液化天然氣儲罐的設計溫度和設計金屬溫度
閱讀：5發(fā)布時間：2026-8-27
設計溫度是壓力容器設計中的一個重要參數(shù)，《壓力容器 第1部分：通用要求》GB150.1-2011第3.1.7條是這么定義的：
3.1.7
設計溫度design temperature
容器在正常工作情況下，設定的元件的金屬溫度(沿元件金屬截面的溫度平均值)。設計溫度與設計壓力一起作為設計載荷條件。
正常工作狀態(tài)不可能一成不變，所以按照正常邏輯，設計溫度應該是個范圍，比如一個常溫的儲罐，他的設計溫度范圍大概就是當?shù)厮募咀兓牡蜏睾透邷?通常在此基礎上向下、向上圓整，并留出一定裕量)。設計溫度和設計壓力主要是為設計載荷服務的，在《壓力容器 第3部分：設計》GB150.3-2011中，設計溫度并不直接作為計算參數(shù)，它的主要作用就是用來確定材料的物理參數(shù)，例如許用應力、彈性模量、屈服強度等。對于常溫或高溫設備，通常設計溫度的上限是有意義的，因為在溫度時，熱應力，物料往往也呈現(xiàn)壓力(溫度越高飽和蒸氣壓越大)，因而設備也承受載荷，所以對于這類設備，設計溫度往往簡略為值。而對于低溫設備，情況比較復雜，不可一概而論。
《壓力容器 第1部分：通用要求》GB150.1-2011第4.3.4條給出了設計溫度的確定方法：
4.3.4 設計溫度的確定
a) 設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達到的溫度。對于0℃以下的金屬溫度，設計溫度不得高于元件金屬可能達到的溫度。
b) 容器各部分在工作狀態(tài)下的金屬溫度不同時，可分別設定每部分的設計溫度
c) 元件的金屬溫度通過以下方法確定：
1) 傳熱計算求得;
2) 在已使用的同類容器上測定;
3) 根據(jù)容器內部介質溫度并結合外部條件確定。
d) 在確定設計金屬溫度時，應當充分考慮在運行過程中，大氣環(huán)境低溫條件對容器殼體金屬)溫度的影響。大氣環(huán)境低溫條件系指歷年來月平均氣溫(指當月各天的氣溫值之和除以當月天數(shù))的值。
從中可以看出，正常工作溫度在0℃以上時，設計溫度取值，正常工作溫度在0℃以下時，設計溫度取值。
奇怪的是《壓力容器 第1部分：通用要求》GB150.1-2011在第3.1.9條給出了一個設計金屬溫度的術語：
3.1.9
設計金屬溫度minimum design metal temperature
設計時，容器在運行過程中預期的各種可能條件下各允金屬溫度的值。
根據(jù)這個定義，設計金屬溫度是實際可能達到的溫度。比照之前設計溫度的確定方法，正常工作溫度在0℃以上時，設計溫度大于設計金屬溫度；正常工作溫度在0℃以下時，設計溫度小于或等于設計金屬溫度。說它奇怪并不在于其定義，是因為在整個GB150系列的4個標準中設計金屬溫度沒有用武之地，僅在《壓力容器 第1部分：通用要求》GB150.1-2011第4.3.4條d中提到(見上)，但聯(lián)系上下文，似乎并沒有什么實際用途。
將GB150的規(guī)定應用到液化天然氣儲罐上，則不難發(fā)現(xiàn)其設計金屬溫度是-196℃(液化天然氣儲罐通常需要使用液氮預冷，因此按液氮的溫度確定)，且設計溫度通常也確定為這個值。然而《固定式真空絕熱深冷壓力容器》GB/T18442系列標準卻有著不同的規(guī)定?！豆潭ㄊ秸婵战^熱深冷壓力容器 第3部分：設計》GB/T18442.3-2019第7.1節(jié)對設計溫度規(guī)定如下：
7 溫度
7.1 設計溫度
7.1.1 內容器的設計溫度應不低于元件金屬在正常工況下可能達到的工作溫度。
7.1.2 外殼的設計溫度應考慮環(huán)境溫度和使用條件的影響，且不低于50℃。
7.1.3 對各元件進行穩(wěn)定性校核時，其設計溫度考慮正常工作條件下及罐加熱地喜窯時可能出的正天期入華溫度。
按此規(guī)定，深冷壓力容器無論是內容器還是外容器，其設計溫度都是指值，至少對內容器來說，與GB150的規(guī)定恰好相反。在上一版GB/T18442系列標準(2011年版，與現(xiàn)行GB150系列同年)，其規(guī)定與GB150一致，不知GB150下一輪修訂是否會參照GB/T18442修改一致?！豆潭ㄊ秸婵战^熱深冷壓力容器 第3部分：設計》GB/T18442.3-2019第7.2節(jié)也給出了設計金屬溫度的概念(見下)，然而也沒有給出什么具體用途，但是由于設計溫度指向了值，則低溫材料的選擇就必須考慮設計金屬溫度了。將GB/T18442的規(guī)定應用到液化天然氣儲罐上，則需根據(jù)溫度與飽和蒸汽壓的關系及設計壓力來確定其設計溫度。例如甲烷-132℃時的飽和蒸氣壓為0.66MPa，那么設計壓力若為0.66MPa的液化天然氣儲罐的設計溫度就可以取-132℃(不應低于此值)，而設計金屬溫度為-196℃。
前文提到，設計溫度主要用來計算設計載荷的，所以設計溫度應該選可能導致載荷的值。前文也留了一個懸念，就是低溫容器到底情況如何？對低溫容器而言，溫度越高會導致物料飽和蒸汽壓越大，壓力載荷是內容器設計載荷的一方面，從這點看，似乎應該選擇溫度值。溫度越低物料飽和蒸汽壓越小，也就意味著壓力載荷越小，但熱應力又會增大，熱應力載荷也是內容器設計載荷的一方面，從這點看，似乎應該選擇溫度值。若設計壓力高且溫度值高，則壓力載荷是主要的，選擇值作為設計溫度將是有利的；反之，若設計壓力低且溫度值低，則熱應力載荷是主要的，選擇值作為設計溫度將是有利的。由于這兩者與溫度的關系相反，甚至可能疊加后的載荷并非對應溫度的值也并非對應溫度的值，而是中間某個值。
《固定式真空絕熱深冷壓力容器 第3部分：設計》GB/T18442.3-2019中對設計載荷的規(guī)定。如此看來深冷壓力容器的設計溫度取值或值都有其道理，但都可能并不準確，的辦法是利用計算機編程技術計算值到值各溫度下的載荷情況，從而得到載荷所對應的溫度，即為設計溫度。
作者：吳靖
