設(shè)計溫度是壓力容器設(shè)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(shè)計溫度design temperature
容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度(沿元件金屬截面的溫度平均值)。設(shè)計溫度與設(shè)計壓力一起作為設(shè)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(shè)計溫度應(yīng)該是個范圍，比如一個常溫的儲罐，他的設(shè)計溫度范圍大概就是當(dāng)?shù)厮募咀兓臉O端低溫和極端高溫(通常在此基礎(chǔ)上向下、向上圓整，并留出一定裕量)。設(shè)計溫度和設(shè)計壓力主要是為設(shè)計載荷服務(wù)的，在《壓力容器 第3部分：設(shè)計》GB150.3-2011中，設(shè)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(yīng)力、彈性模量、屈服強度等。對于常溫或高溫設(shè)備，通常設(shè)計溫度的上限是有意義的，因為在最高溫度時，熱應(yīng)力最大，物料往往也呈現(xiàn)最大壓力(溫度越高飽和蒸氣壓越大)，因而設(shè)備也承受最大載荷，所以對于這類設(shè)備，設(shè)計溫度往往簡略為最高值。而對于低溫設(shè)備，情況比較復(fù)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(shè)計溫度的確定方法：
4.3.4 設(shè)計溫度的確定
a) 設(shè)計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達到的最高溫度。對于0℃以下的金屬溫度，設(shè)計溫度不得高于元件金屬可能達到的最低溫度。
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(shè)定每部分的設(shè)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(nèi)部介質(zhì)溫度并結(jié)合外部條件確定。
d) 在確定最低設(shè)計金屬溫度時，應(yīng)當(dāng)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最低氣溫(指當(dāng)月各天的最低氣溫值之和除以當(dāng)月天數(shù))的最低值。
從中可以看出，正常工作溫度在0℃以上時，設(shè)計溫度取最高值，正常工作溫度在0℃以下時，設(shè)計溫度取最低值。
奇怪的是《壓力容器 第1部分：通用要求》GB150.1-2011在第3.1.9條給出了一個最低設(shè)計金屬溫度的術(shù)語：
3.1.9
最低設(shè)計金屬溫度minimum design metal temperature
設(shè)計時，容器在運行過程中預(yù)期的各種可能條件下各允金屬溫度的最低值。
根據(jù)這個定義，最低設(shè)計金屬溫度是實際可能達到的最低溫度。比照之前設(shè)計溫度的確定方法，正常工作溫度在0℃以上時，設(shè)計溫度大于最低設(shè)計金屬溫度；正常工作溫度在0℃以下時，設(shè)計溫度小于或等于最低設(shè)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個標準中最低設(shè)計金屬溫度完全沒有用武之地，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(yīng)用到液化天然氣儲罐上，則不難發(fā)現(xiàn)其最低設(shè)計金屬溫度是-196℃(液化天然氣儲罐通常需要使用液氮預(yù)冷，因此按液氮的溫度確定)，且設(shè)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。《固定式真空絕熱深冷壓力容器 第3部分：設(shè)計》GB/T18442.3-2019第7.1節(jié)對設(shè)計溫度規(guī)定如下：
7 溫度
7.1 設(shè)計溫度
7.1.1 內(nèi)容器的設(shè)計溫度應(yīng)不低于元件金屬在正常工況下可能達到的最高工作溫度。
7.1.2 外殼的設(shè)計溫度應(yīng)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(shè)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最高溫度。
按此規(guī)定，深冷壓力容器無論是內(nèi)容器還是外容器，其設(shè)計溫度都是指最高值，至少對內(nèi)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。《固定式真空絕熱深冷壓力容器 第3部分：設(shè)計》GB/T18442.3-2019第7.2節(jié)也給出了最低設(shè)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(shè)計溫度指向了最高值，則低溫材料的選擇就必須考慮最低設(shè)計金屬溫度了。將GB/T18442的規(guī)定應(yīng)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(guān)系及設(shè)計壓力來確定其設(shè)計溫度。例如甲烷-132℃時的飽和蒸氣壓為0.66MPa，那么設(shè)計壓力若為0.66MPa的液化天然氣儲罐的設(shè)計溫度就可以取-132℃(不應(yīng)低于此值)，而最低設(shè)計金屬溫度為-196℃。
前文提到，設(shè)計溫度主要用來計算設(shè)計載荷的，所以設(shè)計溫度應(yīng)該選可能導(dǎo)致最大載荷的值。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(dǎo)致物料飽和蒸汽壓越大，壓力載荷是內(nèi)容器設(shè)計載荷的一方面，從這點看，似乎應(yīng)該選擇溫度最高值。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(yīng)力又會增大，熱應(yīng)力載荷也是內(nèi)容器設(shè)計載荷的一方面，從這點看，似乎應(yīng)該選擇溫度最低值。若設(shè)計壓力高且溫度最低值高，則壓力載荷是主要的，選擇最高值作為設(shè)計溫度將是有利的；反之，若設(shè)計壓力低且溫度最低值低，則熱應(yīng)力載荷是主要的，選擇最低值作為設(shè)計溫度將是有利的。由于這兩者與溫度的關(guān)系相反，甚至可能疊加后的最大載荷并非對應(yīng)溫度的最高值也并非對應(yīng)溫度的最低值，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(shè)計》GB/T18442.3-2019中對設(shè)計載荷的規(guī)定。如此看來深冷壓力容器的設(shè)計溫度取最高值或最低值都有其道理，但都可能并不準確，最理想的辦法是利用計算機編程技術(shù)計算最高值到最低值各溫度下的載荷情況，從而得到最大載荷所對應(yīng)的溫度，即為設(shè)計溫度。
作者：吳靖
