低溫壓力容器設(shè)計(jì)原則

　　低溫壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總的指導(dǎo)思想是有足夠的柔性，盡可能地限制峰值應(yīng)力及各種可能引起的局部應(yīng)力，為此黑龍江壓力容器廠家建議要充分考慮以下問題。

　　1：結(jié)構(gòu)盡可能簡單，減少焊接件的拘束程度。

　　2：避免產(chǎn)生過大的溫度梯度。

　　3：避免結(jié)構(gòu)形狀的突然變化，以減少局部高應(yīng)力；接管端部應(yīng)打磨成圓角，圓滑過渡。

　　4：附件的連接焊縫不應(yīng)使用小連續(xù)焊或點(diǎn)焊焊接接頭。

　　5：容器的鞍座、耳座、支腿（球罐除外）或裙座宜設(shè)置墊板，不得直接焊在殼體上。墊板或連接板按低溫用材考慮。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則舉例如下：

　　各幾何形狀不連續(xù)的連接元件之間應(yīng)有足夠大的過渡圓弧半徑；

　　厚薄不一致的連接件之間應(yīng)有足夠斜度的削薄過渡；

　　盡可能將結(jié)構(gòu)做成靜定結(jié)構(gòu)，使各構(gòu)件在外載荷作用下可以自由變形，不受約束；

　　各支座和容器受壓元件的接觸處應(yīng)設(shè)置墊板，使局部載荷盡可能均勻地作用在各受壓元件；

　　在加熱或冷卻物料的進(jìn)出口處，應(yīng)使流體和受壓元件均勻接觸，避免產(chǎn)生較大的溫度差；

　　在可能條件下，優(yōu)先采用厚壁管補(bǔ)強(qiáng)或整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)而盡量少用補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)；

　　圓筒或封頭上的開孔盡可能沿徑向，避免出現(xiàn)非徑向接管；

　　盡可能采用整體法蘭；

　　避免采用螺紋法蘭；

　　各類焊接接頭盡可能采用全熔透結(jié)構(gòu)。

　　壓力容器失效模式有哪些？

　　壓力容器的失效是損傷積累到一定程度，容器的強(qiáng)度、剛度或功能不能滿足使用要求的狀態(tài)。那么損傷是怎么產(chǎn)生的呢？其實(shí)損傷是一個(gè)過程，容器在外部機(jī)械力、介質(zhì)環(huán)境、熱作用等單獨(dú)或共同作用下，材料性能下降、結(jié)構(gòu)不連續(xù)或承載能力下降，這便是損傷。發(fā)生損傷后不一定失效，而發(fā)生失效則一定存在損傷。

　　失效模式是壓力容器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)方法（準(zhǔn)則）必須針對失效模式，壓力容器設(shè)計(jì)的步驟就應(yīng)該是確定容器有可能發(fā)生的失效模式；對于第III類壓力容器，設(shè)計(jì)時(shí)還要求出具包括主要失效模式、風(fēng)險(xiǎn)控制等內(nèi)容的風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告。另外對壓力容器檢驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)，也是建立在失效模式的基礎(chǔ)上。

　　2 ISO 16528關(guān)于失效模式的分類

　　正在制定的壓力容器國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 16528 Boilers and pressure vessels綜合世界主要工業(yè)國家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，針對鍋爐和壓力容器常見的失效形式，在標(biāo)準(zhǔn)中將失效模式歸納為三大類、14種，明確了針對失效模式的設(shè)計(jì)理念。

　　2.1一大類：短期失效模式

　　1）脆性斷裂

　　容器沒有明顯的塑性變形，且器壁中的應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的強(qiáng)度極限

　　甚至低于材料的屈服極限而發(fā)生的斷裂。脆性斷裂的主要原因在于材料的脆化（材料選擇不當(dāng)、材料加工工藝不當(dāng)、應(yīng)變時(shí)效、運(yùn)行環(huán)境惡劣）和材料本身的缺陷。

　　2）韌性斷裂

　　在壓力等荷載作用下，產(chǎn)生的應(yīng)力值達(dá)到或接近器壁材料的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂。通常碳鋼壓力容器的韌性斷裂的主要原因是壁厚過?。ㄔO(shè)計(jì)壁厚不足和厚度因腐蝕而變?。?、內(nèi)壓過高或選材不當(dāng)、安裝不符合安全要求。

　　3）超量變形引起的接頭泄漏

　　容器的各種接口密封面失效或脹接管口松動(dòng)發(fā)生泄漏而引起的失效，泄漏介質(zhì)可能引起燃燒、爆炸和中毒事故，并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

　　4）超量局部應(yīng)變引起的裂紋形成或韌性斷裂

　　5）彈性、塑性或彈塑性失穩(wěn)（垮塌）

　　在壓應(yīng)力作用下，壓力容器突然失去其原有的規(guī)則幾何形狀引起的失效稱為失穩(wěn)失效。容器彈性失穩(wěn)的一個(gè)重要特征是彈性撓度與載荷不成比例，且臨界壓力與材料的強(qiáng)度無關(guān)，主要取決于容器的尺寸和材料的彈性性質(zhì)，但當(dāng)容器中的應(yīng)力水平超過材料的屈服點(diǎn)而發(fā)生非彈性失穩(wěn)時(shí)，臨界壓力還與材料的強(qiáng)度有關(guān)。