低溫絕熱容器檢驗

低溫絕熱容器檢驗第一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

前言低溫絕熱容器的應用目前低溫技術已在氣體液化和分離、食品冷凍、超導技術、材料處理、材料回收、航天技術、臨床醫(yī)療、生命細胞的保存等領域得到了廣泛應用，超導材料被冷卻到液氮溫度(78K，相當于-196~C)時，就從正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)。第二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六材料的低溫性能在溫度降低時，無明顯塑性變形而產生脆性斷裂的現象，稱為“冷脆”。隨溫度下降，金屬材料的塑性明顯下降的溫度，稱為金屬材料的脆性轉變溫度。晶格為體心立方的金屬隨著溫度下降，會有脆性斷裂的傾向如：碳鋼、鉬、鈮等，晶格為面心立方結構的金屬在這種情況下則不變脆，如：銅、鎳、鋁及高鎳奧氏體鋼等，一些晶格為密排六方的金屬在低溫下可能變脆如：鋅，盡管鋯和鈦在這種狀態(tài)下仍保持一定的延展性。第三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六低溫鋼容器-影響低溫韌性因素

晶體結構因素：體心立方結構的鐵素體鋼脆性轉變溫度較高，脆性斷裂傾向較大；金屬隨著溫度下降，會有脆性斷裂的傾向如：碳鋼、鉬、鈮等，晶格為面心立方結構的金屬在這種情況下則沒有這種溫度效應，即不產生低應力脆斷。如：銅、鎳、鋁及高鎳奧氏體鋼等

第四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六一些晶格為密排六方的金屬在低溫下可能變脆如：鋅，盡管鋯和鈦在這種狀態(tài)下仍保持一定的延展性。第五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六化學成分的影響：對低溫壓力容器而言，增加含碳量將增大材料的脆性，提高脆性轉變溫度，低溫用鋼含碳量不超過0.2%。錳、鎳改善鋼材低溫韌性，少量V、Ti、Nb、Al彌散析出碳化物和氮化物，進行沉淀強化改善鋼材低溫韌性。第六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六晶粒度的影響

晶粒尺寸是影響鋼低應力脆斷重要因素。細晶粒使金屬有較高斷裂強度，且使脆性轉變溫度降低。

第七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六夾雜物的影響

磷易產生晶界偏析，鋼中的氧以各種氧化物的形式在晶界析出，顯著提高鋼的脆性轉變溫度，導致低應力脆斷。

第八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六熱處理和顯微組織影響

對鋼的低應力脆斷有很大影響。調質處理可以改善鋼材低溫韌性，但回火溫度不應過高；正火處理用得最多；退火處理組織粗大，一般不采用。

第九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六冷變形的影響

冷變形使鋼的韌性降低，應變時效使低溫韌性惡化，脆性轉變溫度升高。

第十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六應力狀態(tài)的影響

焊接接頭中有裂紋存在又具有殘余應力時，低應力脆斷性質更為明顯。

第十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六體心立方晶體模型圖第十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六面心立方晶體

第十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六氣體液化氮氣，沸點-195.8℃，臨界溫度-147.05℃，臨界壓力3.39Mpa

(33.5大氣壓)，蒸發(fā)潛熱161.19千焦耳／公斤，為無色透明、無味、無毒之低粘度的透明液體，不導熱導電，不自燃助燃，化學性質穩(wěn)定，不與任何物質起化合作用。

1單位體積的液氮可產生約650倍體積的氮氣，氮氣是空氣的主要組成部分，在空氣中的含量高達78％(體積)，液態(tài)氧（其沸點為-182℃）。氬氣沸點-186.5℃87.5K（1atm）第十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六低溫設備深度低溫設備均為成套的設備，一般由原料氣的過濾器、清洗塔、壓縮機、冷卻器、換熱器、凈化設備、膨脹機、液化器、深低溫精餾塔和產品的輸送、貯存設備、低溫產品運輸設備以及為運轉服務的儀表和電器控制器、停車加溫系統(tǒng)等設備組成。第十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六熱量的傳遞低溫介質與環(huán)境存在非常大的溫差，就有熱傳遞現象，熱傳遞途徑不妨有三種方式：傳導、對流和輻射。傳導熱從物體溫度較高的部分沿著物體傳到溫度較低的部分，叫做傳導。對流靠液體或氣體的流動來傳熱的方式叫做對流。輻射熱由物體沿直線向外射出，叫做輻射。第十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

低溫絕熱容器在使用過程中，夾套與內膽間熱傳遞的方式有：熱傳導和熱輻射兩種，要保持介質的低溫狀態(tài)，我們就要阻止熱量的傳遞，解決方法：夾套內抽真空可以解決熱傳導，使之失去熱傳導橋梁，或者填充以熱傳導系數低的介質來降低熱量的傳遞，第十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

第二個要解決的是熱輻射問題，高溫物體和低溫物體間存在熱輻射，他不需要任何介質的幫助。舉例：（略），所以，我們在夾套內填入隔斷輻射的介質，珠光砂?；蛘叻垂饽さ取５谑隧?，共六十七頁，編輯于2023年，星期六真空技術當容器內沒有壓力即絕對壓力等于零時,叫做完全真空;其余叫做不完全真空。真空狀態(tài)下由于氣體稀薄，單位體積內的氣體分子數，即氣體的分子密度小于大氣壓力的氣體分子密度。因此，分子之間、分子與其他質點（如電子、離子等）之間以及分子與各種表面（如器壁）之間相互碰撞次數相對減少，使氣體的分子自由程增大。第十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六低溫絕熱容器的結構1、真空封口；2、支承；3、輸液管；4、定點液位計；5、引線管；6、擋板；7、外殼；8、吸附劑；9、安全閥；10、增壓系統(tǒng)；11、壓差液位計；12、蓋板；13、儀表板、14、內膽；15、增壓管。第二十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六低溫絕熱容器的結構第二十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六低溫絕熱容器常見失效形式低溫液化氣體吸熱后就會汽化，使罐內的壓力上升，為了維持其工作壓力，就必須將氣體泄放或利用制冷機對其降溫，真空絕熱低溫液化氣體貯罐是利用泄放氣體來維持其壓力的。泄放氣體有2個途徑，一是在正常的工作狀態(tài)下氣體被不斷放出使用，如使用單位的低溫液體貯罐；第二十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

二是通過安全泄放系統(tǒng)的排放，如低溫液體槽車在運輸過程中的安全泄放。因此真空絕熱低溫液化氣體貯罐的工作狀態(tài)是一種熱平衡狀態(tài)，是以泄放氣體維持的，顯然貯罐的保溫性能越好或工作壓力允許上升的空間越大，所需泄放的氣體越少。經檢驗發(fā)現：在使用過程中，低溫液化氣體貯罐發(fā)生的主要問題是夾套的保溫問題，保溫問題大致可分為2個方面，第二十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

一方面為由于各種原因造成內膽或外殼的泄漏使夾套的真空度減?。涣硪环矫鏋橹楣馍胺艢庠斐烧婵斩葴p小或朱光砂下沉使容器頂部形成空間而使該處絕熱性能降低。以上都會使夾套的保溫性能下降，使在役罐體內部壓力上升速度加快。第二十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六低溫絕熱容器制造與驗收一般將其工作壓力設定在0.8～1．0MPa，即貯罐的設計壓力。對應其設計壓力，液化氣體的工作溫度由其飽和蒸汽壓決定，根據不同氣體的飽和蒸汽壓，其工作溫度范圍一般在-196℃以上。設計溫度一般為-196℃。由于低溫液化氣體貯罐是在低溫下工作的，為了使其具有較好的保溫性，在結構上一般將其設計成內膽加外殼的真空夾套結構即真空絕熱式。第二十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

其夾套材質為16MnR或Q235A；內膽材質考慮其抗低溫性能一般選用OCr19Ni9；夾套內保持1～3Pa以上的真空度并填充絕熱材料朱光砂。是酸性火山玻璃質熔巖，灰；白。對朱光砂的一般要求為：粒度在0．1～1．2mm（20~60目）范圍內，松散容重在30～60kg／m3范圍內，含濕度的重量比不大于0．3％。為了使內膽固定，第二十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

其外殼內壁與內膽外壁之間采用拉撐件使兩者連接在一起，這樣在運輸及移動過程中，內膽不會振動及偏斜。為了保證密封性，此類貯罐一般不開設人孔及檢查孔。氧、氮、氬的沸點很接近，故液氧、液氮、液氬容器的設計壓力和溫度幾乎相同，它們的內膽設計壓力為0．8～1．6MPa，設計溫度為-196℃；外殼設計壓力為0．1MPa，設計溫度為常溫。第二十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

由于設計溫度較低，按《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》，該類壓力容器當容積大于5m3時屬于Ⅲ類壓力容器。產品的焊接必須由持有相應資格證的焊工按照經評定合格的焊接工藝進行焊接。由于內膽和外殼的設計要求不同，其制造和檢驗要求也不同。第二十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六在制造過程中，內膽A、B類焊縫做100％RT檢查，GB4730－2005Ⅱ級合格；制作產品焊接試板，進行焊縫的機械性能試驗。如設計溫度低于-100℃還要做低溫沖擊試驗。外殼A、B類焊縫20％RT檢查，GB4730－2005Ⅲ級合格（最后一道環(huán)縫可用UT檢查，GB4730－2005Ⅰ級合格）。產品制作完成后內膽應按設計要求使用合適介質做耐壓試驗，夾套做氣密性試驗和抽真空試驗，其保壓時間不少于4h。第二十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六審查低溫容器制造質量證明書時

注意的幾個要點1.低溫鋼材牌號選用低溫壓力容器用鋼按韌性達到的最低使用溫度來分類。圖紙和設計資料審查時應注意：所用鋼材（板材、管材、鍛件及其它受壓元件材料）牌號是否是低溫用鋼，所用溫度范圍是否符合標準規(guī)定。第三十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六2.鋼材發(fā)放和標記移植低溫壓力容器材料用錯將產生重大隱患。因此，鋼材發(fā)放必須嚴格執(zhí)行有關管理規(guī)定。材料監(jiān)檢抽查要特別注意材料質保書和領料單內容的審查，現場巡檢應重點檢查標記移植情況。材料的標記應采用油漆，不得打鋼印。第三十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六3、低溫鋼材的沖擊試驗和韌性要求低溫壓力容器及其受壓元件所采用的鋼材，必須進行低溫夏比V形缺口沖擊試驗。試驗細節(jié)及要求如下：試驗方法：鋼材的沖擊試驗方法，應符合GB4159《金屬低溫夏比沖擊試驗方法》的有關規(guī)定。第三十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

沖擊試樣為GB2106《金屬夏比V形缺口沖擊試驗方法》規(guī)定的10mm×10mm×55mm標準試樣。若無法制備標準試樣時，也可采用7.5mm×10mm×55mm、5mm×10mm×55mm的小尺寸試樣，小尺寸試樣的缺口寬度一般應小于鋼材名義厚度的80%。試樣的缺口應沿厚度方向（棒材沿徑向）切取，并以三個試樣為一組。

第三十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六4、試驗溫度低溫壓力容器用鋼的沖擊試驗溫度須低于或等于容器或其受壓元件的設計溫度。當容器或其受壓元件使用在“低溫低應力工況”時，鋼材的沖擊試驗溫度須低于或等于調整后的設計溫度。第三十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六5、沖擊功指標鋼材試驗溫度下的沖擊功指標，按鋼材標準規(guī)定的最低抗拉強度確定，具體要求須滿足表15.1-1的規(guī)定。小試樣的沖擊功指標根據試樣寬度按比率縮減。第三十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六表低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗最低沖擊功規(guī)定值

鋼材標準的最低抗拉強度σbMPa

三個試樣的沖擊功平均值Akv，J

10mm×10mm×55mm

≤450

18＞450~515

20＞515~650

27奧氏體焊接接頭區(qū)

31第三十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六注：1.試驗溫度下三個試樣的沖擊功平均值不得低于表4-5的規(guī)定；其中單個試樣的沖擊功可小于平均值，但不得小于平均值的70%。

2.抗拉強度大于650MPa的螺栓等鋼材的沖擊功值按抗拉強度等于650MPa的要求，但40CrNiMo的低溫沖擊功應不小于31J（三個試樣平均值）。

第三十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六6、免做低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗的規(guī)定低溫壓力容器用鋼若符合下列條件之一者可免做低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗。（1）因鋼材的尺寸限制，無法制備5mm×10mm×55mm沖擊試樣者，且設計溫度不低于－45℃者；（2）在GB150所列的低碳鋼和碳錳鋼鋼管，因鋼管尺寸限制，無法制備5mm×10mm×55mm沖擊試樣，且設計溫度不低于表15.1-2；第三十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六（3）螺母用鋼；（4）在“低溫低應力工況”下使用的容器或受壓元件所用鋼材；（5）含碳量≤0.10%的標準鉻鎳奧氏體不銹鋼，設計溫度高于或等于－196℃者。第三十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六焊接材料的選用原則

低溫壓力容器用鋼焊接材料選擇必須保證焊接接頭含有的有害雜質硫、磷、氧、氮最少，尤其是含Ni鋼應嚴格限制雜質含量，因為雜質含量增加，會明顯降低焊接接頭的韌性。

第四十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六與低溫受壓元件焊接的非受壓附件焊接接頭，當承載較大時，應按受壓元件焊接接頭同樣要求；當承載較小時，可按焊接性要求選用相應的焊接材料。

第四十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六低溫壓力容器受壓元件或受壓元件與非受壓元件焊接用手工電弧焊焊條應選用GB5117《碳鋼焊條》和GB5118《低合金焊條》低氫堿性焊條。埋弧焊劑應選用堿性或中性焊劑。

第四十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六產品焊接試板

鐵素體鋼產品焊接試板的低溫沖擊試驗規(guī)定如下：鐵素體鋼之間的焊接一般應采用鐵素體型焊接材料（9%Ni鋼除外）。焊接接頭的低溫沖擊試驗溫度以及焊接接頭金屬、熔合線、熱影響區(qū)低溫沖擊功要求應符合圖樣或相關技術文件規(guī)定，且不得小于27J。第四十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六鐵素體鋼之間的異種鋼焊接用焊接材料一般按韌性要求較高側的母材選用。焊接接頭金屬的沖擊試驗溫度應不高于兩側母材中的較低者。異種鋼焊接工藝評定和產品焊接試板熱處理狀態(tài)應與容器使用狀態(tài)相同。

第四十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

性能符合下列要求：

①、焊接接頭拉伸和彎曲試驗要求符合兩側母材中的較低要求；②、低溫沖擊功要求應符合圖樣或相關技術文件規(guī)定，且不得小于27J。

第四十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六奧氏體鋼的焊接材料選用注意事項

⑴奧氏體鋼之間的焊接材料選用應符合下列要求：①、焊接接頭金屬含碳量≤0.10%；②、焊接接頭金屬的化學成分應符合GB983《不銹鋼焊條》中E0-19-10、E00-19-10、E00-23-13和GB4233《惰性氣體保護焊接用不銹鋼棒及鋼絲》、GB4242《焊接用不銹鋼鋼絲》中H0Cr21Ni10、H00Cr21Ni10、H0Cr26Ni21的要求；第四十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

③、設計溫度低于－100℃時，應按JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》進行焊接接頭低溫夏比（V形缺口）沖擊試驗，并符合標準中表4-5要求。

第四十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六鐵素體鋼與奧氏體鋼之間焊接的有關注意事項

鐵素體鋼與奧氏體鋼之間異種鋼焊接，一般應選用Cr23Ni13或Cr26Ni21型高鉻鎳或鎳基焊接材料，焊后原則上不再進行消除應力熱處理。

第四十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六異種鋼焊接應符合下列要求：

①接頭抗拉強度不低于兩側母材最低抗拉強度較小值；②鐵素體鋼側的熔合線和熱影響區(qū)的沖擊功應按鐵素體鋼的抗拉強度要求；③接頭應作側彎試驗，試驗方法按GB150確定。第四十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六現場焊接質量監(jiān)檢控制要點

低溫壓力容器的現場焊接必須嚴格按照評定合格的焊接工藝施焊。焊接線能量增大會導致焊縫及熱影響區(qū)的韌性下降。因此要最大限度地減小過熱，采用小的焊接線能量。焊接線能量的監(jiān)督可通過控制電流、電壓、焊接速度、以及規(guī)定每根焊條的焊接長度等方法進行。在多道焊時，應盡可能降低焊道間的溫度（層間溫度），即盡可能不要連續(xù)施焊?？焖俣嗟篮赣欣诰Я＜毣岣吆缚p的韌性。

第五十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六低溫容器結構應盡可能地限制峰值應力及各種局部應力：1、結構盡可能簡單，減少焊接件的約束；2、避免產生過大的溫度梯度；3、盡量避免結構形狀的突然變化，以減少局部高應力；焊縫不允許存在咬邊，所有咬邊必須打磨消除。4、焊接時不應使用不連續(xù)焊或筒節(jié)組對時用點焊連接；5、容器支座或支腿需設置墊板，不得直接焊在殼體上。第五十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六具體做法包括：各幾何形狀不連續(xù)的連接元件之間應有足夠大的過渡圓弧半徑；厚薄不一致的連接件之間應有足夠斜度的削薄過渡；盡可能使各構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設置墊板，使局部載荷盡可能均勻地作用在各受壓元件上；在加熱或冷卻物料的進出口處，應盡量使流體和受壓元件均勻接觸；優(yōu)先采用厚壁管補強或整體鍛件補強結構而盡量少用補強圈結構；圓筒或封頭上的開孔盡可能在徑向開孔；盡可能采用整體法蘭；各類焊接接頭盡可能采用全熔透結構。

第五十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六鋁合金主要用作耐腐蝕容器、防鐵污染容器及低溫壓力容器。鋁是面心立方晶格，沒有其他同素異構體，低溫下不存在象鐵素體鋼那樣的脆性轉變。第五十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六鋁合金制壓力容器JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》是國內第一個內容完整（包括設計、選材、制造和檢驗）的鋁制壓力容器標準。包括了壓力容器和常壓容器。也包含了全鋁和襯鋁兩種焊制容器。設計壓力≤8MPa，使用溫度下限為-269℃。容器用鋁只取用部分牌號，主要為鋁鎂合金和鋁錳合金。按照德、法兩國對鋁材的要求，容器用鋁基本上選用伸長率（橫向）不低于14%的變形鋁。

第五十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六為了得到好的塑性，純鋁、鋁錳合金和鋁鎂合金的變形鋁材都只在退火狀態(tài)或熱作狀態(tài)使用，不采用冷作狀態(tài)。熱作狀態(tài)鋁的焊接接頭，焊接熱對熱影響區(qū)有退火作用，因而其許用應力取退火狀態(tài)鋁材的許用應力。只有鋁鎂硅合金和鋁銅合金采用固溶時效狀態(tài)，以保證其高強度。

第五十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六鋁沒有同素異構體，純鋁、鋁錳合金、鋁鎂合金等不可能通過熱處理相變來提高強度，稱為不可熱處理強化鋁。鋁鎂硅合金可通過固溶時效析出Mg2Si強化相提高強度，鋁銅合金可通過固溶時效提高強度，稱為可熱處理強化鋁。

第五十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六鋁合金制容器的制造檢驗特點⑴鋁在高溫下易與空氣中的氧反應，鋁容器焊接時要有良好的保護。鋁容器的焊接主要采用氬弧焊。⑵鋁的熱導率和比熱容約為鐵素體鋼的兩倍多，鋁的熱導率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍，因而鋁的焊接應盡量采用能量集中、功率大的能源。第五十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

⑶焊接時鋁熔池凝固時的體收縮率約為鋼的兩倍，因而鋁焊縫容易產生縮孔、縮松及熱裂紋。⑷鋁焊接熔池易吸收氫等氣體，焊縫易產生氣孔。熔池中進入氧化鋁易形成夾渣。焊前清除焊件與焊絲的氧化膜、水分、油污、有機物等對鋁的焊接很重要。第五十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六

⑸鋁焊接熔池金屬固態(tài)與液態(tài)沒有明顯的色澤差別，焊接對應注意掌握。⑹鋁容器焊后一般不要求熱處理。⑺鋁無磁性，表面無損檢測不能用磁性法，常用滲透法。第五十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期六低溫絕熱容器定期檢驗外部檢查（1）檢查外殼外表面的腐蝕情況，對于腐蝕嚴重之部位應采用超聲測厚儀進行測厚。（2）檢查外殼外表面有無機械損傷，基礎有無下沉。（3）檢查外殼外表面有無結霜、冒汗，使用中真空度有無下降。（4）檢查壓力表、安全