低温压力容器的设计课件

2024/7/221低温压力容器的低温界限低温压力容器的低温界限 1 1 1 1、按常规设计的压力容器规范多采用经验的总结，包括、按常规设计的压力容器规范多采用经验的总结，包括、按常规设计的压力容器规范多采用经验的总结，包括、按常规设计的压力容器规范多采用经验的总结，包括失效、破坏的经验总结。所以各国根据各自的使用经验，人失效、破坏的经验总结。所以各国根据各自的使用经验，人失效、破坏的经验总结。所以各国根据各自的使用经验，人失效、破坏的经验总结。所以各国根据各自的使用经验，人为划分低温界线。为划分低温界线。为划分低温界线。为划分低温界线。我国压力容器规范多年来习惯把小于或等我国压力容器规范多年来习惯把小于或等我国压力容器规范多年来习惯把小于或等我国压力容器规范多年来习惯把小于或等于于于于-20-20-20-20作为低温界线。作为低温界线。作为低温界线。作为低温界线。实践表明这样划分具有足够的安全性。实践表明这样划分具有足够的安全性。实践表明这样划分具有足够的安全性。实践表明这样划分具有足够的安全性。目前世界各国按常规设计的压力容器规范，对低温压力容器目前世界各国按常规设计的压力容器规范，对低温压力容器目前世界各国按常规设计的压力容器规范，对低温压力容器目前世界各国按常规设计的压力容器规范，对低温压力容器划分的温度界限各不相同，如表划分的温度界限各不相同，如表划分的温度界限各不相同，如表划分的温度界限各不相同，如表2 2 2 2所示。所示。所示。所示。2 2 2 2、按应力分析法设计的压力容器规范要求容器在整个使、按应力分析法设计的压力容器规范要求容器在整个使、按应力分析法设计的压力容器规范要求容器在整个使、按应力分析法设计的压力容器规范要求容器在整个使用（包括制造）过程中，用（包括制造）过程中，用（包括制造）过程中，用（包括制造）过程中，无论在常温或低温下使用，都应具无论在常温或低温下使用，都应具无论在常温或低温下使用，都应具无论在常温或低温下使用，都应具有一致的韧性要求，有一致的韧性要求，有一致的韧性要求，有一致的韧性要求，以防止在各个使用环节上发生脆性断裂。以防止在各个使用环节上发生脆性断裂。以防止在各个使用环节上发生脆性断裂。以防止在各个使用环节上发生脆性断裂。因此，因此，因此，因此，按应力分析法进行设计的压力容器规范，如按应力分析法进行设计的压力容器规范，如按应力分析法进行设计的压力容器规范，如按应力分析法进行设计的压力容器规范，如ASME-2ASME-2ASME-2ASME-2，中国的，中国的，中国的，中国的JB4732JB4732JB4732JB4732都不划分低温与常温的温度界限都不划分低温与常温的温度界限都不划分低温与常温的温度界限都不划分低温与常温的温度界限。国家国家国家国家 美国美国美国美国 日本日本日本日本 德国德国德国德国 法国法国法国法国 英国英国英国英国 规范名称规范名称规范名称规范名称 ASME-1 ASME-1 ASME-1 ASME-1 JISB8270JISB8270JISB8270JISB8270ADADADAD规范规范规范规范非直接火受压设备设计规范非直接火受压设备设计规范非直接火受压设备设计规范非直接火受压设备设计规范 BS5500BS5500BS5500BS5500低温界线低温界线低温界线低温界线 30 30 30 30 10 10 10 10 10 10 10 10 20 20 20 20 0000 表表2 2 各国按常规设计钢制容器规范的低温界线各国按常规设计钢制容器规范的低温界线2023/8/151低温压力容器的低温界限低温压力容器的低温界限 1、按、按2024/7/222低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器 图图图图1 15L1 15L1 15L1 15L杜瓦容器杜瓦容器杜瓦容器杜瓦容器1 1 1 1盖盖盖盖2 2 2 2内颈管内颈管内颈管内颈管3 3 3 3内胆内胆内胆内胆4 4 4 4外壳外壳外壳外壳5 5 5 5拉手拉手拉手拉手6 6 6 6支承垫支承垫支承垫支承垫7 7 7 7铝壳铝壳铝壳铝壳8 8 8 8吸附剂吸附剂吸附剂吸附剂9 9 9 9弹簧弹簧弹簧弹簧10101010抽气管抽气管抽气管抽气管11111111抽气管护罩抽气管护罩抽气管护罩抽气管护罩2023/8/152低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 2024/7/223低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器 图图图图2 CF-1000002 CF-1000002 CF-1000002 CF-100000液氧储槽液氧储槽液氧储槽液氧储槽1 1 1 1、仪表箱；、仪表箱；、仪表箱；、仪表箱；2 2 2 2、液氧蒸发器；、液氧蒸发器；、液氧蒸发器；、液氧蒸发器；3 3 3 3、抽真空管；、抽真空管；、抽真空管；、抽真空管；4 4 4 4、盖板、盖板、盖板、盖板2023/8/153低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 2024/7/224低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器 图图3 WYN-1803 WYN-180型运输用低温容器型运输用低温容器1 1 1 1、真空封口；、真空封口；、真空封口；、真空封口；2 2 2 2、支承；、支承；、支承；、支承；3 3 3 3、输液管；、输液管；、输液管；、输液管；4 4 4 4、定点液位计；、定点液位计；、定点液位计；、定点液位计；5 5 5 5、引线管；、引线管；、引线管；、引线管；6 6 6 6、挡板；、挡板；、挡板；、挡板；7 7 7 7、外、外、外、外壳；壳；壳；壳；8 8 8 8、吸附剂；、吸附剂；、吸附剂；、吸附剂；9 9 9 9、安全阀；、安全阀；、安全阀；、安全阀；10101010、增压系统；、增压系统；、增压系统；、增压系统；11111111、压差液位计；、压差液位计；、压差液位计；、压差液位计；12121212、盖板；、盖板；、盖板；、盖板；13131313、仪表、仪表、仪表、仪表板、板、板、板、14141414、内胆；、内胆；、内胆；、内胆；15151515、增压管。、增压管。、增压管。、增压管。2023/8/154低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 2024/7/225低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器液氧、液氮和液氩压力容器 图图图图4 38M4 38M4 38M4 38M3 3 3 3铁路液氧槽车铁路液氧槽车铁路液氧槽车铁路液氧槽车1 1 1 1、外壳体；、外壳体；、外壳体；、外壳体；2 2 2 2、内容器；、内容器；、内容器；、内容器；3 3 3 3、吊杆；、吊杆；、吊杆；、吊杆；4 4 4 4、排液阀；、排液阀；、排液阀；、排液阀；5 5 5 5、排液管。、排液管。、排液管。、排液管。2023/8/155低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 2024/7/226低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 液氢和液氦压力容器液氢和液氦压力容器液氢和液氦压力容器液氢和液氦压力容器 图图图图5 5 5 5 液氮保护的液氢容器液氮保护的液氢容器液氮保护的液氢容器液氮保护的液氢容器1 1 1 1液氮注入和排除液氮注入和排除液氮注入和排除液氮注入和排除2 2 2 2液氢阀液氢阀液氢阀液氢阀3 3 3 3液氢注入和排除液氢注入和排除液氢注入和排除液氢注入和排除4 4 4 4辐射屏辐射屏辐射屏辐射屏5 5 5 5聚四氟乙烯缓冲块聚四氟乙烯缓冲块聚四氟乙烯缓冲块聚四氟乙烯缓冲块6 6 6 6叠片绝热支承叠片绝热支承叠片绝热支承叠片绝热支承7 7 7 7氮排气管氮排气管氮排气管氮排气管8 8 8 8氢排气管氢排气管氢排气管氢排气管9 9 9 9氢安全阀氢安全阀氢安全阀氢安全阀10101010氮安全阀氮安全阀氮安全阀氮安全阀2023/8/156低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 2024/7/227低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 液氢和液氦压力容器液氢和液氦压力容器液氢和液氦压力容器液氢和液氦压力容器 图图图图6 100L6 100L6 100L6 100L多屏绝热液氦容器多屏绝热液氦容器多屏绝热液氦容器多屏绝热液氦容器 1 1 1 1抽气铅管抽气铅管抽气铅管抽气铅管2 2 2 2铅管护罩铅管护罩铅管护罩铅管护罩3 3 3 3颈管颈管颈管颈管4 4 4 4铜翅片铜翅片铜翅片铜翅片5 5 5 5多层绝热多层绝热多层绝热多层绝热6 6 6 6外壳外壳外壳外壳7 7 7 7传导屏传导屏传导屏传导屏8 8 8 8内胆内胆内胆内胆9 9 9 9加强圈加强圈加强圈加强圈10101010支承短管支承短管支承短管支承短管11111111吸附腔吸附腔吸附腔吸附腔12121212吊钩吊钩吊钩吊钩13131313不锈钢丝绳不锈钢丝绳不锈钢丝绳不锈钢丝绳14141414底座底座底座底座2023/8/157低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 2024/7/228低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 液化天然气储存容器液化天然气储存容器液化天然气储存容器液化天然气储存容器 图图图图7 7 7 7 东京煤气公司东京煤气公司东京煤气公司东京煤气公司130000 M130000 M130000 M130000 M3 3 3 3地下液化天然气储罐地下液化天然气储罐地下液化天然气储罐地下液化天然气储罐 2023/8/158低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 2024/7/229低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 低温液体输送压力管道及设备低温液体输送压力管道及设备低温液体输送压力管道及设备低温液体输送压力管道及设备图图图图8 8 8 8 低温阀门低温阀门低温阀门低温阀门1 1 1 1、摆动杆；、摆动杆；、摆动杆；、摆动杆；2 2 2 2、可拆卸的罩；、可拆卸的罩；、可拆卸的罩；、可拆卸的罩；3 3 3 3、阀。、阀。、阀。、阀。2023/8/159低温压力容器和管道的典型结构低温压力容器和管道的典型结构 2024/7/2210低温压力容器的结构材料低温压力容器的结构材料 低温压力容器内胆常采用奥氏体不锈钢、铝合金、铜合金（低温压力容器内胆常采用奥氏体不锈钢、铝合金、铜合金（低温压力容器内胆常采用奥氏体不锈钢、铝合金、铜合金（低温压力容器内胆常采用奥氏体不锈钢、铝合金、铜合金（钛钛钛钛）；液）；液）；液）；液化天然气的内胆也可用化天然气的内胆也可用化天然气的内胆也可用化天然气的内胆也可用9%Ni9%Ni9%Ni9%Ni镍钢和镍钢和镍钢和镍钢和36%Ni36%Ni36%Ni36%Ni钢（钢（钢（钢（镍合金镍合金镍合金镍合金）；液氟容器内胆多）；液氟容器内胆多）；液氟容器内胆多）；液氟容器内胆多用蒙乃尔合金或不锈钢。低温压力容器外壳常用碳钢（如用蒙乃尔合金或不锈钢。低温压力容器外壳常用碳钢（如用蒙乃尔合金或不锈钢。低温压力容器外壳常用碳钢（如用蒙乃尔合金或不锈钢。低温压力容器外壳常用碳钢（如Q235 Q235 Q235 Q235、16MnR16MnR16MnR16MnR等）。内胆与外壳连接管道和构件常用奥氏体不锈钢、蒙乃尔合金。等）。内胆与外壳连接管道和构件常用奥氏体不锈钢、蒙乃尔合金。等）。内胆与外壳连接管道和构件常用奥氏体不锈钢、蒙乃尔合金。等）。内胆与外壳连接管道和构件常用奥氏体不锈钢、蒙乃尔合金。低温液体名称低温液体名称低温液体名称低温液体名称 化学符号化学符号化学符号化学符号 沸点（沸点（沸点（沸点（）采用的金属材料采用的金属材料采用的金属材料采用的金属材料容器结构容器结构容器结构容器结构 硫化氢硫化氢硫化氢硫化氢H H H H2 2 2 2S S S S60.360.360.360.33.5Ni3.5Ni3.5Ni3.5Ni钢钢钢钢06MnNb06MnNb06MnNb06MnNb钢钢钢钢 双壁双壁双壁双壁二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳COCOCOCO2 2 2 278.478.478.478.4乙炔乙炔乙炔乙炔C C C C2 2 2 2H H H H2 2 2 284.0284.0284.0284.02乙烷乙烷乙烷乙烷C C C C2 2 2 2H H H H6 6 6 688.6388.6388.6388.63乙烯乙烯乙烯乙烯C C C C2 2 2 2H H H H4 4 4 4103.71103.71103.71103.715.5Ni5.5Ni5.5Ni5.5Ni钢、钢、钢、钢、9Ni9Ni9Ni9Ni钢钢钢钢铝合金铝合金铝合金铝合金36%Ni36%Ni36%Ni36%Ni钢钢钢钢氪氪氪氪KrKrKrKr153.36153.36153.36153.36甲烷甲烷甲烷甲烷CHCHCHCH4 4 4 4161.45161.45161.45161.45氧氧氧氧O O O O2 2 2 2182.93182.93182.93182.939Ni9Ni9Ni9Ni钢、铜钢、铜钢、铜钢、铜铝合金铝合金铝合金铝合金0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti20Mn23Al20Mn23Al20Mn23Al20Mn23Al真空型绝热真空型绝热真空型绝热真空型绝热 氩氩氩氩r r r r185.86185.86185.86185.86氟氟氟氟F F F F2 2 2 2188.12188.12188.12188.12氮氮氮氮N N N N2 2 2 2195.8195.8195.8195.8氖氖氖氖NeNeNeNe246.06246.06246.06246.06铝合金、铜铝合金、铜铝合金、铜铝合金、铜铜、铜、铜、铜、0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti15Mn26Al415Mn26Al415Mn26Al415Mn26Al4真空型绝热真空型绝热真空型绝热真空型绝热重氢重氢重氢重氢D D D D2 2 2 2249.49249.49249.49249.49氢氢氢氢H H H H2 2 2 2252.77252.77252.77252.77氦氦氦氦HeHeHeHe268.93268.93268.93268.932023/8/1510低温压力容器的结构材料低温压力容器的结构材料 2024/7/2211 低温钢制压力容器（标准规范）低温钢制压力容器（标准规范）国内：国内：国内：国内：1 GB150-19981 GB150-19981 GB150-19981 GB150-1998钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器；2 2 2 2压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程；3 JB47323 JB47323 JB47323 JB4732钢制压力容器分析设计标准钢制压力容器分析设计标准钢制压力容器分析设计标准钢制压力容器分析设计标准。国外：国外：国外：国外：1 1 1 1 美国美国美国美国ASMEASMEASMEASME锅炉压力容器规范锅炉压力容器规范锅炉压力容器规范锅炉压力容器规范-1-1-1-1、-2-2-2-2；2 2 2 2 英英英英国国国国BS5500-1997BS5500-1997BS5500-1997BS5500-1997非非非非直直直直接接接接受受受受火火火火熔熔熔熔焊焊焊焊压压压压力力力力容容容容器器器器规规规规范范范范；3 3 3 3 德国德国德国德国ADADADAD压力容器规范压力容器规范压力容器规范压力容器规范；4 4 4 4 日本日本日本日本JISB8270-1993JISB8270-1993JISB8270-1993JISB8270-1993压力容器基础标准压力容器基础标准压力容器基础标准压力容器基础标准；5 5 5 5 日本日本日本日本JISB8240-1993JISB8240-1993JISB8240-1993JISB8240-1993制冷用压力容器结构制冷用压力容器结构制冷用压力容器结构制冷用压力容器结构；6 6 6 6 法国法国法国法国CODAP-1995CODAP-1995CODAP-1995CODAP-1995压力容器构造压力容器构造压力容器构造压力容器构造。2023/8/1511 低温钢制压力容器（标准规范）低温钢制压力容器（标准规范）2024/7/2212低温钢制压力容器（低温用钢）低温钢制压力容器（低温用钢）19191919世世世世纪纪纪纪末末末末以以以以来来来来，在在在在严严严严寒寒寒寒地地地地带带带带的的的的铁铁铁铁轨轨轨轨、桥桥桥桥梁梁梁梁和和和和结结结结构构构构件件件件曾曾曾曾发发发发生生生生一系列低温脆性断裂事故。一系列低温脆性断裂事故。一系列低温脆性断裂事故。一系列低温脆性断裂事故。钢钢钢钢的的的的冷冷冷冷脆脆脆脆是是是是压压压压力力力力容容容容器器器器材材材材料料料料脆脆脆脆化化化化最最最最重重重重要要要要的的的的类类类类型型型型。所所所所谓谓谓谓冷冷冷冷脆脆脆脆性性性性是是是是指指指指金金金金属属属属材材材材料料料料在在在在低低低低温温温温下下下下呈呈呈呈现现现现韧韧韧韧性性性性降降降降低低低低，脆脆脆脆性性性性增增增增大大大大的的的的现现现现象象象象。对对对对于于于于在在在在低低低低温温温温下下下下工工工工作作作作的的的的受受受受压压压压元元元元件件件件，考考考考虑虑虑虑钢钢钢钢材材材材冷冷冷冷脆脆脆脆性性性性是是是是选选选选用用用用钢钢钢钢材材材材的的的的基基基基本本本本要要要要求求求求。对对对对于于于于高高高高温温温温下下下下工工工工作作作作的的的的承承承承压压压压设设设设备备备备，虽虽虽虽然然然然在在在在运运运运行行行行状状状状态态态态下下下下塑塑塑塑性性性性良良良良好好好好，但但但但在在在在室室室室温温温温下下下下进进进进行行行行水水水水压压压压试试试试验验验验时时时时，仍仍仍仍有有有有可可可可能能能能发发发发生生生生脆脆脆脆性性性性破破破破坏坏坏坏，这这这这也也也也属属属属于于于于冷冷冷冷脆脆脆脆问问问问题题题题。本本本本世世世世纪纪纪纪纪纪纪纪40404040年年年年代代代代以以以以来来来来，许许许许多多多多压压压压力力力力容容容容器器器器、管管管管道道道道、化化化化工工工工设设设设备备备备及及及及大大大大型型型型结结结结构构构构等等等等焊焊焊焊接接接接结结结结构构构构，多多多多次次次次发发发发生生生生脆脆脆脆性性性性破破破破坏坏坏坏，造造造造成成成成了了了了巨巨巨巨大大大大的的的的损损损损失失失失。为为为为了了了了避避避避免免免免发发发发生生生生破破破破坏坏坏坏，在在在在水水水水压压压压试试试试验验验验时时时时规规规规定定定定了了了了不不不不同的最低温度值。同的最低温度值。同的最低温度值。同的最低温度值。当当当当温温温温度度度度逐逐逐逐渐渐渐渐降降降降低低低低时时时时，材材材材料料料料的的的的破破破破坏坏坏坏型型型型式式式式将将将将由由由由延延延延性性性性断断断断裂裂裂裂转转转转变变变变为为为为脆脆脆脆性性性性断断断断裂裂裂裂，其其其其转转转转变变变变点点点点的的的的温温温温度度度度称称称称为为为为韧韧韧韧脆脆脆脆转转转转变变变变温温温温度度度度。这这这这是是是是材材材材料料料料低低低低温韧性的重要指标。温韧性的重要指标。温韧性的重要指标。温韧性的重要指标。2023/8/1512低温钢制压力容器（低温用钢）低温钢制压力容器（低温用钢）2024/7/2213低温钢制压力容器低温钢制压力容器-影响低温韧性因素影响低温韧性因素 1 1 1 1、晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构因因因因素素素素：体体体体心心心心立立立立方方方方结结结结构构构构的的的的铁铁铁铁素素素素体体体体钢钢钢钢脆脆脆脆性性性性转转转转变变变变温温温温度度度度较较较较高高高高，脆脆脆脆性性性性断断断断裂裂裂裂倾倾倾倾向向向向较较较较大大大大；面面面面心心心心立立立立方方方方结结结结构构构构金金金金属属属属如如如如铜铜铜铜、铝铝铝铝、镍镍镍镍和和和和奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体钢钢钢钢则则则则没没没没有有有有这这这这种温度效应，即不产生低应力脆断。种温度效应，即不产生低应力脆断。种温度效应，即不产生低应力脆断。种温度效应，即不产生低应力脆断。2 2 2 2、化化化化学学学学成成成成分分分分的的的的影影影影响响响响：对对对对低低低低温温温温压压压压力力力力容容容容器器器器而而而而言言言言，增增增增加加加加含含含含碳碳碳碳量量量量将将将将增增增增大大大大材材材材料料料料的的的的脆脆脆脆性性性性，提提提提高高高高脆脆脆脆性性性性转转转转变变变变温温温温度度度度，低低低低温温温温用用用用钢钢钢钢含含含含碳碳碳碳量量量量不不不不超超超超过过过过0.2%0.2%0.2%0.2%。锰锰锰锰、镍镍镍镍改改改改善善善善钢钢钢钢材材材材低低低低温温温温韧韧韧韧性性性性，少少少少量量量量V V V V、TiTiTiTi、NbNbNbNb、AlAlAlAl弥弥弥弥散散散散析析析析出出出出碳碳碳碳化化化化物物物物和和和和氮氮氮氮化化化化物物物物，进进进进行行行行沉沉沉沉淀淀淀淀强化改善钢材低温韧性。强化改善钢材低温韧性。强化改善钢材低温韧性。强化改善钢材低温韧性。3 3 3 3、晶晶晶晶粒粒粒粒度度度度的的的的影影影影响响响响：晶晶晶晶粒粒粒粒尺尺尺尺寸寸寸寸是是是是影影影影响响响响钢钢钢钢低低低低应应应应力力力力脆脆脆脆断断断断重重重重要要要要因因因因素素素素。细细细细晶晶晶晶粒粒粒粒使金属有较高断裂强度，且使脆性转变温度降低。使金属有较高断裂强度，且使脆性转变温度降低。使金属有较高断裂强度，且使脆性转变温度降低。使金属有较高断裂强度，且使脆性转变温度降低。4 4 4 4、夹夹夹夹杂杂杂杂物物物物的的的的影影影影响响响响：磷磷磷磷易易易易产产产产生生生生晶晶晶晶界界界界偏偏偏偏析析析析，钢钢钢钢中中中中的的的的氧氧氧氧以以以以各各各各种种种种氧氧氧氧化化化化物物物物的的的的形形形形式在晶界析出，显著提高钢的脆性转变温度，导致低应力脆断。式在晶界析出，显著提高钢的脆性转变温度，导致低应力脆断。式在晶界析出，显著提高钢的脆性转变温度，导致低应力脆断。式在晶界析出，显著提高钢的脆性转变温度，导致低应力脆断。5 5 5 5、热热热热处处处处理理理理和和和和显显显显微微微微组组组组织织织织影影影影响响响响：对对对对钢钢钢钢的的的的低低低低应应应应力力力力脆脆脆脆断断断断有有有有很很很很大大大大影影影影响响响响。调调调调质质质质处处处处理理理理可可可可以以以以改改改改善善善善钢钢钢钢材材材材低低低低温温温温韧韧韧韧性性性性，但但但但回回回回火火火火温温温温度度度度不不不不应应应应过过过过高高高高；正正正正火火火火处处处处理理理理用用用用得得得得最最最最多多多多；退火处理组织粗大，一般不采用。退火处理组织粗大，一般不采用。退火处理组织粗大，一般不采用。退火处理组织粗大，一般不采用。6 6 6 6、冷冷冷冷变变变变形形形形的的的的影影影影响响响响：冷冷冷冷变变变变形形形形使使使使钢钢钢钢的的的的韧韧韧韧性性性性降降降降低低低低，应应应应变变变变时时时时效效效效使使使使低低低低温温温温韧韧韧韧性性性性恶恶恶恶化，脆性转变温度升高。化，脆性转变温度升高。化，脆性转变温度升高。化，脆性转变温度升高。7 7 7 7、应应应应力力力力状状状状态态态态的的的的影影影影响响响响：焊焊焊焊接接接接接接接接头头头头中中中中有有有有裂裂裂裂纹纹纹纹存存存存在在在在又又又又具具具具有有有有残残残残余余余余应应应应力力力力时时时时，低低低低应力脆断性质更为明显。应力脆断性质更为明显。应力脆断性质更为明显。应力脆断性质更为明显。2023/8/1513低温钢制压力容器低温钢制压力容器-影响低温韧性因素影响低温韧性因素 2024/7/2214低温压力容器用钢的韧性要求低温压力容器用钢的韧性要求 大大大大部部部部分分分分国国国国家家家家将将将将低低低低温温温温容容容容器器器器设设设设计计计计重重重重点点点点放放放放在在在在选选选选材材材材上上上上，并并并并在在在在制制制制造造造造、结结结结构构构构上上上上加加加加以以以以某某某某些些些些限限限限制制制制。早早早早期期期期的的的的ASMEASMEASMEASME规规规规范范范范，对对对对于于于于低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢及及及及某某某某些些些些低低低低合合合合金金金金钢钢钢钢制制制制成成成成的的的的容容容容器器器器，在在在在低低低低温温温温工工工工作作作作时时时时要要要要求求求求其其其其材料的夏比（材料的夏比（材料的夏比（材料的夏比（V V V V形缺口）冲击试验冲击功不小于形缺口）冲击试验冲击功不小于形缺口）冲击试验冲击功不小于形缺口）冲击试验冲击功不小于20J20J20J20J。该该该该规规规规定定定定是是是是建建建建立立立立在在在在大大大大量量量量的的的的破破破破坏坏坏坏事事事事故故故故及及及及其其其其材材材材料料料料试试试试验验验验基基基基础础础础上上上上的的的的，对对对对当当当当时时时时规规规规范范范范所所所所推推推推荐荐荐荐钢钢钢钢板板板板的的的的大大大大量量量量夏夏夏夏比比比比（V V V V形形形形缺缺缺缺口口口口）冲冲冲冲击击击击试试试试验验验验结结结结构构构构中中中中，发发发发现现现现起起起起裂裂裂裂型型型型钢钢钢钢板板板板的的的的最最最最大大大大冲冲冲冲击击击击功功功功约约约约为为为为14J14J14J14J，传传传传裂裂裂裂型型型型钢钢钢钢板板板板最最最最大大大大冲冲冲冲击击击击功功功功不不不不超超超超过过过过18J18J18J18J，大大大大于于于于27J27J27J27J的的的的均均均均属属属属于于于于止止止止裂裂裂裂型型型型。基基基基于于于于当当当当时时时时的的的的研研研研究究究究结结结结果果果果，将将将将V V V V形形形形缺缺缺缺口口口口）冲冲冲冲击击击击试试试试验验验验冲冲冲冲击击击击功功功功A A A AKVKVKVKV=20J=20J=20J=20J作作作作为为为为材材材材料料料料在在在在其其其其最最最最低低低低使使使使用用用用温温温温度度度度下下下下的的的的韧韧韧韧性性性性考考考考核核核核指指指指标标标标。到到到到了了了了1953195319531953年年年年，由由由由于于于于使使使使用用用用了了了了较较较较高高高高强强强强度度度度的的的的钢钢钢钢种种种种，其其其其临临临临界界界界转转转转变变变变温温温温度度度度基基基基点点点点转转转转移移移移到到到到A A A AKVKVKVKV冲冲冲冲击击击击功功功功曲曲曲曲线线线线的的的的较较较较高高高高位位位位置置置置上上上上去去去去了了了了，20J20J20J20J的的的的A A A AKVKVKVKV冲冲冲冲击击击击功功功功指指指指标标标标并并并并不不不不能能能能避避避避免免免免脆脆脆脆断断断断的的的的发发发发生生生生。因因因因而而而而对对对对高高高高强强强强度度度度钢钢钢钢而而而而言言言言，不不不不同同同同的的的的钢钢钢钢种种种种应应应应分分分分别别别别对对对对指指指指标标标标进进进进行行行行校校校校正正正正（或或或或附附附附加加加加侧侧侧侧向向向向膨膨膨膨胀胀胀胀量量量量0.38mm)0.38mm)0.38mm)0.38mm)。目目目目前前前前国国国国外外外外容容容容器器器器规规规规范范范范采采采采用用用用20J20J20J20J作作作作为为为为低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢在在在在最最最最低低低低工工工工作作作作温温温温度度度度或或或或设设设设计计计计温温温温度度度度下下下下钢钢钢钢材材材材缺缺缺缺口口口口韧韧韧韧性性性性唯唯唯唯一一一一判判判判据据据据的的的的有有有有：美美美美国国国国ASME ASME ASME ASME-1-1-1-1及及及及-2-2-2-2，法法法法国国国国规规规规范范范范等等等等。ADADADAD规规规规范范范范W10W10W10W10采采采采用用用用DVMDVMDVMDVM试试试试样样样样的的的的冲冲冲冲击击击击功功功功作作作作为为为为判判判判据据据据，即即即即在在在在设设设设计计计计温温温温度度度度下下下下的的的的DVMDVMDVMDVM试试试试样样样样冲冲冲冲击击击击功功功功韧韧韧韧性性性性为为为为横横横横向向向向35J/cm35J/cm35J/cm35J/cm2 2 2 2，此此此此值值值值相相相相当当当当于于于于采采采采用用用用V V V V形形形形缺缺缺缺口口口口夏夏夏夏比比比比试试试试样样样样，在在在在设设设设计计计计温温温温度度度度提提提提高高高高10101010的的的的试试试试验验验验温温温温度度度度下下下下达达达达到到到到纵纵纵纵向向向向27J27J27J27J。一一一一般认为在采用相同试样型式的前提下，纵横向的冲击功之比大约为般认为在采用相同试样型式的前提下，纵横向的冲击功之比大约为般认为在采用相同试样型式的前提下，纵横向的冲击功之比大约为般认为在采用相同试样型式的前提下，纵横向的冲击功之比大约为10.710.710.710.7。GB150GB150GB150GB150参参参参考考考考采采采采用用用用了了了了ASME ASME ASME ASME-1-1-1-1的的的的有有有有关关关关规规规规定定定定，以以以以20J20J20J20J作作作作为为为为低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢强强强强度度度度级级级级别别别别的的的的钢钢钢钢材材材材的的的的验验验验收收收收判判判判据据据据。对对对对钢钢钢钢板板板板来来来来讲讲讲讲国国国国内内内内要要要要求求求求横横横横向向向向取取取取样样样样，其其其其冲冲冲冲击击击击功功功功要要要要求求求求并并并并不不不不低低低低于于于于国国国国外外外外规规规规则则则则对对对对钢钢钢钢材的韧性要求。材的韧性要求。材的韧性要求。材的韧性要求。2023/8/1514低温压力容器用钢的韧性要求低温压力容器用钢的韧性要求 2024/7/2215钢材低温韧性的评定方法钢材低温韧性的评定方法 自自自自40404040年年年年代代代代钢钢钢钢结结结结构构构构的的的的脆脆脆脆性性性性断断断断裂裂裂裂引引引引起起起起人人人人们们们们重重重重视视视视以以以以来来来来，各各各各国国国国对对对对钢钢钢钢材材材材低低低低温温温温韧韧韧韧性性性性的的的的评评评评定定定定方方方方法法法法以以以以及及及及评评评评定定定定指指指指标标标标进进进进行行行行了了了了广广广广泛泛泛泛的的的的研研研研究究究究及及及及试试试试验验验验。其其其其中中中中与与与与压压压压力力力力容容容容器器器器关关关关系系系系较较较较为为为为密密密密切切切切的的的的试试试试验验验验方方方方法法法法有有有有下下下下列列列列几几几几种种种种：低低低低温温温温冲冲冲冲击击击击韧韧韧韧性性性性试试试试验验验验（V V V V形形形形缺缺缺缺口口口口、U U U U形形形形缺缺缺缺口口口口、DVMDVMDVMDVM试试试试样样样样）；落落落落锤锤锤锤试试试试验验验验；全全全全厚厚厚厚度度度度的的的的大大大大型型型型试试试试验验验验（宽宽宽宽板板板板试试试试验验验验、双双双双重重重重拉拉拉拉伸伸伸伸试试试试验验验验、ESSOESSOESSOESSO试试试试验验验验）；断断断断裂裂裂裂力力力力学学学学试试试试验验验验（平平平平面面面面应应应应变变变变断断断断裂裂裂裂韧韧韧韧性性性性K K K KICICICIC及及及及裂裂裂裂纹纹纹纹尖尖尖尖端端端端张张张张开开开开位位位位移移移移CODCODCODCOD法）法）法）法）。其其其其中中中中以以以以低低低低温温温温夏夏夏夏比比比比（V V V V形形形形缺缺缺缺口口口口）冲冲冲冲击击击击试试试试验验验验应应应应用用用用最最最最为为为为广广广广泛泛泛泛，低低低低温温温温压压压压力力力力容容容容器器器器用用用用钢钢钢钢的的的的冲冲冲冲击击击击试试试试验验验验温温温温度度度度应应应应低低低低于于于于或或或或等等等等于于于于壳壳壳壳体体体体或或或或主主主主要要要要受受受受压压压压元元元元件件件件的的的的最最最最低低低低设设设设计计计计温温温温度度度度。并并并并以以以以在在在在冲冲冲冲击击击击试试试试验验验验中中中中对对对对应应应应的的的的一一一一定定定定的的的的吸吸吸吸收收收收功功功功A A A AKVKVKVKV（J J J J）或或或或一一一一定定定定的的的的断断断断口口口口纤纤纤纤维维维维百百百百分分分分率率率率的的的的温度，即脆性转变温度来评定材料的低温韧性。温度，即脆性转变温度来评定材料的低温韧性。温度，即脆性转变温度来评定材料的低温韧性。温度，即脆性转变温度来评定材料的低温韧性。1 1 1 1、美美美美国国国国ASMEASMEASMEASME规规规规范范范范-1-1-1-1、-2-2-2-2；日日日日本本本本JIS8243JIS8243JIS8243JIS8243；德德德德国国国国ADADADAD压压压压力力力力容容容容器器器器规规规规范范范范；法国；法国；法国；法国CODAP-1995CODAP-1995CODAP-1995CODAP-1995压力容器构造压力容器构造压力容器构造压力容器构造以（以（以（以（V V V V形缺口）冲击试验为依据。形缺口）冲击试验为依据。形缺口）冲击试验为依据。形缺口）冲击试验为依据。2 2 2 2、英英英英国国国国BS5500-1997BS5500-1997BS5500-1997BS5500-1997非非非非直直直直接接接接受受受受火火火火熔熔熔熔焊焊焊焊压压压压力力力力容容容容器器器器规规规规范范范范以以以以宽宽宽宽板板板板试试试试验验验验为为为为基础基础基础基础，以（以（以（以（V V V V形缺口）冲击试验为工程评定方法形缺口）冲击试验为工程评定方法形缺口）冲击试验为工程评定方法形缺口）冲击试验为工程评定方法；3 3 3 3、日日日日本本本本WES3003WES3003WES3003WES3003低低低低温温温温结结结结构构构构用用用用钢钢钢钢板板板板评评评评定定定定基基基基准准准准及及及及JISB8250JISB8250JISB8250JISB8250压压压压力力力力容容容容器器器器构构构构造造造造-另另另另一一一一标标标标准准准准以以以以温温温温度度度度梯梯梯梯度度度度型型型型双双双双重重重重拉拉拉拉伸伸伸伸试试试试验验验验，以以以以ESSOESSOESSOESSO试试试试验验验验为为为为基基基基础础础础，以以以以缺缺缺缺口冲击试验作为工程评定方法口冲击试验作为工程评定方法口冲击试验作为工程评定方法口冲击试验作为工程评定方法。4 4 4 4、美美美美国国国国ASMEASMEASMEASME规规规规范范范范核核核核动动动动力力力力装装装装置置置置设设设设备备备备是是是是国国国国外外外外唯唯唯唯一一一一的的的的以以以以断断断断裂裂裂裂力力力力学学学学理理理理论论论论为基础为基础为基础为基础的规范，采用缺口冲击试验及落锤试验作为工程的评定方法。的规范，采用缺口冲击试验及落锤试验作为工程的评定方法。的规范，采用缺口冲击试验及落锤试验作为工程的评定方法。的规范，采用缺口冲击试验及落锤试验作为工程的评定方法。2023/8/1515钢材低温韧性的评定方法钢材低温韧性的评定方法 自自42024/7/2216低温压力容器用钢板和锻件低温压力容器用钢板和锻件 一、国内、外常用的一、国内、外常用的一、国内、外常用的一、国内、外常用的低温用钢主要采用低温镇静钢和镍系低温钢低温用钢主要采用低温镇静钢和镍系低温钢低温用钢主要采用低温镇静钢和镍系低温钢低温用钢主要采用低温镇静钢和镍系低温钢 1 1 1 1、低温镇静钢：、低温镇静钢：、低温镇静钢：、低温镇静钢：16MnDR16MnDR16MnDR16MnDR、09Mn2VDR09Mn2VDR09Mn2VDR09Mn2VDR、09MnTiCuRe09MnTiCuRe09MnTiCuRe09MnTiCuRe、06MnVAl06MnVAl06MnVAl06MnVAl、06AlNbCuN06AlNbCuN06AlNbCuN06AlNbCuN 2 2 2 2、镍系低温钢、镍系低温钢、镍系低温钢、镍系低温钢 0.50.50.50.52.25%Ni 2.25%Ni 2.25%Ni 2.25%Ni（-70-70-70-70）3.5%Ni3.5%Ni3.5%Ni3.5%Ni（-101-101-101-101）5%Ni 5%Ni 5%Ni 5%Ni（120120120120 170 170 170 170）9%Ni9%Ni9%Ni9%Ni广泛用于液氧储罐广泛用于液氧储罐广泛用于液氧储罐广泛用于液氧储罐,强度高强度高强度高强度高,具有良好的低温韧性。具有良好的低温韧性。具有良好的低温韧性。具有良好的低温韧性。（-196-196-196-196）（）（）（）（2.5Ni2.5Ni2.5Ni2.5Ni(-60(-60(-60(-60，A A A AKVKVKVKV47J)47J)47J)47J)；3.5Ni(-1003.5Ni(-1003.5Ni(-1003.5Ni(-100，A A A AKVKVKVKV47J)47J)47J)47J)；9Ni(-1709Ni(-1709Ni(-1709Ni(-170，A A A AKVKVKVKV47J)47J)47J)47J)；15Mn26A1415Mn26A1415Mn26A1415Mn26A14(-253(-253(-253(-253，A A A AKVKVKVKV47J)47J)47J)47J)；3 3 3 3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9(-1961Cr18Ni9(-1961Cr18Ni9(-1961Cr18Ni9(-196（A A A AKVKVKVKV47J)47J)47J)47J)）700 700 700 700 ）二、二、二、二、低温压力容器用钢板低温压力容器用钢板低温压力容器用钢板低温压力容器用钢板（GB150GB150GB150GB150钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器、GB3531GB3531GB3531GB3531低温用低温用低温用低温用压力容器钢板压力容器钢板压力容器钢板压力容器钢板。16MnDR(-4016MnDR(-4016MnDR(-4016MnDR(-40，A A A AKVKVKVKV24J)24J)24J)24J)；15MnNiDR(-4515MnNiDR(-4515MnNiDR(-4515MnNiDR(-45，A A A AKVKVKVKV27J)27J)27J)27J)；09Mn2VDR(-4009Mn2VDR(-4009Mn2VDR(-4009Mn2VDR(-40，A A A AKVKVKVKV27J)27J)27J)27J)；09MnNiDR(-4009MnNiDR(-4009MnNiDR(-4009MnNiDR(-40，A A A AKVKVKVKV27J)27J)27J)27J)；07MnNiCrMoVDR07MnNiCrMoVDR07MnNiCrMoVDR07MnNiCrMoVDR(-40(-40(-40(-40，A A A AKVKVKVKV47J)47J)47J)47J)。三、三、三、三、低温压力容器用钢锻件低温压力容器用钢锻件低温压力容器用钢锻件低温压力容器用钢锻件 09Mn2VD(-5009Mn2VD(-5009Mn2VD(-5009Mn2VD(-50，A A A AKVKVKVKV27J)27J)27J)27J)；20MnMoD(-3020MnMoD(-3020MnMoD(-3020MnMoD(-30，A A A AKVKVKVKV27J)27J)27J)27J)；08MnNiMoVD08MnNiMoVD08MnNiMoVD08MnNiMoVD (-40(-40(-40(-40，A A A AKVKVKVKV47J)47J)47J)47J)；10Ni3MoD(-5010Ni3MoD(-5010Ni3MoD(-5010Ni3MoD(-50，A A A AKVKVKVKV47J)47J)47J)47J)；16MnD(-4016MnD(-4016MnD(-4016MnD(-40，A A A AKVKVKVKV20J)20J)20J)20J)；09MnNiD(-7009MnNiD(-7009MnNiD(-7009MnNiD(-70，A A A AKVKVKVKV27J)27J)27J)27J)。2023/8/1516低温压力容器用钢板和锻件低温压力容器用钢板和锻件 2024/7/2217防止低应力脆断的设计原则防止低应力脆断的设计原则 目目目目前前前前所所所所有有有有的的的的容容容容器器器器规规规规范范范范对对对对低低低低温温温温压压压压力力力力容容容容器器器器的的的的设设设设计计计计，是是是是根根根根据据据据室室室室温温温温抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度或或或或屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度所所所所决决决决定定定定的的的的许许许许用用用用应应应应力力力力进进进进行行行行设设设设计计计计。该该该该方方方方法法法法能能能能有有有有效效效效地地地地防防防防止止止止发发发发生生生生大大大大塑塑塑塑性变形的破坏。如何确定需要的韧性水平，应根据采用何种原则决定。性变形的破坏。如何确定需要的韧性水平，应根据采用何种原则决定。性变形的破坏。如何确定需要的韧性水平，应根据采用何种原则决定。性变形的破坏。如何确定需要的韧性水平，应根据采用何种原则决定。第第第第一一一一种种种种原原原原则则则则：允允允允许许许许存存存存在在在在一一一一定定定定的的的的缺缺缺缺陷陷陷陷，但但但但应应应应能能能能防防防防止止止止开开开开裂裂裂裂。在在在在焊焊焊焊接接接接部部部部位位位位一一一一般般般般来来来来说说说说存存存存在在在在缺缺缺缺陷陷陷陷较较较较多多多多且且且且韧韧韧韧性性性性较较较较差差差差。而而而而断断断断裂裂裂裂总总总总是是是是从从从从缺缺缺缺陷陷陷陷和和和和韧韧韧韧性性性性较较较较差差差差的的的的地地地地方方方方开开开开始始始始的的的的。因因因因此此此此采采采采用用用用这这这这一一一一原原原原则则则则时时时时必必必必须须须须测测测测定定定定热热热热影影影影响响响响区区区区和和和和熔熔熔熔合合合合线线线线的的的的性性性性能能能能。要要要要求韧性最差的地方能承受外载荷所产生的应变。求韧性最差的地方能承受外载荷所产生的应变。求韧性最差的地方能承受外载荷所产生的应变。求韧性最差的地方能承受外载荷所产生的应变。第第第第二二二二种种种种原原原原则则则则：允允允允许许许许有有有有缺缺缺缺陷陷陷陷存存存存在在在在并并并并有有有有可可可可能能能能自自自自韧韧韧韧性性性性较较较较差差差差的的的的焊焊焊焊接接接接区区区区开开开开裂裂裂裂，主主主主要要要要靠靠靠靠母母母母材材材材来来来来防防防防止止止止裂裂裂裂纹纹纹纹扩扩扩扩展展展展而而而而避避避避免免免免产产产产生生生生断断断断裂裂裂裂事事事事故故故故。由由由由于于于于焊焊焊焊接接接接接接接接头头头头金金金金属属属属、熔熔熔熔合合合合线线线线和和和和热热热热影影影影响响响响区区区区的的的的韧韧韧韧性性性性较较较较母母母母材材材材差差差差，所所所所以以以以裂裂裂裂纹纹纹纹往往往往往往往往沿沿沿沿着着着着焊焊焊焊接接接接接接接接头头头头区区区区而而而而扩扩扩扩展，因而用这种方法来防止脆断并不可靠。展，因而用这种方法来防止脆断并不可靠。展，因而用这种方法来防止脆断并不可靠。展，因而用这种方法来防止脆断并不可靠。第第第第三三三三种种种种原原原原则则则则：允允允允许许许许自自自自缺缺缺缺陷陷陷陷处处处处发发发发生生生生开开开开裂裂裂裂，而而而而容容容容器器器器的的的的各各各各个个个个部部部部位位位位均均均均能能能能止止止止裂裂裂裂。它它它它存存存存在在在在二二二二个个个个缺缺缺缺点点点点。、采采采采用用用用这这这这种种种种防防防防止止止止脆脆脆脆断断断断方方方方法法法法时时时时要要要要选选选选用用用用韧韧韧韧性性性性非非非非常常常常好好好好的的的的材材材材料料料料，这这这这意意意意味味味味着着着着材材材材料料料料成成成成本本本本费费费费非非非非常常常常高高高高昂昂昂昂；、作作作作为为为为一一一一个个个个绝绝绝绝对对对对安安安安全全全全准准准准则则则则的的的的有有有有效效效效性性性性是是是是和和和和结结结结构构构构类类类类型型型型有有有有关关关关的的的的。对对对对带带带带缺缺缺缺陷陷陷陷容容容容器器器器的的的的爆爆爆爆破破破破试试试试验验验验结结结结果果果果表表表表明明明明，在在在在完完完完全全全全液液液液压压压压状状状状态态态态下下下下止止止止裂裂裂裂较较较较容容容容易易易易，在在在在气气气气压压压压或或或或带带带带有有有有部部部部分分分分气气气气体体体体的的的的液液液液压压压压情情情情况况况况下下下下，由由由由于于于于系系系系统统统统中中中中储储储储藏藏藏藏的的的的能能能能量量量量较较较较大大大大，止止止止裂裂裂裂较较较较困困困困难难难难或或或或须须须须设设设设计计计计专专专专门门门门的的的的止止止止裂裂裂裂结结结结构构构构。而而而而对对对对于于于于石石石石油油油油化化化化工工工工及及及及制制制制冷冷冷冷空空空空分分分分行行行行业业业业的的的的低低低低温温温温压压压压力力力力容容容容器器器器来来来来说说说说，其其其其内内内内部部部部介介介介质质质质往往往往往往往往是是是是气气气气相相相相、气气气气液二相，因此不能用止裂原则来防止低温脆断。液二相，因此不能用止裂原则来防止低温脆断。液二相，因此不能用止裂原则来防止低温脆断。液二相，因此不能用止裂原则来防止低温脆断。由由由由此此此此可可可可见见见见，对对对对于于于于低低低低温温温温压压压压力力力力容容容容器器器器最最最最适适适适当当当当的的的的防防防防止止止止脆脆脆脆断断断断的的的的办办办办法法法法是是是是第第第第一一一一种种种种原原原原则即防止开裂原则。目前世界各国的压力容器规范都采用这一原则。则即防止开裂原则。目前世界各国的压力容器规范都采用这一原则。则即防止开裂原则。目前世界各国的压力容器规范都采用这一原则。则即防止开裂原则。目前世界各国的压力容器规范都采用这一原则。2023/8/1517防止低应力脆断的设计原则防止低应力脆断的设计原则