之间的异种钢焊接用焊接材料一般按韧性要求较高侧的母材选用。异种钢焊接工艺评定和产品焊接试板的热处理状态应与容器最终使用状态相同。（4）原则上应尽量避免铁素体钢与奥氏体钢之间的异种钢焊接，如不可避免，则应遵循以下要求（5）奥氏体钢之间的焊材选用应当符合：a)焊缝金属含碳量小于或等于0.10%b)焊缝金属的化学成分应符合《不锈钢焊条》GB/T983中E308、E308L、E309和《惰性气体保护焊接用不锈钢棒及钢丝》GB/T4233、《焊接用不锈钢丝》GB/T4242中H0Cr21Ni10、H00Cr21Ni10、H0Cr26Ni21的要求c)设计温度低于-70°C时，焊接工艺评定应规定进行焊缝金属的低温冲击试验。二、结构容器的结构设计要求均应有足够的柔性，需充分考虑一下问题：（GB150-P143-C3.2）1、结构应尽量简单、减少约束2、避免产生过大的温度梯度3、应尽量避免结构形状的突然变化，以减小局部高应力；接管端部应打磨成圆角，呈圆滑过渡4、容器的支座或支腿需设置垫板，不得直接焊在壳体上三、焊接1、A类焊接接头应选用双面焊或相当于双面焊的全焊透对接接头（GB150-P143-C3.3.1）2、B类焊接接头的要求与A类相同，但因结构限制不能采用双面焊时，允许采用焊后不拆除垫板的单面对接接头（GB150-P143-C3.3.2）3、C类焊接接头可采用下列形式：（GB150-P143-C3.3.3）（1）平盖与圆筒的连接，可采用GB150图J10（P226），表7-7序号1、2、9（P66）所示结构；平盖法兰与法兰颈或圆筒的连接可采用GB150图9-1（g）、（k）（P89）所示结构；若用图9-1（b-1）、（b-2）、（h）、（i）、（j）（P88-89）和图9-2（a-1）、（a-2）所示的结构，仅适用于以下范围：（a）设计温度不低于-30°C或者设计压力小于或等于1.0MPa（b）钢材的标准抗拉强度下限值σb≤540MPa（2）球冠形封头、半顶角大于30°的锥壳、平盖、管板等部件与壳体的连接，均应采用全焊透结构，如图J10（P226）所示4、D类焊接接头可采用下列形式：（GB150-P143-C3.3.4）（1）插入式接管、安放式接管，以及凸缘等与壳体的连接，可分别采用GB150图J3（P220）、图J6（a）、（b）、（c）（P223）、图J8（P224）或与其类似的全焊透结构（2）带补强圈的接管与壳体的连接、以及补强圈与壳体搭接的角接接头可采用GB150图J4（a）、（b）、（c）（P221）所示的全焊透结构5、接管与壳体之间接头设计应当采用全焊透结构《固规》—P15—3.14.2条6、应严格控制焊接线能量，在焊接工艺评定所确认的范围内，选用较小的焊接线能量，以多道施焊为宜（GB150-P144-C4.3.4）四、加工1、对焊后不进行消除应力热处理的容器，不得采用锤击等强制手段进行成形或组装，不得在受压元件上刻划或敲打材料标记、焊工钢印等（GB150-P144-C4.8）2、采用经过正火、正火加回火，或调质处理的钢材制造的受压元件，宜采用冷成形或回火温度以下的温成形。采用温成形时，须避开钢材的回火脆性区。若在回火温度以上热成形时，应根据需要进行与母材相同或相类同的热处理。（GB150-P144-C4.8）3、铭牌不能直接铆固在壳体上（GB150-P144-C4.8）4、钢板厚度大于16mm的碳素钢和低合金钢制低温容器或元件应进行焊后热处理（GB150-P144-C4.4.1）五、检验1、壳体的钢板厚度大于20mm时，应逐张进行超声检测，要求按JB/T4730.3规定的III级合格（GB150-P141-C2.1.3）2、用于制造低温压力容器筒体、凸形封头和球壳的钢板，厚度超过以下数值时，需按JB/T4730.3进行超声检测，且不低于III级：（HG/T20585-2011—P589—6.0.7）（6）厚度大于16~20mm的钢板，每批抽检20%，最少1张（7）厚度大于20mm的钢板，逐张抽检（8）用作低温压力容器筒体的无缝钢管应逐根超声3、受压元件用钢需进行低温夏比冲击试验（V形缺口），但符合下列条件之一者可免做（GB150—P141—C2.1.4）：（9）GB150中表4-4（GB150-P10）所列低温用钢管，因钢材尺寸限制无法制备5x10x55mm冲击试样时，其使用温度按表4-4的规定（10）GB150中表4-3（GB150-P18）所列的低碳钢和碳锰钢钢管，因钢材尺寸限制无法制备5x10x55mm冲击试样时，其使用温度按表C1（GB150-P142）的规定（11）符合GB150附录C1.4（GB150-P141）要求的铬镍奥氏体不锈钢（12）符合GB150附录C1.5（GB150-P141）要求的低温低应力工况（13）螺母用材4、焊接结构用碳素钢、低合金高强度钢和低合金低温钢钢板，其断后伸长率(A)指标应当符合表2-2的规定；《固规》—P6—2.4.2条第（2）款表2-2钢板断后伸长率指标(注2-2)钢板标准抗拉强度下限值Rm(MPa)断后伸长率A(％)≤420≥23420—550≥20550—680≥175、焊条应按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验。（GB150-P143-C2.2.3）6、施焊前应按JB4708进行焊接工艺评定试验，包括焊缝和热影响区的低温夏比冲击试验。（GB150-P144-C4.3.1）由不同组别号的母材组成焊接接头时，其焊接接头的低温冲击试验需重新评定（GB150-P144-C4.3.3）7、当焊缝两侧母材具有不同冲击试验要求时，焊缝金属的冲击试验温度应低于或等于两侧母材中的较高者。低温冲击功按两侧母材抗拉强度的较低值符合表C3的要求。热影响区按相应母材要求确定。接头的拉伸和弯曲性能按两侧母材中的较低要求。（GB150-P144-C4.3.2）8、铁素体之间的焊接接头的低温冲击试验温度以及焊缝金属、熔合线（工艺评定时做）、热影响区低温冲击功要求均与母材相同（HG/T20585-2011—P589—6.0.9第3条）9、焊接区域内，包括对接接头和角接接头的表面，不得有裂纹、气孔和咬边等缺陷。不应有急剧的形状变化，呈圆滑过渡。（GB150-P144-C4.3.5）10、每台低温容器都应制备产品试板（GB150-P144-C4.5.1）《固规》—P20—4.3.1条，且试板应进行焊缝金属及热影响区的低温夏比冲击试验（GB150-P144-C4.5.2）11、容器的对接接头（A、B类焊接接头）凡符合下列条件之一者，应进行100%射线或超声检测：（GB150-P144-C4.6.1）（1）设计温度低于-40°C（2）设计温度虽高于或等于-40°C，但接头厚度大于25mm（3）符合GB150中10.8.2.1和10.8.2.2者12、除上述第11条规定外，允许进行局部无损检测，检查长度不得少于各条焊接接头长度的50%，且不少于250mm。（GB150-P144-C4.6.2）《固规》—P22—4.5.3.2.1条13、凡符合上述第11条规定进行100%射线或超声检测的容器，其T型接头、对接接头、角焊缝，均需做100%磁粉或渗透检测，受压元件与非受压元件的连接焊缝亦按本条要求检查（GB150-P144-C4.6.3）14、凡符合下列条件之一的焊接接头，需按图样规定的方法，对其表面进行磁粉或渗透检测：“(1)设计温度低于-40℃的低合金钢制低温压力容器上的焊接接头……《固规》—P23—4.5.3.2.4条15、液压试验时的液体温度应不低于壳体材料和焊接接头的冲击试验温度（取其高者）加20°C（GB150-P144-C4.7）