郝靜

摘 要：本文主要介紹了350立方臥式低溫液體儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)的開發(fā)與設(shè)計(jì)，并介紹了奧氏體不銹鋼室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的基本原理和相關(guān)要求。

關(guān)鍵詞：分段厚度；加長(zhǎng)的滑動(dòng)技撐墊板；滑動(dòng)端封頭采用保溫棉；應(yīng)變強(qiáng)化的原理

本貯罐是由一個(gè)碳鋼真空外殼和一個(gè)置于其中的不銹鋼壓力容器組成。貯罐在低壓至中等壓力下進(jìn)行操作。防爆片和安全排放閥在壓力過剩的情況下可以對(duì)貯罐起到保護(hù)作用。安全泄壓裝置是用來保護(hù)內(nèi)置壓力容器和真空殼體的，其使用和型號(hào)是根據(jù)壓力容器規(guī)范而定的，包括一個(gè)用來保護(hù)內(nèi)置壓力容器的復(fù)式泄壓閥和防爆片裝置，及一個(gè)用來保護(hù)真空殼體（外容器）的真空泄壓裝置。貯罐是按照安全、操作可靠和牢固耐用（可以無故障操作多年）而設(shè)計(jì)制作的，主要結(jié)構(gòu)見圖一。

該低溫液體儲(chǔ)罐是公司成立以來第一臺(tái)超大容積的產(chǎn)品，而且是出口以色列，不僅要考慮設(shè)計(jì)，還要考慮制造過程所注意的問題，更要考慮到運(yùn)輸?shù)谋憷浴?/p>

該產(chǎn)品在開發(fā)前，為了產(chǎn)品的安全可靠性選材，同時(shí)還要考慮降低運(yùn)行成本。我翻閱了大量的相關(guān)資料，因?yàn)樵摦a(chǎn)品是臥式容器，特別是JB/T4731《鋼制臥式容器》，我對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)從頭到尾仔仔細(xì)細(xì)的研究了一遍。最終確定內(nèi)容器采用分段厚度，在內(nèi)容器的兩處支撐及長(zhǎng)度方向的中心的地方，厚度采用10mm，其他地方厚度采用8mm，這樣不僅降低了成本，又充分考慮了該產(chǎn)品的安全。

內(nèi)容器與外容器的溫差較大，我在設(shè)計(jì)內(nèi)容器的支撐時(shí)，考慮內(nèi)容器比較長(zhǎng)，熱脹冷縮比較大。左邊的支撐采用滑動(dòng)支撐，右邊的支撐采用固定技撐，同時(shí)滑動(dòng)支撐的墊板比固定支撐的墊板寬100mm，這樣在熱脹冷縮的過程中，滑動(dòng)支撐不會(huì)滑脫墊板而被墊板卡住，最終被折斷，而且一旦滑脫墊板， 支撐就會(huì)直接支撐在內(nèi)筒體上，則內(nèi)筒體的強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生內(nèi)容器破裂，最終產(chǎn)品報(bào)廢或發(fā)生嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故。

在保溫上我也采取了非常規(guī)的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵摦a(chǎn)品的保溫材料用的是粉沬狀珍珠巖，其他容器也是只用珍珠巖保溫。當(dāng)內(nèi)容器冷縮時(shí)，滑動(dòng)端的內(nèi)容器封頭與外容器封頭之間的間隙增大，該粉沬狀珍珠巖就會(huì)從上面下陷，從而產(chǎn)生很大的一部分沒有保溫，外部容器產(chǎn)生冒汗現(xiàn)象，內(nèi)容器的蒸發(fā)率變高。為了解決這一難題，我采用保溫棉加珍珠巖的方式，在滑動(dòng)端的內(nèi)容器封頭上固定包扎上一定厚度的具有彈性的保溫棉，因?yàn)楸孛薜膹椥?，保溫棉的伸縮可以與內(nèi)容器的伸縮保持同步，這樣珍珠巖就不會(huì)下陷，就不會(huì)產(chǎn)生沒有保溫的地帶，外部容器產(chǎn)生冒汗現(xiàn)象和內(nèi)容器的蒸發(fā)率變高現(xiàn)象就不存在了。

同時(shí)設(shè)計(jì)的原理是按照澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS1210應(yīng)變強(qiáng)化的原理，提高了材料的許用應(yīng)力，因而減薄了容器的壁厚，降低了產(chǎn)品的成本。同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)壓力容器輕型化設(shè)計(jì)的要求；壓力容器輕型化是安全與經(jīng)濟(jì)并重、安全與資源節(jié)約并重綠色制造理念的具體表現(xiàn)。

奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化原理及特點(diǎn)：

奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的塑性、韌性，與碳鋼相比，其應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有明顯的屈服平臺(tái)，而是隨著拉伸應(yīng)力的連續(xù)增加變形連續(xù)增大，通常以產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力σ0.2作為屈服強(qiáng)度σs。奧氏體不銹鋼的屈強(qiáng)比低，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度間具有較大的塑性延伸區(qū)域。

奧氏體不銹鋼材料應(yīng)變強(qiáng)化理論在歐洲特別是在德國(guó)已被廣泛的應(yīng)用于低溫絕熱壓力容器設(shè)計(jì)中，并已將奧氏體不銹鋼材料應(yīng)變強(qiáng)化理論的應(yīng)用成果納入到德國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且被歐盟所采用，形成歐盟的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)變強(qiáng)化奧氏體不銹鋼低溫容器所依據(jù)的原理是：當(dāng)奧氏體不銹鋼承受一個(gè)大于屈服強(qiáng)度σs的拉伸應(yīng)力σk時(shí)，卸載后將會(huì)產(chǎn)生塑性變形，再資加載時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變將沿卸載路徑保持彈性增長(zhǎng)，直至應(yīng)力大于σk時(shí)，材料才重新進(jìn)入塑性階段。此即為應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的原理，強(qiáng)化后材料的屈服強(qiáng)度由σ0.2提高到了σk。實(shí)驗(yàn)研究表明：應(yīng)變強(qiáng)化后奧氏體不銹鋼在低溫狀態(tài)下仍能保持其強(qiáng)化性能，強(qiáng)度甚至有所提高，且材料的塑性和韌性儲(chǔ)備可滿足低溫容器的制造和設(shè)計(jì)要求將σk選定為新的屈服強(qiáng)度對(duì)容器進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。應(yīng)變強(qiáng)化后的奧氏體不銹鋼不僅在室溫下有較高的屈服強(qiáng)度。同樣地，在高溫下也能保持高的屈服強(qiáng)度。

奧氏體不銹鋼壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化仍按常規(guī)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要是制造工藝和選取材料的許用應(yīng)力值不同。奧氏體不銹鋼壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化比較獨(dú)特，是通過提高壓力容器材料屈服強(qiáng)度來提高材料的許用應(yīng)力值，提高幅度最大，容器整體已發(fā)生明顯的變形。

澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS1210中，應(yīng)變強(qiáng)化所需水壓試驗(yàn)壓力Pk為設(shè)計(jì)壓力P的1.5倍，保證在使用過程中容器處于彈性狀態(tài)。應(yīng)變強(qiáng)化過程中要嚴(yán)格注意應(yīng)變強(qiáng)化時(shí)應(yīng)緩慢升壓，最大升壓速度不得超過0.5MPa/min，當(dāng)壓力接近強(qiáng)化壓力時(shí)，升壓速度不得超過0.1MPa/min。

目前，國(guó)內(nèi)經(jīng)過眾多科技工作者的努力，中國(guó)已在攻克深冷容器非線性設(shè)計(jì)、應(yīng)變強(qiáng)化工藝、強(qiáng)化參數(shù)控制等工程化技術(shù)關(guān)鍵的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)應(yīng)變強(qiáng)化多任務(wù)自動(dòng)控制系統(tǒng)，研制出奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化深冷容器，設(shè)計(jì)主要標(biāo)準(zhǔn)是GB150和《容規(guī)》。