标准搜索结果: 'GB/T 18442.3-2011'
| 标准编号 | GB/T 18442.3-2011 (GB/T18442.3-2011) | | 中文名称 | 固定式真空绝热深冷压力容器 第3部分：设计 | | 英文名称 | Static vacuum insulated cryogenic pressure vessel. Part 3: Design | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J76 | | 国际标准分类 | 23.020.40 | | 字数估计 | 25,273 | | 发布日期 | 2011-11-21 | | 实施日期 | 2012-05-01 | | 旧标准 (被替代) | GB 18442-2001部分 | | 引用标准 | GB 150; GB 713; GB/T 3274; GB/T 18442.1; GB/T 18442.2; GB 24511; JB 4732-1995 | | 起草单位 | 中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司、上海市气体工业协会、南通中集罐式储运设备制造有限公司、中国特种设备检测研究院、宁波明欣化工机械有限责任公司、上海华谊集团装备工程有限公司、张家港中集圣达因低温装备有限公司、杭州杭氧低温容器有限公司、上海交通大学 | | 归口单位 | 全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC 262) | | 标准依据 | 国家标准公告2011年第18号 | | 提出机构 | 全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC 262) | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | 本部分规定了固定式真空绝热深冷压力容器设计的基本要求。本部分适用范围同本标准第1部分。 | GB/T 18442.3-2011
Static vacuum insulated cryogenic pressure vessel.Part 3: Design
ICS 23.020.40
J76
中华人民共和国国家标准
部分代替GB 18442-2001
固定式真空绝热深冷压力容器
第3部分:设计
Part3:Design
2011-11-21发布
2012-05-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 一般要求 2
5 结构设计要求 6
附录A(资料性附录) 常见深冷液体物性参数 10
前言
GB/T 18442《固定式真空绝热深冷压力容器》由6个部分组成:
---第1部分:总则;
---第2部分:材料;
---第3部分:设计;
---第4部分:制造;
---第5部分:检验与试验;
---第6部分:安全防护。
本部分为GB/T 18442的第3部分。
本部分参考了ISO 21009-1:2008《低温容器 固定式真空绝热容器 第1部分:设计,制造,检验和
试验》(英文版)。
本部分代替GB 18442-2001《低温绝热压力容器》中5.2条“产品规格及主要性能参数”、6.3条
“设计要求”以及部分定义的内容。
与GB 18442-2001相比,本部分新增加或变化的内容有:
---增加了载荷规定、许用应力规定、特殊结构设计要求、常见深冷液体物性参数(资料性附录);
---取消了焊接结构(提示的附录);
---细化了对一些重要设计参数的规定;
---调整了性能指标数据。
本部分的附录A为资料性附录。
本部分由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)提出并归口。
本部分起草单位:中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司、上海市气体工业协会、南通中集罐式
储运设备制造有限公司、中国特种设备检测研究院、宁波明欣化工机械有限责任公司、上海华谊集团装
备工程有限公司、张家港中集圣达因低温装备有限公司、杭州杭氧低温容器有限公司、上海交通大学。
本部分主要起草人:罗永欣、周伟明、陈朝晖、闻庆、潘俊兴、毛荣大、顾安忠、孙洪利、唐家雄、
滕俊华、施锋萍。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB 18442-2001。
固定式真空绝热深冷压力容器
第3部分:设计
1 范围
1.1 本部分规定了固定式真空绝热深冷压力容器(以下简称深冷容器)设计的基本要求。
1.2 本部分适用范围同本标准第1部分。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 150 钢制压力容器
GB 713 锅炉和压力容器用钢板
GB/T 3274 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带
GB/T 18442.1 固定式真空绝热深冷压力容器 第1部分:总则
GB/T 18442.2 固定式真空绝热深冷压力容器 第2部分:材料
GB 24511 承压设备用不锈钢板与钢带
JB4732-1995 钢制压力容器-分析设计标准(2005年确认)
3 术语和定义
GB 150、GB/T 18442.1和GB/T 18442.2中确立的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
计算压力 calculationpressure
在相应设计温度下,用于确定内容器受压元件厚度的压力,其中包括液柱静压力和绝热层真空压力
等,单位为兆帕(MPa)。
3.2
深冷容器中夹层空间的气体绝对压力,单位为帕(Pa)。
3.3
封口真空度 sealing-offvacuumdegree
常温下封口时的夹层的真空度,单位为帕(Pa)。
3.4
单位时间内漏入真空夹层的气体量,单位为帕立方米每秒(Pa·m3/s)。
3.5
真空夹层内材料、器壁表面等在单位时间内放出的气体量,单位为帕立方米每秒(Pa·m3/s)。
3.6
真空夹层漏气速率和真空夹层放气速率之和,单位为帕立方米每秒(Pa·m3/s)。
4 一般要求
4.1 总要求
4.1.1 罐体在设计中应同时满足正常操作、制造、试验及运输、吊装等条件下承受各种机械载荷和热应
力载荷的要求。
4.1.2 疲劳分析的免除条件
满足4.1.2.1~4.1.2.3任一条款下的所有条件时,可免除疲劳分析。否则,内容器应按照JB4732
进行疲劳分析设计。
4.1.2.1 使用经验的应用
当所设计的容器与已有成功使用经验的容器有可类比的形状和载荷条件,且根据其经验能证明不
需要做疲劳分析者。但对下列情况所产生的不利影响应予特别注意:
a) 内容器采用了非整体结构,如开孔采用补强圈补强或角焊缝连接件;
b) 内容器相邻部件之间有显著的厚度变化。
4.1.2.2 对于内容器采用常温抗拉强度Rm≤550MPa的钢材时,下列各项循环次数的总和不超过
4000次:
a) 包括充装与卸出液体在内的全范围压力循环的预计(设计)循环次数。
b) 对奥氏体不锈钢内容器,压力波动范围超过50%设计压力的工作压力循环的预计(设计)循环
次数。外壳的工作压力循环不必考虑。
c) 包括接管在内的任意相邻两点(见注)之间金属温差波动的有效次数。该有效次数的计算方法
是金属温差波动的预计次数乘以表1所列的相应系数,再将所得次数相加得到总次数。
表1 金属温差波动系数
金属温差波动幅度/℃ 系 数
≤25 0
26~50 1
51~100 2
101~150 4
注:相邻两点是指:
对于表面温差:
回转壳的经线方向L=2.5 Rδ;(如Rδ是变化的,则L取两点的平均值)
平板L=3.5α;
式中:
L为相邻两点之间最小距离,mm;
R为垂直于表面,从壳体中面量到回转轴的半径,mm;
δ为所考虑点处部件的厚度,mm;
α为所考虑点受冷(或热)面半径,mm。
对于沿厚度方向的温差:指垂直于表面方向的任意两点。
d) 由热膨胀系数不同的材料组成的部件(包括焊缝),当(α1-α2)ΔT >0.00034时的温度波动循
环次数,α1、α2 是两种材料各自的平均热膨胀系数,ΔT为工作时温度波动范围。
4.1.2.3 JB4732-1995中3.10.2.2条规定的全部条件。
4.2 载荷
4.2.1 内容器设计时应考虑以下载荷并考虑可能的最苛刻的组合。
4.2.1.1 设计压力(p,单位 MPa,表压)。
4.2.1.2 储液量达到额定充满率时,介质产生的液柱静压力。液柱静压力按照介质在标准大气压下沸
点时的状态进行计算。如果其值低于5%P时,可以忽略不计。
4.2.1.3 操作工况下,内容器支承处的反力。这种反力应由最大介质重量、内容器重量以及必要时的
地震载荷共同决定。
4.2.1.4 温差载荷
a) 内容器从环境温度冷却到操作温度过程中,内容器在支承点处承受的温差载荷。
b) 由于内容器、管道及外壳之间不同的热膨胀引起的管道反作用力。并分别考虑下列工况:
1) 进液冷却过程:内容器热状态,管道系统冷状态,外壳热状态;
2) 充装及卸料过程:内容器、管道系统均是冷状态,外壳热状态;
3) 储存过程:内容器冷状态,管道系统热状态,外壳热状态。
c) 容器制造过程中夹层抽真空时,由于内、外壳体不同温度载荷,应考虑下列连接处的载荷:
1) 内容器在支撑点处的温差载荷;
2) 内、外容器之间的管道以及与内容器连接处的载荷。
4.2.1.5 耐压试验时的压力载荷及在内容器支承处产生的反力。
4.2.1.6 空罐承受的载荷:
a) 空罐运输时内容器、夹层支承及连接处至少承受下列惯性载荷:
1) 运输方向至少2g加速度;
2) 向上方向至少1g加速度;
3) 向下方向至少1.7g加速度;
4) 与运输方向垂直的水平方向至少1g加速度。
b) 吊装时的载荷按照具体起吊工况确定,如对内容器及夹层支承连接处、吊耳连接部位产生的
载荷等。
c) 对立式容器应考虑在制造、运输、吊装等卧置状态时,内容器及夹层支承承受的载荷。
4.2.1.7 内容器承受夹层空间施加的外压载荷,其值取外壳防爆装置的排放压力,且不小于0.1MPa。
4.2.1.8 操作时,压力急剧波动引起的冲击载荷。
4.2.1.9 液体进入内容器时,由液体冲击引起的作用力。
4.2.2 外壳设计应考虑下列载荷,并考虑可能的最苛刻的组合。
4.2.2.1 外压载荷,其值不小于0.1MPa;
4.2.2.2 内压载荷,其值取外壳防爆装置的排放压力,且不小于0.1MPa。
4.2.2.3 在正常操作状态下,由内容器通过夹层支承施加给外壳的作用力。
4.2.2.4 在耐压试验状态下,由内容器通过夹层支承施加给外壳的作用力。
4.2.2.5 在4.2.1.4温差载荷工况下,施加给外壳、夹层支持及连接管道的作用力。
4.2.2.6 附属设备如管道、扶梯及平台等的重量对外壳产生的作用力。
4.2.2.7 外部支座承受的最大容器重量及外部支座、支耳等对外壳的反作用力。
4.2.2.8 外部连接管道对外壳的作用力。
4.2.2.9 在操作过程中承受的风载、地震(两者不必同时考虑)及雪载荷。
4.2.2.10 在4.2.1.6空罐承受的载荷工况下,在外壳、支承、吊耳等连接部位产生的载荷。
4.3 许用应力
4.3.1 内容器在压力载荷(计算压力)作用下的整体薄膜应力不超过内容器材料在20℃时的许用应
力,许用应力按GB 150选取。
4.3.2 内容器支承、管道连接等部位局部应力应符合JB4732的规定,设计应力强度按GB 150中材料
在20℃时的许用应力确定。
4.3.3 外壳在内压作用下,整体薄膜应力不超过外壳材料在设计温度下的许用应力,许用应力按
GB 150选取。
4.3.4 外壳在夹层支承、管道连接处的局部应力应符合JB4732的规定,设计应力强度按GB 150中材
料在20℃时的许用应力确定。在外壳支座反力作用下,局部应力应符合JB4732的规定,设计应力强
度按GB 150中材料在50℃时的许用应力确定。
4.3.5 夹层支承、外壳支座、吊耳等结构件,其最大当量应力或最大应力强度应不超过0.75倍的材料
常温屈服强度。
4.3.6 压力试验时内容器整体薄膜应力应满足5.1.1.7要求。
4.4 设计压力
4.4.1 内容器的设计压力按下列要求确定:
a) 设计压力应不低于工作压力;
b) 承受外压的能力不小于外壳防爆装置的排放压力,且不小于0.1MPa。
4.4.2 外壳设计压力按下列要求确定:
a) 内压应不低于外壳防爆装置的设定压力;
b) 外压不小于0.1MPa。
4.5 计算压力
内容器计算压力至少是下列压力之和:
a) 设计压力;
b) 0.1MPa;
c) 液柱静压力,如其值低于设计压力的5%时,可以忽略不计。
4.6 设计温度
4.6.1 内容器、与液体(包括试验液体)接触的组件以及与内容器相连接的受力构件等可能达到的最低
金属温度,作为设计温度。设计温度上限一般取常温。
4.6.2 外壳及外部元件的设计温度一般取常温。
4.6.3 在对各元件的稳定性进行校核时,不仅应考虑设计温度,还应考虑制造过程中整体加热抽空等
工序可能导致的最高温度。
4.7 腐蚀裕量和钢材负偏差
4.7.1 内容器为不锈钢材料时通常不考虑均匀腐蚀。但对有磨损、冲蚀情况的零件,应根据罐体的预
期寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量。
4.7.2 各组件受到的腐蚀程度不同时,可采用不同的腐蚀裕量。
4.7.3 碳素钢或低合金钢制外壳,内表面通常不考虑有腐蚀。暴露在大气环境中的外表面应考虑与所
使用的环境相适应。
4.7.4 当碳素钢、低合金钢板或不锈钢板厚度负偏差分别不大于GB/T 3274、GB 713或GB 24511的
规定,且不超过名义厚度的6%时,负偏差可忽略不计。
4.8 焊接接头系数
4.8.1 内容器的焊接接头系数为1。
4.8.2 外壳的焊接接头系数为0.85。
4.9 额定充满率
4.9.1 盛装深冷介质的容器,在初始充装状态下,充装非易爆介质的液相容积应不大于内容器几何容
积的95%,充装易爆介质的液相容积应不大于内容器几何容积的90%。
4.9.2 容器应设置便于限制充装量的装置,如溢流口装置等。
4.10 真空绝热性能指标
静态蒸发率应符合表2的规定。
表2 静态蒸发率
几何容积V
m3
静态蒸发率(上限值)
%/d
液氮 液氧 液氩
高真空多层绝热 真空粉末绝热 高真空多层绝热 真空粉末绝热 高真空多层绝热 真空粉末绝热
1 0.800 1.200 0.530 0.800 0.560 0.850
2 0.700 1.000 0.470 0.670 0.490 0.700
3 0.600 0.900 0.400 0.600 0.420 0.630
5 0.450 0.650 0.300 0.435 0.315 0.460
10 0.350 0.550 0.230 0.360 0.245 0.380
15 0.250 0.530 0.167 0.350 0.175 0.370
20 0.230 0.500 0.153 0.330 0.160 0.350
25 0.210 0.450 0.140 0.300 0.147 0.320
30 0.200 0.440 0.133 0.290 0.140 0.310
35 0.185 0.405 0.123 0.270 0.130 0.285
40 0.170 0.370 0.115 0.250 0.120 0.260
50 0.150 0.350 0.100 0.230 0.110 0.240
65 0.135 0.300 0.090 0.200 0.950 0.210
85 0.125 0.280 0.085 0.180 0.088 0.190
100 0.095 0.250 0.065 0.160 0.067 0.170
150 0.085 0.225 0.058 0.145 0.060 0.155
200 0.075 0.200 0.050 0.130 0.053 0.140
250 0.070 0.180 0.048 0.120 0.050 0.130
300 0.065 0.160 0.045 0.110 0.046 0.120
500 0.055 0.150 0.036 0.100 0.039 0.110
4.11 夹层的真空性能设计
4.11.1 真空夹层漏气速率符合表3的规定。
4.11.2 真空夹层漏放气速率符合表4的规定。
4.11.3 真空夹层封口真空度符合表5的规定。
表3 真空夹层漏气速率
几何容积V
m3
漏气速率/Pa·m3/s
高真空多层绝热 真空粉末绝热
1≤V≤10 ≤2×10-7 ≤6×10-7
10< V≤100 ≤6×10-7 ≤2×10-6
100< V≤500 ≤2×10-6 ≤6×10-6
表4 真空夹层漏放气速率
几何容积V
m3
漏放气速率/(Pa·m3/s)
高真空多层绝热 真空粉末绝热
1≤V≤10 ≤2×10-6 ≤2×10-5
10< V≤100 ≤6×10-6 ≤6×10-5
100< V≤500 ≤2×10-5 ≤2×10-4
表5 封口真空度(推荐值)
几何容积V
m3
真空度/Pa
高真空多层绝热 真空粉末绝热
1≤V≤10 ≤0.001 ≤2
10< V≤50 ≤0.01 ≤3
50< V≤100 ≤0.02 ≤5
100< V≤500 ≤0.03 ≤8
4.12 真空夹层中吸附剂的采用要求
4.12.1 真空夹层中冷侧放置的深冷吸附剂应采用在深冷、真空状态下吸附性能好的吸附剂。储存液
氧介质的深冷容器应使用在富氧环境下不会发生爆炸的吸附剂。
4.12.2 真空夹层热侧可放置适量的吸氢剂。
4.12.3 真空夹层内放置的常温与深冷吸附剂的吸附量,一般应能满足5年真空寿命的要求。
4.12.4 深冷作用型吸附剂应进行活化处理。
5 结构设计要求
5.1 整体结构要求
5.1.1 罐体设计
5.1.1.1 罐体的结构、强度、刚性和外压稳定性的计算应按GB 150的有关规定进行,局部应力分析可
参照JB4732的规定进行。
5.1.1.2 可能与氧接触的管路、阀门等部件,应进行脱脂处理。
5.1.1.3 考虑内容器、外壳在制造和工作过程中因温度变化而引起的热应力,必要时可设置补偿装置。
5.1.1.4 内容器耐压试验一般采用气压试验。试验压力的最低值按5.1.1.5的规定选取;如果采用大
于5.1.1.5规定的试验压力,试验压力的上限应满足5.1.1.7应力校核的规定。
5.1.1.5 内容器与外壳组装外壳套装前,内容器的耐压试验压力至少按下列计算式确定:
a) 液压试验
pT=1.25(p+0.1) (1)
b) 气压试验
pT=1.10(p+0.1) (2)
式中:
pT ---试验压力,单位为兆帕(MPa);当立式容器卧置液压试验时,试验压力应记入立式时液柱静
压力。
p ---设计压力,单位为兆帕(MPa)。
5.1.1.6 内容器与外壳组装完成,且形成真空夹层后,内容器的耐压试验压力取5.1.1.5中耐压试验
压力值减去0.1MPa。
5.1.1.7 如果采用大于5.1.1.5规定的试验压力,在内容器耐压试验前,应按下式校核圆筒应力。
σT=
pT(Di+δe)
2δe
(3)
σT 应满足下列条件:
a) 液压试验
σT ≤0.9ReL(RP0.2) (4)
b) 气压试验
σT ≤0.8ReL(RP0.2) (5)
式中:
σT---试验压力下圆筒的薄膜应力,单位为兆帕(MPa);
pT---试验压力,单位为兆帕(MPa);
Di---圆筒的内直径,单位为毫米(mm);
δe---圆筒的有效厚度,单位为毫米(mm)。
ReL(RP0.2)---内容器或外壳材料在试验温度下的屈服强度(或0.2%规定非比例延伸长度,对奥氏体
不锈钢可以为0.2%规定的屈服强度),单位为兆帕(MPa)。
5.1.1.8 气密性试验压力等于内容器设计压力。
5.1.1.9 深冷容器允许不设置检查孔及人孔。
5.1.2 支承及支座设计
5.1.2.1 夹层支承的设计应符合下列要求:
a) 支承结构及受其反力作用的壳体局部有足够的强度与刚度;
b) 支承结构在压、弯组合载荷下有足够的稳定性。
5.1.2.2 外壳支座的设计应符合下列要求:
a) 支座及受其反力作用的壳体局部有足够的强度与刚度;
b) 支座结构在压、弯组合载荷下有足够的稳定性。
5.1.3 吊耳设计
为了满足运输及安装的要求,容器应设置专门用于起吊的吊耳并满足如下要求:
a) 外壳承受外压0.1MPa时起吊;
b) 空罐起吊工况下,有足够的强度及刚度。
5.1.4 绝热设计
5.1.4.1 当内支撑的漏热量计算不能按经验公式计算时,宜进行绝热分析计算或模拟试验。当内支撑
材料的导热系数未知时,应采用试验方法确定。
5.1.4.2 内容器引出的液相管路一般应设置液封(气封液......
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