低溫壓力容器設計理念研究論文

　　摘要：

　　為了進(jìn)一步提高低溫壓力容器的設計水平與使用性能，對國內外的低溫壓力容器設計理念進(jìn)行了比較。首先，對我國GB150《壓力容器》中的設計理念進(jìn)行分析，然后以美國ASMEⅤⅢ-1規范中關(guān)于壓力容器的設計理念和歐盟EN13445規范中關(guān)于壓力容器的設計理念作為對比研究對象，分析對比三種低溫壓力容器設計理念的異同之處，僅供參考。

　　關(guān)鍵詞：低溫壓力容器；設計理念；比較

　　低溫壓力容器區別于常溫壓力容器的地方在于其容易發(fā)生脆性斷裂，不可預知、不可控。換句話(huà)說(shuō)，就是低溫壓力容器比常溫壓力容器更易引發(fā)重大的災難事故。所以，必須要對低溫壓力容器進(jìn)行科學(xué)的設計。對此，世界各國都出臺了關(guān)于低溫壓力容器設計的規范條文，但各國之間各有一定的不同。目前，我國現行的規范是GB150《壓力容器》，其中可以看出我國關(guān)于低溫壓力容器設計的理念。而美國現行的規范是ASMEⅤⅢ-1規范，歐盟則是EN13445規范。筆者對這三者設計理念進(jìn)行了分析對比，僅作拋磚引玉之用。

　　1、我國GB150《壓力容器》中的設計理念分析

　　在我國現行的GB150《壓力容器》中，低溫界限為-20℃以下時(shí)，可以在一定溫度范圍內發(fā)生韌性-脆性轉變，而其尺度并沒(méi)有嚴格規定，允許有一定差異。不過(guò)，對于工程設計而言，這一規定仍然具有一定的極端性。例如，當設計溫度低于或者高于-20℃時(shí)，工程的設計、選材及制造等環(huán)節均存在較大的差異。所以，在低溫壓力容器設計時(shí)，明確設計溫度是最為關(guān)鍵的一項環(huán)節。而若想確保設計溫度的合理性，則必須要站在多個(gè)角度進(jìn)行分析，如介質(zhì)狀態(tài)的影響、環(huán)境的影響、保護措施的.影響、壓力-低溫組合工況的影響等等。根據既往經(jīng)驗，筆者認為設計溫度可以依據以下方法來(lái)確定：

　�、偃羰軌涸�件的兩側均具有熱量傳遞，則可根據GB151-99中的相關(guān)公式，利用傳熱計算的方式計算出設計溫度；

　�、谌羰軌涸�件直接接觸工作介質(zhì)，則可以以介質(zhì)的工作溫度或者最低溫度為標準，折減5℃-10℃作為設計溫度；

　�、廴羰軌涸�件受環(huán)境溫度的影響，那么在確定設計溫度時(shí)就需要充分考慮到多方面問(wèn)題，如在寒冷環(huán)境下，若物料的充裝量≥壓力容器的25%，介質(zhì)為液體，則應當在室外計算溫度的基礎上再加1℃，而若介質(zhì)為壓縮氣體，則應當在室外計算溫度的基礎上減2℃。

　　2、國內外低溫界定的分析對比

　　根據既往經(jīng)驗來(lái)看，壓力容器在發(fā)生低溫脆斷破裂的過(guò)程中，并不會(huì )出現或僅有局部區域內極小塑性變形的現象，一般情況下，整體結構不會(huì )發(fā)生屈服現象。關(guān)于受壓元件的低應力脆斷問(wèn)題，目前國內外都在相關(guān)壓力容器規范中做出了相應的規定，并對其低溫界限進(jìn)行了劃分。美國的ASMEⅤⅢ-1規范中所劃分的低溫界限標準為-3℃以下；德國的AD規范中所劃分的低溫界限標準為-10℃以下；英國的BS5500規范中所劃分的低溫界限標準為0℃以下；法國的非直接受壓設備設計規范中所劃分的低溫界限標準為-20℃及以下；日本的JISB8243規范中所劃分的低溫界限標準為-10℃以下。而我國的GB150《壓力容器》中所劃分的低溫界限標準則為-20℃，這是由于經(jīng)既往經(jīng)驗來(lái)看，當在-20℃以上的溫度環(huán)境下使用壓力容器時(shí)，若以常溫標準來(lái)選材、設計及制造，能夠保障安全性。

　　3、國內外設計理念的分析對比

　　美國ASMEⅤⅢ-1規范中關(guān)于壓力容器的設計理念和歐盟EN13445規范中關(guān)于壓力容器的設計理念均遵循了斷裂力學(xué)相關(guān)原理及方法，即通過(guò)分析材料組別、材料厚度、應力水平、元件最低操作溫度等來(lái)對沖擊試驗的可行性進(jìn)行評估，這一點(diǎn)十分符合鋼材脆性斷裂情況下的原理。并且歐盟EN13445規范中還對基于斷裂力學(xué)原理的分析方法進(jìn)行了詳細描述，即當常規方法不適用時(shí)，可以采用后續方法來(lái)進(jìn)行補充，這更加突出了其方法的實(shí)用性。而我國的GB150《壓力容器》中雖然也建議遵循斷裂力學(xué)相關(guān)原理及方法對沖擊試驗的可行性進(jìn)行評估，但其總體設計思想卻仍舊比較滯后，與美國和歐盟的設計理念相比存在一定的差距。并且我國的GB150《壓力容器》中所劃分的低溫界限標準，并未充分考慮到材料的厚度和在此厚度下的實(shí)際缺陷尺寸等對材料的沖擊韌性的影響。以Q345R正火板為例，美國的ASMEⅤⅢ-1規范中認為150mm的Q345R正火板在0℃以上的溫度條件下仍然無(wú)法完全避免脆性斷裂，而20mm的Q345R正火板即使是在-35.0℃的溫度條件下也不用進(jìn)行低溫沖擊性試驗即能保證不會(huì )發(fā)生脆性斷裂。而我國的GB150《壓力容器》中則要求25-200mm的Q345R正火板必須都要做相應溫度條件下的沖擊性試驗。這意味著(zhù)若以我國的GB150《壓力容器》進(jìn)行設計，如果材料厚度較大，則不但要考慮標準條款，還需要分析材料的實(shí)際韌性要求。

　　4、結語(yǔ)

　　綜上所述，對低溫壓力容器設計理念的分析具有很重要的意義和價(jià)值，而我國現行的GB150《壓力容器》與國外相關(guān)規范相比，仍舊存在著(zhù)一定的滯后性，因此未來(lái)仍需高度重視這一問(wèn)題，在實(shí)踐中不斷完善和更新設計理念。

　　作者:董超 單位:****工程有限公司

　　參考文獻：

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