ICS23.020.40 J 76
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T18442.3—2019 代替GB/T18442.3—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 vessels-
Part 3 : Design
2019-12-10实施
2019-12-10 发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T18442.3—2019
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
1
一般要求设计文件载荷
4 5 6
7 温度 9
压力 9 焊接接头系数 10 许用应力 11 腐蚀裕量 12 罐体厚度 13 充满率 14 真空绝热性能指标 15 夹层的真空性能 16 耐压试验· 17 泄漏试验 18 结构设计附录A（规范性附录） 风险评估报告附录B（资料性附录） 常见冷冻液化气体热力学数据
9 10
11
15 16 GB/T18442.3—2019
前言
GB/T18442《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；一第3部分：设计；一第4部分：制造；第5部分：检验与试验；一第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/T18442的第3部分。 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本部分代替GB/T18442.3一2011《固定式真空绝热深冷压力容器 第3部分：设计》，与
GB/T18442.3一2011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；一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；
一
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；一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；
一 修改了真空夹层中吸附剂的设置要求：一修改了罐体设计的要求；一增加了焊接结构设计的要求；一修改了夹层支撑及罐体支座设计的要求；
1 GB/T18442.3—2019
增加了结构件与罐体连接的设计要求；一 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/T18442.3—2011; —GB18442—2001。
II GB/T18442.3—2019
固定式真空绝热深冷压力容器
第3部分：设计
1范围
GB/T18442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1m"； c） 绝热方式为真空粉未绝热、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一196℃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) 储存标准沸点低于一196℃冷冻液化气体介质的； f) 储存介质按GB12268规定为毒性气体的； g) 国防军事装备等有特殊要求的
规范性引用文件
2
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。
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1 GB/T18442.3—2019
NB/T47065.4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/T150、GB/T18442.1和GB/T26929界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
有效容积effectivevolume 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fillingrate 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specifiedfillingrate 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holdingtime 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 static evaporation rate 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，换算为标准天气压（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annularspacevacuumdegree 深冷容器中夹层空间的气体绝对压力。
3.7
封结真空度sealing-offvacuumdegree 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leakagerateofvacuumannularspace 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outgassingrateofvacuumannularspace 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outgassingandleakagerateofvacuumannularspace 真空夹层漏气速率与真空夹层放气速率之和。
2 GB/T 18442.3—2019
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/T150.3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。
SAG
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；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；
c)
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）；
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）、
c）
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)I 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) 内容器封头与简体的计算厚度、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
3 GB/T18442.3—2019
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； 1) 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 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 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。
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