GBT 18442.3固定式真空绝热深冷压力容器设计.pdf
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1、 中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准 GB/T 18442.3- 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 Static Vacuum Insulated Cryogenic Pressure Vessel -Part 3:Design (征求意见稿 2018.2) -发布 -实施 发布发布 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 ICS 23.020.40 J 76 GB/T 18442.3- I 目 次 前 言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 .
2、1 4 一般要求. 2 5 设计文件. 2 6 载荷 . 3 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 . 7 15 夹层的真空性能 . 8 16 内容器耐压试验 . 9 17 泄漏试验 . 10 18 对真空夹层中吸附剂的使用要求 . 10 19 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)常见介质热力学数据 . 16 GB/T 18442.3- I 前 言 本标准 GB/T 18442固定式真空绝热深冷压力
3、容器分为以下七个部分: 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:设计。本部分按照 GB/T 1.1-2009标准化工作导则给出的 规则起草。 本部分代替 GB/T 18442.32011固定式真空绝热深冷压力容器 第 3 部分:设计。与 GB/T 18442.32011 相比,主要技术变化如下: 修改了规范性引用文件,部分强制性国家标准改为推荐性国家标准; 修改了术语和定义,将“封口真空度”改
4、为“封结真空度”; 参考 GB/T 150.1 第 4.3.1 的规定,修改了设计的一般要求; 增加了对设计文件的规定,对设计文件的种类、设计总图和管路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,按载荷的性质进行分类; 修改了对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; 修改了对内容器设计外压的规定; 修改了外壳承受内压的规定; 修改了对内容器和外壳设计温度的规定; 增加了对最低设计金属温度的规定; 修改了对腐蚀裕量的规定; 增加了对罐体厚度的规定
5、,取消原 GB/T 18442.3 第 4.7 中对钢板负偏差的规定; 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,封口真空度改为封结真空度,取消了原表 5 中封口真空度作为推荐值的注明; 增加了对罐体泄漏试验的要求; 修改了对真空夹层中吸附剂的使用要求; 修改了结构设计的一般要求; 增加了对焊接结构设计的一般要求; 修改了支承及支座设计的要求; 增加了对结构件连接的设计要求; 修改了绝热设计的要求; GB/T 18442.3- III 修改了自增压汽化器的设计要求,除应满足用户在
6、正常工作状态和应急状态对深冷容器供液 (供气)流量的要求外,同时应考虑过冷的冷冻液化气体对增压汽化器功能的影响; 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”; 将原附录 A“常见深冷液体物性参数”改为附录 B“常见介质热力学数据”; 细化了原附录 A 的表 A.2 中的数据,将温度间隔从 5K 缩小至 2K,并给出了相对应的热力 学数据; 修正了原附录 A 的表 A.4 中温度 135K 以上的蒸气比体积的数据。 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。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的
7、发布机构不承担识别这些专利的责任。 本部分起草单位: 本部分主要起草人: 本部分所代替标准的历次版本发布情况为: GB/T 18442.32011; GB 184422001。 GB/T 18442.3- 1 固定式真空绝热深冷压力容器 第 3 部分:设计 1 范围 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、 材料许用应力、结构设计及性能参数等基本要求。 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(所
8、有部分) 压力容器 GB/T 713 锅炉和压力容器用钢板 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 3274 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 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 18442.2 固定式真空绝热深冷压力容器 第 2 部分:材料 GB/T 20801.3 压力管道规范 工业管道 第 3 部份 设计与计算 GB/T 26929 压力容器术语 HG/T 21574 化工设备吊耳及工程技术要求 JB 473219
9、95 钢制压力容器分析设计标准(2005 年确认) JB/T 4712.14712.4 容器支座 NB/T 47041 塔式容器 NB/T 47042 卧式容器 3 术语和定义 GB/T 150、GB/T 18442.1、GB/T 18442.2和GB/T 26929中确立的以及下列术语和定义适用于本文 件。 3.1 夹层真空度 interspaced vacuum degree 深冷容器中夹层空间的气体绝对压力。 3.2 封结真空度 sealing-off vacuum degree 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。 3.3 真空夹层漏气速率
10、leakage of vacuum interspace 单位时间内漏入真空夹层的气体量。 3.4 真空夹层放气速率 outgassing rate of vacuum interspace GB/T 18442.3- 2 真空夹层内材料、器壁表面等在单位时间内放出的气体量。 3.5 真空夹层漏放气速率 outgassing and leakage of vacuum interspace 真空夹层漏气速率和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标准的要求外,还应符合TSG 21和GB/T 150.3的规定。 4.2 设计单位应严格依据用户或者设计委托方所提供的
11、深冷容器设计条件进行设计, 应考虑深冷容器 在预期的使用工况中可能出现的所有失效模式,并基于失效模式进行设计。 4.3 罐体采用规则设计时,罐体的强度计算和外压稳定性校核应按GB/T 150.3的规定;采用分析设计 时,应符合JB 4732的规定。 4.4 当罐体总体按GB/T 150.3进行设计、局部结构采用应力分析方法设计时,应力分类及应力分析结 果的评定方法应符合JB 4732的规定。 4.5 对于充装液氧的深冷容器,可能与氧介质或者富氧环境相接触的管路、阀门等部件的材料应与氧 相容。 4.6 罐体、管路、安全附件、仪表及装卸接口的布置应满足使用和安全的要求。 5 设计文件 5.1 深冷
12、容器的设计文件应至少包括下列文件: 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,其基本内容应 符合附录 A 的要求; b) 设计说明书,包括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 和蒸气压力和密度等)、危害性、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 材料相容性等做出说明,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、 主要外购部件(如 增压汽化器)等的选用做出说明; c) 设计计算书,至少包括罐体强度、刚度、外压稳定性、结构强度应力分析
13、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、内容器支撑结构及罐体支座的 强度计算等; d) 设计图样,包括总图、罐体及部件图、管路系统及流程图等,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、仪表及接口 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标准; b) 工作条件,包括工作压力、工
14、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(包含压力在内的所有应当考虑的 载荷)、介质(组分)、焊接接头系数、腐蚀裕量、自然条件(环境温度、地震烈度、风和雪 载荷等),对有应力腐蚀倾向的还应当注明腐蚀介质的限定含量; GB/T 18442.3- 3 d) 主要受压元件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、有效容积、额定充满率、真空夹层的几何 容积、深冷容器自重等; f) 内容器和外壳的封头与筒体的计算厚度、名义厚度和最小成形厚度; g) 外形尺寸; h) 设计使用年限; i) 制造要求,包括选用
15、的焊接材料牌号、无损检测要求、耐压试验和泄漏试验要求,对表面清 洁处理的要求、氮气或者惰性气体置换要求等、产品焊接试件的要求、绝热方式、夹层真空 性能指标、真空绝热性能指标和外壳表面处理与涂敷的要求; j) 夹层真空设计使用年限等; k) 安全附件和仪表的规格、 性能参数和连接方式, 安全阀的整定压力或爆破片的设计爆破压力; l) 管口方位、规格、连接法兰标准等; m) 产品铭牌位置; n) 包装、运输和安装要求。 5.3 罐体图上应至少注明下列内容: a) 主要受压元件材料牌号、规格、标准及要求; b) 主要设计参数,包括设计温度、设计压力、最低设计金属温度、腐蚀裕量、介质密度、额定 充满率
16、、充装介质及介质的危害性、内容器和真空夹层的几何容积、焊接接头系数等,介质有应力 腐蚀倾向的还需注明腐蚀介质的限定含量; c) 内容器与外壳的圆筒、封头的计算厚度、名义厚度和最小成形厚度; d) 无损检测要求; e) 热处理要求(必要时) ; f) 耐压试验要求; g) 罐体真空绝热型式、真空性能指标、真空绝热性能指标、真空设计使用年限等; h) 防腐蚀要求(必要时) ; i) 罐体设计使用年限(疲劳罐体应标明循环次数) 。 5.4 外部管路图应至少注明以下内容 : a) 设计参数,包括设计温度、设计压力、焊接接头系数等; b) 主要受压元件材料牌号以及材料标准号、规格等; c) 安全附件、仪
17、表、装卸附件的型号、规格、连接密封面形式、管口方位等; d) 无损检测要求; e) 耐压试验要求; f) 泄漏试验要求。 6 载荷 6.1 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,设计时应考虑这些载荷可能发生的最苛刻的组合。 同时,还应考虑在设计使用年限内由于内容器压力波动等而造成的结构疲劳失效。 6.2 内容器设计时应考虑以下载荷并考虑可能的发生的最苛刻的组合。 6.2.1 压力载荷应考虑下列a)和 b)项要求的载荷: a) 内压、外压或最大压差; GB/T 18442.3- 4 b) 储液量达到
18、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 大气压下沸点时的密度进行计算。 6.2.2 重力载荷应考虑下列的载荷: a) 内容器的自重,以及附在内容器上的附件如绝热材料、夹层管路等的重力载荷; 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由温度递度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
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