低温绝热容器检验.ppt
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1、低温绝热容器检验 上海石化设备检验检测有限公司 吴建明,关键词:低温储存、压力容器、定期检验,前言 低温绝热容器的应用 目前低温技术已在气体液化和分离、食品冷冻、超导技术、材料处理、材料回收、航天技术、临床医疗、生命细胞的保存等领域得到了广泛应用,超导材料被冷却到液氮温度(78K,相当于-196C)时,就从正常态转变为超导态。,材料的低温性能,在温度降低时,无明显塑性变形而产生脆性断裂的现象,称为“冷脆”。随温度下降,金属材料的塑性明显下降的温度,称为金属材料的脆性转变温度。晶格为体心立方的金属随着温度下降,会有脆性断裂的倾向如:碳钢、钼、铌等,晶格为面心立方结构的金属在这种情况下则不变脆,如
2、:铜、镍、铝及高镍奥氏体钢等,一些晶格为密排六方的金属在低温下可能变脆如:锌,尽管锆和钛在这种状态下仍保持一定的延展性。,低温钢容器-影响低温韧性因素,晶体结构因素: 体心立方结构的铁素体钢脆性转变温度较高,脆性断裂倾向较大; 金属随着温度下降,会有脆性断裂的倾向如:碳钢、钼、铌等,晶格为面心立方结构的金属在这种情况下则没有这种温度效应,即不产生低应力脆断。如:铜、镍、铝及高镍奥氏体钢等,一些晶格为密排六方的金属在低温下可能变脆如:锌,尽管锆和钛在这种状态下仍保持一定的延展性。,化学成分的影响:,对低温压力容器而言,增加含碳量将增大材料的脆性,提高脆性转变温度,低温用钢含碳量不超过0.2%。锰
3、、镍改善钢材低温韧性,少量V、Ti、Nb、Al弥散析出碳化物和氮化物,进行沉淀强化改善钢材低温韧性。,晶粒度的影响,晶粒尺寸是影响钢低应力脆断重要因素。细晶粒使金属有较高断裂强度,且使脆性转变温度降低。,夹杂物的影响,磷易产生晶界偏析,钢中的氧以各种氧化物的形式在晶界析出,显著提高钢的脆性转变温度,导致低应力脆断。,热处理和显微组织影响,对钢的低应力脆断有很大影响。调质处理可以改善钢材低温韧性,但回火温度不应过高;正火处理用得最多;退火处理组织粗大,一般不采用。,冷变形的影响,冷变形使钢的韧性降低,应变时效使低温韧性恶化,脆性转变温度升高。,应力状态的影响,焊接接头中有裂纹存在又具有残余应力时
4、,低应力脆断性质更为明显。,体心立方晶体,模型图,面心立方晶体,气体液化,氮气,沸点-195.8,临界温度-147.05,临界压力3.39Mpa (33.5大气压),蒸发潜热161.19千焦耳公斤,为无色透明、无味、无毒之低粘度的透明液体,不导热导电,不自燃助燃,化学性质稳定,不与任何物质起化合作用。 1单位体积的液氮可产生约650倍体积的氮气,氮气是空气的主要组成部分,在空气中的含量高达78(体积),液态氧(其沸点为-182)。氩气沸点-186.5 87.5K(1atm),低温设备,深度低温设备均为成套的设备,一般由原料气的过滤器、清洗塔、压缩机、冷却器、换热器、净化设备、膨胀机、液化器、深
5、低温精馏塔和产品的输送、贮存设备、低温产品运输设备以及为运转服务的仪表和电器控制器、停车加温系统等设备组成。,热量的传递,低温介质与环境存在非常大的温差,就有热传递现象,热传递途径不妨有三种方式:传导、对流和辐射。传导热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分,叫做传导。对流靠液体或气体的流动来传热的方式叫做对流。辐射热由物体沿直线向外射出,叫做辐射。,低温绝热容器在使用过程中,夹套与内胆间热传递的方式有:热传导和热辐射两种,要保持介质的低温状态,我们就要阻止热量的传递,解决方法:夹套内抽真空可以解决热传导,使之失去热传导桥梁,或者填充以热传导系数低的介质来降低热量的传递,,第二个要解决
6、的是热辐射问题,高温物体和低温物体间存在热辐射,他不需要任何介质的帮助。举例:(略),所以,我们在夹套内填入隔断辐射的介质,珠光砂。或者反光膜等。,真空技术,当容器内没有压力即绝对压力等于零时,叫做 完全真空;其余叫做不完全真空。真空状态下由于气体稀薄,单位体积内的气体分子数,即气体的分子密度小于大气压力的气体分子密度。因此,分子之间、分子与其他质点(如电子、离子等)之间以及分子与各种表面(如器壁)之间相互碰撞次数相对减少,使气体的分子自由程增大。,低温绝热容器的结构,1、真空封口;2、支承;3、输液管;4、定点液位计;5、引线管;6、挡板;7、外壳;8、吸附剂;9、安全阀;10、增压系统;1
7、1、压差液位计;12、盖板;13、仪表板、14、内胆;15、增压管。,低温绝热容器的结构,低温绝热容器常见失效形式,低温液化气体吸热后就会汽化,使罐内的压力上升,为了维持其工作压力,就必须将气体泄放或利用制冷机对其降温,真空绝热低温液化气体贮罐是利用泄放气体来维持其压力的。 泄放气体有2个途径,一是在正常的工作状态下气体被不断放出使用,如使用单位的低温液体贮罐;,二是通过安全泄放系统的排放,如低温液体槽车在运输过程中的安全泄放。因此真空绝热低温液化气体贮罐的工作状态是一种热平衡状态,是以泄放气体维持的,显然贮罐的保温性能越好或工作压力允许上升的空间越大,所需泄放的气体越少。经检验发现:在使用过
8、程中,低温液化气体贮罐发生的主要问题是夹套的保温问题, 保温问题大致可分为2个方面,,一方面为由于各种原因造成内胆或外壳的泄漏使夹套的真空度减小;另一方面为珠光砂放气造成真空度减小或朱光砂下沉使容器顶部形成空间而使该处绝热性能降低。以上都会使夹套的保温性能下降,使在役罐体内部压力上升速度加快。,低温绝热容器制造与验收,一般将其工作压力设定在0.810MPa,即贮罐的设计压力。对应其设计压力,液化气体的工作温度由其饱和蒸汽压决定,根据不同气体的饱和蒸汽压,其工作温度范围一般在-196以上。设计温度一般为-196。由于低温液化气体贮罐是在低温下工作的,为了使其具有较好的保温性,在结构上一般将其设计
9、成内胆加外壳的真空夹套结构即真空绝热式。,其夹套材质为16MnR或Q235A;内胆材质考虑其抗低温性能一般选用OCr19Ni9;夹套内保持13Pa以上的真空度并填充绝热材料朱光砂。是酸性火山玻璃质熔岩,灰;白。对朱光砂的一般要求为:粒度在0112mm(2060目)范围内,松散容重在3060kgm3范围内,含湿度的重量比不大于03。为了使内胆固定,,其外壳内壁与内胆外壁之间采用拉撑件使两者连接在一起,这样在运输及移动过程中,内胆不会振动及偏斜。为了保证密封性,此类贮罐一般不开设人孔及检查孔。氧、氮、氩的沸点很接近,故液氧、液氮、液氩容器的设计压力和温度几乎相同,它们的内胆设计压力为0816MPa
10、,设计温度为-196;外壳设计压力为01MPa,设计温度为常温。,由于设计温度较低,按压力容器安全技术监察规程,该类压力容器当容积大于5m3时属于类压力容器。 产品的焊接必须由持有相应资格证的焊工按照经评定合格的焊接工艺进行焊接。由于内胆和外壳的设计要求不同,其制造和检验要求也不同。,在制造过程中, 内胆A、 B类焊缝做100RT检查,GB47302005级合格;制作产品焊接试板,进行焊缝的机械性能试验。如设计温度低于-100还要做低温冲击试验。外壳A、B类焊缝20RT检查,GB47302005级合格(最后一道环缝可用UT检查,GB47302005级合格)。产品制作完成后内胆应按设计要求使用合
11、适介质做耐压试验,夹套做气密性试验和抽真空试验,其保压时间不少于4h。,审查低温容器制造质量证明书时 注意的几个要点,1. 低温钢材牌号选用 低温压力容器用钢按韧性达到的最低使用温度来分类。图纸和设计资料审查时应注意:所用钢材(板材、管材、锻件及其它受压元件材料)牌号是否是低温用钢,所用温度范围是否符合标准规定。,2. 钢材发放和标记移植 低温压力容器材料用错将产生重大隐患。因此,钢材发放必须严格执行有关管理规定。材料监检抽查要特别注意材料质保书和领料单内容的审查,现场巡检应重点检查标记移植情况。材料的标记应采用油漆,不得打钢印。,3、低温钢材的冲击试验和韧性要求 低温压力容器及其受压元件所采
12、用的钢材,必须进行低温夏比V形缺口冲击试验。试验细节及要求如下: 试验方法:钢材的冲击试验方法,应符合GB4159金属低温夏比冲击试验方法的有关规定。,冲击试样为GB2106金属夏比V形缺口冲击试验方法规定的10mm10mm55mm标准试样。若无法制备标准试样时,也可采用7.5mm10mm55mm、5mm10mm55mm的小尺寸试样,小尺寸试样的缺口宽度一般应小于钢材名义厚度的80%。试样的缺口应沿厚度方向(棒材沿径向)切取,并以三个试样为一组。,4、试验温度 低温压力容器用钢的冲击试验温度须低于或等于容器或其受压元件的设计温度。当容器或其受压元件使用在“低温低应力工况”时,钢材的冲击试验温度
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