疲勞設備螺柱評定有關問題研究

楊 旭

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

在石油化工裝置中，許多設備由于有不同的操作工況，在運行中會經歷一定次數的壓力或溫度波動，如乙烯裝置中的干燥器，聚乙烯裝置中的催化劑出料罐、吹出罐等，這類設備被稱為疲勞設備。疲勞設備不能采用常規設計方法進行設計，需要采用分析設計方法。在我國鋼制壓力容器-分析設計標準JB/T 4732—1995(2005年確認)附錄C中給出了對承受循環載荷的壓力容器進行疲勞分析的方法，用以判斷疲勞設備是否能夠承受預計次數的循環載荷而不發生疲勞破壞。而疲勞設備上的螺柱，一旦發生疲勞斷裂，輕則導致內部介質泄漏，重則造成法蘭蓋、平蓋在壓力作用下飛出，產生嚴重后果。對于疲勞設備的螺柱的疲勞分析，標準中給出的方法較為籠統，在工程設計中，存在一些不同的見解。為此，采用有限元計算方法，對疲勞設備上容器法蘭及接管法蘭用緊固螺柱的疲勞分析方法進行了研究。

1 JB/T 4732中的螺柱疲勞分析方法

JB/T 4732—1995(2005年確認)(以下簡稱“標準”)的附錄C中給出了壓力容器常用材料的設計疲勞曲線，即S-N曲線。針對疲勞設備的螺柱，C.5節規定：若螺柱材料的標準最小抗拉強度<690 MPa， 應該采用圖C-1(碳鋼、低合金鋼)或圖C-2(奧氏體不銹鋼)的S-N曲線； 若螺柱材料的標準最小抗拉強度≥690 MPa， 則可以采用圖C-4(高強度鋼螺柱)的S-N曲線。這是由于標準中的S-N曲線對平均應力的影響進行了修正，而對于經過調質處理的高強鋼材料，采用的修正方法與碳鋼、低合金鋼和奧氏體不銹鋼的方法不同。

在采用圖C-4的S-N曲線時，高強鋼螺柱還需要滿足標準中C.5.3節 a)～e)的條件，其中b)條說明了采用圖C-4中較高的疲勞設計曲線需要滿足的條件，即螺柱橫截面周邊由操作載荷(軸向拉伸和彎曲)引起的應力最大值不應超過2.7Sm，對于軸向拉伸，拉伸應力的最大值不應超過2.0Sm?！?br>