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GB/T 18442.3-2019

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GB/T 18442.3-2019 英文版 479 购买 有增值税发票,[PDF]天数 <=5 固定式真空绝热深冷压力容器 第3部分:设计 有效

   
基本信息
标准编号 GB/T 18442.3-2019 (GB/T18442.3-2019)
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 vessels--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 26,229
发布日期 2019-12-10
实施日期 2019-12-10
旧标准 (被替代) GB/T 18442.3-2011
起草单位 查特深冷工程系统(常州)有限公司、上海市气体工业协会、张家港中集圣达因低温装备有限公司、中国特种设备检测研究院、南通中集能源装备有限公司、液化空气(中国)投资有限公司、杭州杭氧低温容器有限公司、荆门宏图特种飞行器制造有限公司、中车长江车辆有限公司、华东理工大学、江苏国富氢能技术装备有限公司、上海华谊集团装备工程有限公司
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2019年第14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 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会

GB/T 18442.3-2019
Static vacuum insulated cryogenic pressure vessels -- Part 3: Design
ICS 23.020.40
J76
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 18442.3-2011
固定式真空绝热深冷压力容器 第3部分:设计
2019-12-10发布
2019-12-10实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅰ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 2
4 一般要求 3
5 设计文件 3
6 载荷 4
7 温度 6
8 压力 6
9 焊接接头系数 6
10 许用应力 6
11 腐蚀裕量 7
12 罐体厚度 7
13 充满率 7
14 真空绝热性能指标 8
15 夹层的真空性能 9
16 耐压试验 9
17 泄漏试验 10
18 结构设计 11
附录A(规范性附录) 风险评估报告 15
附录B(资料性附录) 常见冷冻液化气体热力学数据 16
前言
GB/T 18442《固定式真空绝热深冷压力容器》分为以下7个部分:
---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;
---第7部分:内容器应变强化技术规定。
本部分为GB/T 18442的第3部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分代替 GB/T 18442.3-2011《固定式真空绝热深冷压力容器 第3部分:设计》,与
GB/T 18442.3-2011相比,主要技术变化如下:
---修改了规范性引用文件;
---删除了计算压力、封口真空度等2个术语和定义,增加了有效容积、充满率、额定充满率、维持
时间、静态蒸发率、封结真空度等6个术语和定义;
---按照TSG21的规定,修改了设计的一般要求;
---增加了对设计文件的规定,对设计文件的内容、设计总图和管路系统图应注明的内容等提出明
确的要求;
---修改了对设计载荷的规定,并按载荷的性质进行分类;
---修改了疲劳分析免除准则的规定;
---修改了材料许用应力的规定,按整体规则设计、整体分析设计和局部结构采用应力分析方法,
分别规定相对应的材料许用应力或设计应力强度;对于非金属材料,规定了确定材料许用应力
的安全系数;
---修改了内容器和外壳设计温度的规定;
---增加了最低设计金属温度的规定;
---修改了内容器承受外压的设计压力的规定;
---修改了外壳承受内压的规定;
---修改了腐蚀裕量的规定;
---增加了罐体厚度的规定,取消了2011年版标准中对钢材负偏差的规定;
---修改了充满率的规定,提出确定最大充满率、额定充满率和初始充满率的原则;
---修改了高真空多层绝热深冷容器的静态蒸发率、真空夹层漏气速率、真空夹层漏放气速率和封
结真空度指标,增加了液化天然气(甲烷)的静态蒸发率指标,取消了2011年版表5中封口真
空度作为推荐值的规定;
---增加了罐体泄漏试验的要求;
---修改了真空夹层中吸附剂的设置要求;
---修改了罐体设计的要求;
---增加了焊接结构设计的要求;
---修改了夹层支撑及罐体支座设计的要求;
---增加了结构件与罐体连接的设计要求;
---修改了绝热设计的要求;
---修改了自增压器的设计要求;
---增加了汽化器的设计要求;
---修改了管路系统设计的要求,增加外部管路设计压力、耐压试验压力等的规定;
---增加了附录A“风险评估报告”。
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:查特深冷工程系统(常州)有限公司、上海市气体工业协会、张家港中集圣达因低
温装备有限公司、中国特种设备检测研究院、南通中集能源装备有限公司、液化空气(中国)投资有限公
司、杭州杭氧低温容器有限公司、荆门宏图特种飞行器制造有限公司、中车长江车辆有限公司、华东理工
大学、江苏国富氢能技术装备有限公司、上海华谊集团装备工程有限公司。
本部分主要起草人:陈文锋、周伟明、罗晓钟、杨坤、陈朝晖、罗永欣、滕俊华、陈勤俭、毛荣大、
肖学文、何远新、惠虎、魏蔚、魏勇彪。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 18442.3-2011;
---GB 18442-2001。
1 范围
GB/T 18442的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”)设计的设计文
件、设计参数、性能参数及结构设计等基本要求。
本部分适用于同时满足以下条件的深冷容器:
a) 内容器工作压力不小于0.1MPa;
b) 几何容积不小于1m3;
c) 绝热方式为真空粉末绝热、真空复合绝热或高真空多层绝热;
d) 储存介质为标准沸点不低于-196℃的冷冻液化气体。
本部分不适用于下列范围的深冷容器:
a) 内容器和外壳材料为有色金属或非金属的;
b) 球形结构的;
c) 堆积绝热方式的;
d) 移动式的;
e) 储存标准沸点低于-196℃冷冻液化气体介质的;
f) 储存介质按GB 12268规定为毒性气体的;
g) 国防军事装备等有特殊要求的。
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/T 150-2011(所有部分) 压力容器
GB/T 1448 纤维增强塑料压缩性能试验方法
GB/T 1450.1 纤维增强塑料层间剪切强度试验方法
GB/T 9341 塑料 弯曲性能的测定
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 20801.3-2006 压力管道规范 工业管道 第3部分:设计和计算
GB/T 20801.5 压力管道规范 工业管道 第5部分:检验与试验
GB/T 24511 承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带
GB/T 26929 压力容器术语
GB/T 31481 深冷容器用材料与气体的相容性判定导则
HG/T 21574 化工设备吊耳设计选用规范
JB4732 钢制压力容器 分析设计标准
NB/T 47041 塔式容器
NB/T 47065.1 容器支座 第1部分:鞍式支座
NB/T 47065.2 容器支座 第2部分:腿式支座
NB/T 47065.4 容器支座 第4部分:支承式支座
TSG21 固定式压力容器安全技术监察规程
3 术语和定义
GB/T 150、GB/T 18442.1和GB/T 26929界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
有效容积
在使用状态下,深冷容器允许充装冷冻液化气体的液体最大液体体积。
3.2
充满率
深冷容器充装冷冻液化气体的液体体积与内容器的几何容积之比。
3.3
额定充满率
深冷容器充装时,充装液体量达到设计规定最高液面时的液体体积与内容器几何容积之比。
3.4
维持时间
按额定充满率充装冷冻液化气体,内部静置的冷冻液化气体在大气压力下与外部环境温度达到热
平衡后,补液至额定充满率,且关闭气相阀门后,内容器从环境大气压力开始上升到安全泄放装置整定
压力所经历的时间,且换算为标准大气压(1.01325×105Pa)和设定环境温度(20℃)下的时间。
注:单位为小时(h)。
3.5
静态蒸发率
深冷容器在额定充满率下,静置达到热平衡后,24h内自然蒸发损失的冷冻液化气体质量与内容
器有效容积下冷冻液化气体质量的百分比,换算为标准大气压(1.01325×105Pa)和设定环境温度
(20℃)状态下的蒸发率值。
3.6
夹层真空度
深冷容器中夹层空间的气体绝对压力。
3.7
封结真空度
罐体夹层抽真空结束并且封闭抽真空接口后,在常温下真空夹层压力相对稳定时的真空度。
3.8
真空夹层漏气速率
单位时间内漏入真空夹层的气体量。
3.9
真空夹层放气速率
真空夹层内材料、器壁表面等在单位时间内放出的气体量。
3.10
真空夹层漏放气速率
真空夹层漏气速率与真空夹层放气速率之和。
4 一般要求
4.1 深冷容器的设计除应符合本部分的要求外,还应符合TSG21和GB/T 150.3的规定。
4.2 设计单位应严格依据设计委托方所提供的深冷容器设计条件,综合考虑所有相关因素、失效模式
和足够的安全裕量,以保证深冷容器具有足够的强度、刚度、稳定性和耐腐蚀性。同时应考虑深冷容器
的夹层支撑、支座、吊耳等主要受力构件与罐体的焊接接头的强度要求,确保深冷容器在设计使用年限
内的安全。
4.3 罐体、管路、安全附件、仪表及装卸附件的布置应满足使用和安全的要求。
4.4 风险评估报告的基本内容应符合附录A的规定。常见冷冻液化气体热力学数据参见附录B。
5 设计文件
5.1 深冷容器的设计文件应至少包括下列各项:
a) 风险评估报告,包括设计、制造及使用等阶段的主要失效模式和风险控制等;
b) 设计说明书,包括对充装介质的主要物理、化学性质(编号、名称、类别及与工作温度相对应的
饱和蒸气压力与密度等),危险特性,混合介质的限制组分以及有害杂质的限制含量要求,与罐
体材料相容性等作出说明,还应对设计规范与标准的选择、主要设计结构的确定原则、主要设
计参数的确定原则、材料的选择、安全附件的选择、仪表及装卸附件的选择、自增压器等的选用作出说明;
c) 设计计算书,包括罐体强度、刚度、外压稳定性、结构强度应力分析报告(需要时)、容积、传热、
安全泄放量、超压泄放装置的排放能力的计算、夹层支撑及罐体支座的强度计算等;
d) 设计图样,至少包括总图、内容器图、管路系统图及流程图等,必要时还应提供深冷容器基础条件图等;
e) 制造技术条件,包括主要制造工艺要求、检验与试验方法等;
f) 安装与使用维护说明书,包括主要技术性能参数、充装的介质特性、安全附件、仪表及装卸附件
的规格和连接方式、操作说明、维护说明、使用应注意的事项、必要的警示性告知以及应急措施等。
5.2 设计总图上应至少注明下列内容:
a) 产品名称、型号、容器类别,设计、制造所依据的安全技术规范和产品标准;
b) 工作条件,包括工作压力、工作温度、介质特性(毒性、爆炸危害程度、氧化性等);
c) 设计条件,包括设计温度、最低设计金属温度、设计载荷(包含压力载荷和其他应考虑的载荷)、
介质(组分)、焊接接头系数、腐蚀裕量、自然条件(环境温度、地震设防烈度、基本风压或风速、
基本雪压等),对有应力腐蚀倾向的还应注明腐蚀介质的限定含量;
d) 内容器主要受压元件、外壳壳体和管路的材料牌号与材料标准;
e) 主要特性参数,包括深冷容器内容器的几何容积、额定充满率、夹层的几何容积、深冷容器自重
和盛装介质重量等;
f) 内容器封头与筒体的计算厚度、名义厚度和最小成型厚度,外壳封头与筒体的名义厚度和最小成型厚度;
g) 外形尺寸;
h) 深冷容器设计使用年限;
i) 耐压试验和泄漏试验要求;
j) 制造要求,包括无损检测要求、热处理要求(必要时)、对表面清洁处理的要求、氮气或惰性气体
置换要求、外壳表面处理与涂敷的要求等;
k) 罐体绝热方式、真空绝热性能指标和夹层真空性能指标等;
l) 罐体安全附件、仪表和装卸附件的规格、性能参数和连接方式;
m) 管口的方位、规格、连接法兰标准等;
n) 产品铭牌位置;
o) 包装、运输和安装要求。
5.3 管路系统图应至少注明以下内容:
a) 管路系统设计、制造所依据的标准;
b) 设计参数,包括设计温度、设计压力、焊接接头系数等;
c) 管路受压元件材料牌号以及材料标准号、规格等;
d) 安全附件(包括管路超压泄放装置)、仪表及装卸附件的型号、规格、性能参数、连接方式、管口方位等;
e) 无损检测要求;
f) 耐压试验要求;
g) 泄漏试验要求。
6 载荷
6.1 总体要求
深冷容器应能承受在正常操作和空罐运输等可能出现的各种工况条件下的机械载荷(含压力载荷、
重力载荷、惯性力载荷和动力载荷)及热应力载荷,并考虑这些载荷可能发生的最苛刻的组合。同时,应
考虑在设计使用年限内由于内容器压力波动等造成的结构疲劳失效。
6.2 内容器设计载荷
6.2.1 压力载荷应考虑下列载荷:
a) 内压、外压或最大压差;
b) 储液量达到额定充满率时,介质产生的液柱静压力。液柱静压力按介质在标准大气压下沸点
的密度进行计算。
6.2.2 重力载荷应考虑下列载荷:
a) 内容器的自重以及附在内容器上的绝热材料、夹层管路等附件的重力载荷;
b) 正常工作条件下或耐压试验状态下,内容器盛装介质的重力载荷。
6.2.3 动力载荷应考虑下列各项引起的载荷:
a) 内容器充液时,液体流动对内容器的冲击力;
b) 介质压力急剧波动引起的冲击载荷;
c) 地震载荷。
6.2.4 热应力载荷至少应考虑下列工况下,由温度递变引起的不均匀应变载荷以及内容器与夹层管路
的热膨胀或冷收缩所引起的管路反作用力:
a) 内容器从环境温度冷却到工作温度过程中,内容器在支撑点处承受的载荷。
b) 由于内容器、夹层管路的热膨胀或冷收缩引起的管路施加于内容器的反作用力,并至少考虑下
列3种工况:
1) 预冷工况:内容器热状态,夹层管路冷状态,外壳热状态;
2) 充装及出液工况:内容器、夹层管路均是冷状态,外壳热状态;
3) 储存液体工况:内容器冷状态,夹层管路热状态,外壳热状态。
c) 罐体制造过程中夹层加热抽真空时,由于内容器与外壳处于不同的温度,应考虑下列连接处的载荷:
1) 内容器在支撑点处的热应力载荷;
2) 夹层管路施加于内容器连接处的热应力载荷。
6.2.5 空罐运输过程中,夹层支撑结构承受的惯性力载荷按下列要求转换成等效的静态力,最大质量
取内容器及其附件质量之和:
a) 运动方向:最大质量乘以2倍重力加速度;
b) 与运动方向垂直的水平方向:最大质量乘以重力加速度;
c) 垂直向上:最大质量乘以重力加速度;
d) 垂直向下:最大质量乘以2倍重力加速度。
6.3 外壳设计载荷
6.3.1 压力载荷应考虑由于内压或外压引起的载荷。
6.3.2 重力载荷应考虑在正常工作条件下罐体支座承受的重力载荷(罐体和外部管路、扶梯、平台等附
件的自重)以及在正常工作条件下或试验状态下内容器盛装的介质的重力载荷。在支座连接处外壳承
受的支反力等于支座承受的重力载荷。
6.3.3 热应力载荷应考虑6.2.4b)、c)工况下,夹层管路施加于外壳的载荷。
6.3.4 惯性力载荷至少应考虑下列a)和b)工况下运输支座或吊耳施加于外壳的载荷:
a) 空罐运输过程中,深冷容器运输支座承受的惯性力载荷等于其空罐时的质量乘以6.2.5规定
的不同方向的惯性力载荷系数;
b) 计算空罐吊装时,罐体吊耳承受的惯性力载荷,载荷系数按照HG/T 21574的规定;
c) 罐体与运输支座或吊耳连接处所承受的惯性力等于运输支座或吊耳的支反力。
6.3.5 动力载荷应考虑风载荷、地震载荷和雪载荷等载荷的作用。
6.3.6 对于立式深冷容器应考虑在制造、运输、吊装工况中,罐体处于卧置状态时,夹层支撑件承受的
载荷以及外壳在支撑处的支反力。
6.4 疲劳分析的免除准则
6.4.1 满足6.4.2、6.4.3或6.4.4任一条的所有要求时,可免除疲劳分析。否则,内容器应按照JB4732
进行疲劳分析设计。
6.4.2 对于循环次数≤106 的内容器,如所设计的深冷容器与已有成功使用经验的深冷容器具有可类
比的形状与载荷条件,且经过了足够长时间的操作,并有使用经验证明的,可免除疲劳分析。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;
c) 位于成型封头过渡区的连接件和接管。
6.4.3 内容器采用奥氏体型不锈钢材料时,下列各项循环次数的总和不超过4000次:
a) 包括充装与出液在内的全范围压力循环的预计(设计)循环次数;
b) 内容器的压力波动范围超过50%设计压力的工作压力循环的预计(设计)循环次数;
c) 包括管路在内的任意相邻两点之间金属温差波动的有效次数,该有效次数的计算方法按
JB4732的相关规定;
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,其中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。
6.4.4 满足JB4732规定的相应的疲劳分析免除条件。
7 温度
7.1 设计温度
7.1.1 内容器的设计温度应不低于元件金属在正常工况下可能达到的最高工作温度。
7.1.2 外壳的设计温度应考虑环境温度和使用条件的影响,且不低于50℃。
7.1.3 对各元件进行稳定性校核时,其设计温度考虑正常工作条件下及罐体加热抽真空时可能出现的
最高温度。
7.2 最低设计金属温度
7.2.1 内容器的最低设计金属温度应考虑正常工作条件下及检验、试验条件下介质最低工作温度对内
容器金属温度的影响,且应不高于介质的沸点。
7.2.2 外壳的最低设计金属温度,应考虑使用地点大气环境低温以及使用条件(如外壳悬挂汽化器)对
罐体外壳金属温度的影响,且不高于-20℃。
8 压力
8.1 设计压力
8.1.1 内容器的设计压力应按下列要求确定:
a) 内压不小于充装、出液工况的工作压力,且不小于设计温度下介质的饱和蒸气压力(表压);
b) 外压应不小于深冷容器在制造、运输、充装、出液、检验与试验或其他工况中可能出现的最大内
外压力差。
8.1.2 外壳的设计压力按下列要求确定:
a) 内压应不低于外壳防爆装置设定的排放压力,当采用真空粉末绝热时,还应考虑粉末充填时夹
层可能出现的最大内压;
b) 外压不小于0.1MPa。
8.2 计算压力
8.2.1 内容器受压元件的计算压力应不小于设计压力、液柱静压力与0.1MPa之和。
8.2.2 当液柱静压力小于设计压力的5%时,可忽略不计。
9 焊接接头系数
9.1 内容器的焊接接头系数取1.0。
9.2 外壳的焊接接头系数取0.85。
10 许用应力
10.1 当罐体承受压力载荷时,采用规则设计的罐体材料的许用应力按GB/T 150.2的规定选取,采用
分析设计的罐体材料的设计应力强度按JB4732的规定选取。
10.2 采用规则设计的罐体,局部结构采用应力分析设计时,材料的设计应力强度按GB/T 150.2中对
应材料的许用应力确定。
10.3 当罐体采用的材料在GB/T 24511中规定了Rp1.0值,且在设计文件中提出了钢板附加检验Rp1.0
值时,可使用Rp1.0来确定材料的许用应力值。
10.4 罐体夹层内支撑件、罐体支座(或裙座)、吊耳等受力构件,其许用应力不大于以下要求确定的值,
且满足相应受力构件标准的要求,其最大应力强度或最大当量应力不超过0.75倍的材料常温屈服
强度:
a) 具有明确屈服点的材料,其许用应力不大于材料标准常温下的屈服强度除以1.5;
b) 不具有明确屈服点的材料,其许用应力不大于材料标准常温下的0.2%规定塑性延伸强度除以
1.5;
c) 低温用环氧玻璃钢等非金属材料(管、棒或板),其弯曲、压缩和剪切的许用应力值应为相应产
品标准规定的常温下对应方向弯曲、压缩和剪切强度值除以安全系数,安全系数不小于4。试
样弯曲、压缩和剪切的试验方法应分别符合GB/T 9341、GB/T 1448和GB/T 1450.1的规定。
10.5 当地震载荷或风载荷与6.2中其他载荷相组合时,允许罐体承压元件和承力构件的设计应力不
超过许用应力的1.2倍,其组合要求按相应标准的规定。
10.6 螺栓材料在不同温度下的许用应力按GB/T 150.2和相应标准的规定选取。
11 腐蚀裕量
11.1 深冷容器的腐蚀裕量应由设计者根据设计委托方提供的条件确定。
11.2 对于有均匀腐蚀或磨损的元件,应根据深冷容器预期的设计使用年限和介质对材料的腐蚀速率
(及磨损速率)确定腐蚀裕量。内容器为奥氏体型不锈钢材料时,一般不考虑均匀腐蚀。
11.3 罐体各元件受到的腐蚀程度不同时,可采用不同的腐蚀裕量。
11.4 碳素钢或低合金钢制外壳内表面一般不考虑腐蚀。当外壳外表面有可靠的防腐蚀措施时,可不
考虑腐蚀裕量;当外壳外表面无可靠的防腐蚀措施时,其腐蚀裕量应不小于1mm。
12 罐体厚度
12.1 罐体最小厚度的确定应考虑制造、运输、安装等因素的影响,内容器和外壳的壳体加工成型后不
包括腐蚀裕量的最小厚度应符合下列要求:
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