낮은 온도 압력 용기 는 무엇 입니까?

핵심 질문에 답합니다.낮은 온도 압력 용기 는 무엇 이며, -46°C 이하의 안전 작동 을 위해 어떤 재료 와 설계 변경 이 필요 합니까?낮은 온도 압력 용기 는 -46°C 이하의 운용을 위해 설계된 ASME 섹션 VIII 코드 용기 (탄소강이 깨지기 성향으로 전환하는 기준) 이다.검증된 낮은 온도 강도를 가진 재료를 필요로 하는* 최소 설계 금속 온도 (MDMT) *는 재료 선택을 결정합니다: -46°C 이하, 정규화된 얇은 곡물 탄소 강철 (SA-516 Gr.70N) 와 함께 Charpy V-notch (CVN) 충돌 테스트는 ASME 섹션 VIII UG-84에 따라 필요합니다.-104°C 이하의 경우 9% 니켈 스틸 (SA-353) 또는 오스텐이트 스테인리스 스틸 (304L/316L) 이 사용된다. -196°C 이하의 경우 LNG (-162°C) 에 오스텐이트 스틸, 알루미늄 (5083) 또는 9% 니 스틸만 적합하다.액체 산소 (-183°C), 액체 질소 (-196°C) 서비스.

1낮은 온도 서비스의 기본 설계 원칙

Low-temperature vessel design centers on preventing brittle fracture—a catastrophic failure mode where a crack propagates at near-sonic velocity through the vessel wall with no measurable plastic deformation3가지 금속공학과 설계 원칙이 안전한 운용을 지배합니다.

• **차피 V등급 충격 견고성 검증:**ASME 제8부 UG-84는 CVN 충돌 테스트를 MDMT 또는 그 이하에서 의무화합니다. 시험 표본 (10*10*55mm, 2mm V-notch, ASTM E23에 따라 가공) 은 팽창 망치로 치게됩니다.흡수된 에너지는 (주울) 이 재료 두께에 기초한 최소 지정 값을 초과해야 합니다.-46°C에서 SA-516 Gr.70N의 경우 최소 CVN은 18-27 J ( 두께에 따라) 이다. -196°C에서 9% Ni 강철 (SA-353) 의 경우 안정화된 오스텐이트 단계로 인해 40-70 J의 CVN 값을 달성 할 수 있습니다.부근 확장 (최저 0).38mm) 및 * 깎아 찢어지는 외모 * (전형 표본의 경우 최소 70%) 는 2차 수용 기준을 제공합니다.
• **유연성에서 부서지기 쉬운 전환 온도 (DBTT) 제어:**BCC (body-centered cubic) 금속은 탄소강, 저연금강, 크롬 페리틱 등급이 DBTT를 나타냅니다. 이 경우 골절 모드가 유연성 (microvoid coalescence) 에서 부서지기 쉬운 (cleavage) 로 바뀐다.탄소 강철 DBTT는 대략 -20°C ~ -40°C-46°C 이하의 서비스에는 오스텐이트 물질 (FCC 구조, DBTT가 없습니다) 또는 니켈 추가로 DBTT를 -196°C 이하로 낮추는 9% 니제인 강철이 필요합니다.*50% FATT (Fracture Appearance Transition Temperature), 50%의 융통성, 50%의 부서지기 쉬운 골절이 관찰되는 경우, MDMT보다 최소 15-30°C 낮아야 합니다.5°C 이상 미세한) 및 열처리를 정상화하면 DBTT가 10-20°C 감소합니다..
• **열압 및 차분 확장 관리:**낮은 온도 용기에는 차가운 내부 용기와 주변 온도 외부 자켓 또는 지원 사이에 극심한 차차 열 팽창이 발생합니다.-162°C의 9% 니제일 내부 용기와 +20°C의 탄소 강철 외부 용기, 차차 수축은 약 2.7 mm/m 길이이며, 모든 파이프에 유연한 연결 (유연한 벨 또는 유연한 금속 튜브) 이 필요합니다.*ASME 제8 섹션 3 부록*은 냉선 용기에 대한 지원 주름의 설계에 대해 다루고 있습니다.: 스커트와 껍질의 접합에는 열전환 섹션이 포함되어야 열압력을 금속 온도에서 양력 강도 이하로 제한합니다..02-0.04 W/mK 진공에서) 는 이중벽 LNG 저장 탱크의 내부 및 외부 용기 사이의 고리 공간을 채웁니다.

2낮은 온도 압력 용기의 주요 유형

저온 용기들은 그 안에 들어있는 액화 가스, 대응하는 MDMT 및 재료 전략에 의해 분류됩니다.산업용 설비의 대부분을 차지하는 주요 응용 분야는 세 가지입니다.:

• **LNG 저장 및 가공 선박 (MDMT -162°C):**이 쌍벽 평면 바닥 탱크 (1,000~200,000m3 용량) 는 -162°C의 액화 천연 가스를 저장합니다.내부 용기 는 9% Ni 강철 (SA-353) 으로 되어 있으며, 500 m3 이하의 공장 제조 압력 용기 의 벽 두께 는 10-25 mm 이다., 또는 작은 공정 용기에 대한 스테인리스 스틸 304L. 외부 용기 (탄소 스틸) 는 펄라이트 진공 단열을 포함하고 있으며, 큰 저장 탱크에서 하루 0.05-0.1%까지 끓는 비율을 감소시킵니다.ASME 제8부 1부와 부록 (냉온 추가 요구 사항) 또는 API 620 부록 Q는 설계에 관한 사항입니다., 모든 용접의 100% UT 검사 및 스트레스 완화 PWHT 550-585 ° C에서 (9% Ni 강철의 완화 미세 구조를 보존하기 위해 Ac1 온도 이하).
• **크로에겐 가스 처리 용기 (MDMT -104°C ~ -196°C):**이 ASME 용기 는 공기 분리 장치 (ASU), 에틸렌 냉장고 및 질소 액화 공장 을 사용 합니다. -104 ° C (에틸렌 냉장) 까지 사용 하기 위해, 3.5% 니 스틸 (SA-203 Gr.D) 또는 304L 스테인레스 스틸이 지정됩니다.-196°C 서비스 (액성 질소, 산소, 아르곤) 를 위해, 완전히 오스텐리트 304L/316L 또는 알루미늄 5083-O가 사용됩니다. 이러한 FCC 금속은 DBTT가 없기 때문에.,-162 °C에서 9% Ni 강철의 *평균 특이 열*은 0.45 kJ/kgK (환경 상태에서 0.50 대) 이다.그리고 열 수축 계수는 1입니다..2*10−5 /°C, 지지점에서의 열 전환 구간이 필요합니다.
• **액수소 및 헬륨 용기 (MDMT -253°C ~ -270°C):이 극저온 용기들은 액체 수소 (-253°C) 를 위해 아우스테니트 스테인리스 스틸 304L 또는 316L, 액체 헬륨 (-269°C) 을 위해 아우스테니트 스틸 또는 알루미늄을 사용합니다.진공 단열 설계 (다층 단열이있는 내부 용기), 30-100 층 (실공 장장 외부 껍질 안쪽) 은 열 누출을 < 1 W/m2까지 줄입니다. 액체 헬륨의 경우, 0.5-2.0 W/m2 열 흐름을 달성하는 * 초 단열 *이 필수적입니다.헬륨의 증발의 잠복 열은 2.18 kJ/L (LNG의 경우 226 kJ/L) 는 액티브 리리프 환기를 가진 10-50 m3의 운송 선박에서 하루에 0.3-1.0%의 발열율이 전형적입니다.

낮은 온도 압력 용기 재료 비교 행렬

자주 묻는 질문 (FAQ)

질문: 최소 설계 금속 온도 (MDMT) 는 무엇이며 왜 중요한가?

A: MDMT는 기체가 시작, 종료 및 비정상적인 조건을 포함하여 압력 하에서 작동 할 것으로 예상되는 가장 낮은 금속 온도입니다.ASME 섹션 VIII는 모든 압력 운반 재료가 MDMT 또는 그 이하의 Charpy V-notch 충격 강도를 검증해야 한다고 요구합니다.MDMT 이하의 탄소 강철 선박을 운영하면 플라스틱 변형이 없이 벽을 통해 거의 음속 속도로 퍼져 나가는 파열이 발생할 위험이 있습니다.MDMT는 선박 이름판에 스탬프되어 있으며 ASME 제8조 UG-20 (f) 또는 코드 케이스 2216에 따라 엔지니어링 분석없이 초과되어서는 안됩니다..

Q: 왜 LNG 저장 선박에 스테인리스 스틸 대신 9% 니켈 스틸이 사용되나요?

A: 9% Ni 강철 (SA-353) 은 최적의 균형을 제공합니다: 그것은 -196 ° C 이하의 DBTT를 가지고 있습니다 (-162 ° C에서 LNG에 적합합니다), 아우스테니틱 스테인레스 스틸보다 높은 강도 (515 MPa 대 205 MPa 304L의 양력),더 얇은 벽과 저렴한 비용을 허용합니다.), 아우스테니트 성질보다 열 수축이 낮습니다. 9% Ni 추가로 완화 된 마르텐시트 매트릭스 사이의 유지 된 아우스테니트 단계를 안정시킵니다.낮은 온도 강도를 제공하는. 9% 니제철은 탄소 철강의 약 3%가지만 스테인리스 철강의 0.5%만 소요되므로 큰 LNG 저장 탱크의 경제적인 선택입니다.

질문: 다층 단열 (MLI) 은 무엇이며, 어떻게 냉동 용기에 열 누출을 줄이는가?

A: MLI는 반사성이 높은 알루미늄 엽 (12-25μm 두께) 와 저전도성 간격물 (유리 종이 또는 폴리에스터 네트워크, 0.05-0.15mm 두께) 의 30-100개의 교대 층으로 구성됩니다.내부 및 외부 용기 사이의 진공 반기에 설치되어 있습니다.각 포일 레이어는 적외선 방사선의 95-97%를 반사하고, 30+ 레이어와 함께 잔류 방사선 열 전달은 빈 진공에 비해 200-300% 감소합니다.고 진공 (<10−3 mbar) 에서 제대로 설치된 MLI의 효과적 열전도율은 0.00005-0.0002 W/mK, 큰 LNG 탱크에 대해 0.05-0.1%/일, 작은 LH2 운송 선박에 대해 0.3-1.0%/일까지 끓는 비율을 달성합니다.

질문: ASME 충격 테스트 면제 사항은 무엇이며 저온 용기에 어떻게 적용됩니까?

A: ASME 섹션 VIII UG-20 (f) 및 그림 UCS-66는 재료 두께와 MDMT에 기초한 충격 테스트 면제를 제공합니다.얇은 재료 (< 10mm) 는 -48°C 이하의 온도에서 면제 될 수 있습니다.-46°C 이하에서 작동하는 용기에서는예외는 거의 적용되지 않습니다 MDMT에서의 충돌 테스트는 대부분의 두께와 재료 등급에 필수적입니다..코드 케이스 2216는 API 579-1/ASME FFS-1에 따른 *실패 평가 다이어그램*을 이용한 파열 메커니즘 분석이 적당한 결함 허용도를 입증하는 경우 충돌 테스트 없이 MDMT를 줄일 수 있습니다.하지만 이것은 첨단 엔지니어링 분석과 규제 승인을 필요로 합니다.

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