基于ASME规范案例2843的加氢反应器蠕变-疲劳强度分析与考核
加氢装置介绍
加氢裂化装置原理、流程及特点
加氢裂化是将大分子的重质油转化为广泛使用的小分子 的轻质油的一种加工手段。可加工直馏柴油、催化裂化循环 油、焦化馏出油，也可用脱沥青重残油生产汽油、航煤和低 凝固点柴油。加氢裂化装臵是炼油厂最重要的的生产装臵之 一，在高温、高压、临氢状态下操作。 加氢裂化装臵的工艺流程主要有三种类型方法： ⑴ 一次通过法：所产尾油不参加循环。 ⑵ 部分循环法：所产尾油一部分参加循环，一部分排出 装臵。 ⑶ 全部循环法：所产尾油全部参加循环，不排尾油。 加氢裂化装臵主要设备有加氢精制反应器、加氢裂化反 应器、加热炉、高压热交换器、高压空冷器、高、低压分离 器、高温高压临氢管道、高温阀门等。详见图1、图2、图3、 图4。
2013-8-17 12
H1
H2
H3
凸台
H4
H5
s-k H6
1
图5
2013-8-17
热壁加氢反应器
13
加氢裂化装置常用材料
设备名称
加氢精制、裂化反应器 （设计温度≤ 450 ℃/设 计压力8～20MPa） 高压热交换器（温度≤ 260 ℃)
选用材质
板2.25Cr-1Mo(SA387Gr22CL2) +6.5mm(Tp309+347) 堆焊层 或+4mm(TP347)单层浅熔深堆焊 锻2.25Cr-1Mo(SA336F22CL2) + 6.5mm(Tp309+347) 堆焊层或+4mm(TP347)单层浅熔深堆焊 管程：反应流出物：管箱（碳钢、碳钼钢＋4～6mm CA;铬钼钢＋3mm CA)管板（碳钢、碳钼钢、铬钼钢 ＋ 8mmTP309+347) 壳程：循环氢、原料：壳体（碳钢、碳钼钢、铬钼 钢＋ 3mm CA） 管程：反应流出物：管箱（铬钼钢＋3mm 1Cr18Ni9Ti 复合板 或 +6.5mm Tp309+347堆焊层 或 +4mmTP347) 管板(铬钼钢＋8mmTP309+347或铬 钼钢＋8mmTP410) 壳程：循环氢、原料：壳体（铬钼钢＋4mm CA；或 ＋3mm 1Cr18Ni9Ti 复合板；或+4mmTP347；或 +6.5mm Tp309+347堆焊层） 14
基于应力参量的高温结构蠕变设计准则对比及案例分析
基于应力参量的高温结构蠕变设计准则对比及案例分析龚程;宫建国;高付海;轩福贞【摘要】高温环境下服役设备常伴随着明显的蠕变现象,如何防止蠕变失效是保证高温装备结构完整性的重要课题.分别介绍了ASME-NH,RCC-MRx和R5中基于应力的高温蠕变失效设计方法,并从设计流程、限制参考应力和设计曲线三个方面进行了对比分析.同时通过以上设计准则,以某高温罐式设备上的接管结构为对象,进行基于应力的蠕变设计分析,对比了各设计准则所得到的蠕变评价结果.【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2019(036)004【总页数】7页(P15-21)【关键词】ASME;RCC-MRx;R5;高温;蠕变设计【作者】龚程;宫建国;高付海;轩福贞【作者单位】华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237;华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237;中国原子能科学研究院,北京 102413;华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237【正文语种】中文【中图分类】TH49;O344.6;T-651符号说明:Sm——与时间无关的指定温度下的最小应力强度,MPa;Smt——A,B级工况载荷的一次总体薄膜应力强度的许用极限值,MPa; So——设计载荷参考应力的一次总体薄膜应力强度的许用极限值(ASME-NH),MPa;St——与时间和温度相关的应力强度极限值,MPa;Sy——对应温度下的屈服强度,MPa;Kt——由蠕变作用而导致的结构弯曲应力极限的缩减因子;K——基于横截面形状的截面因子;B——A,B和C使用限制中对应的使用分数因子;Br——D使用限制中对应的使用分数因子;ti——对应温度Ti和应力下的总保载时间,h;tim——对应温度Ti和一次总体薄膜应力下的最小许用保载时间,h;tib——对应温度Ti和组合一次局部薄膜应力加弯曲应力下的最小许用保载时间,h; U——蠕变使用分数;W——蠕变断裂使用分数;Ω——修正因子;Φ——基于结构横截面的系数;So——特征应力值(RCC-MRx),MPa;C——关注的载荷,N;CL——弹性计算下的断裂载荷,N;RL——屈服强度,MPa;Ω′——蠕变修正因子;Pb——一次弯曲等效应力(ASME-NH及RCC-MRx中表述)，MPa；PB——一次弯曲等效应力(R5中表述)，MPa；PL——一次局部薄膜等效应力，MPa;χ——应力集中系数;Py——初次屈服载荷，N;Pu——塑性断裂最小极限载荷,N。
ASME规范案例2843中高温分析方法的解读和讨论
ASME规范案例2843中高温分析方法的解读和讨论SHEN Jun;CHEN Zhi-wei;LIU Ying-hua【摘要】2015年9月颁布的ASME规范案例2843,针对按ASMEⅧ-2进行分析的承压部件,给出了高温下多个失效模式的评定方法,其原理和框架基本参照ASMEⅢ-NH,该方法为运行于蠕变温度范围的承压设备设计提供了一条有效途径.通过对ASME规范案例2843中的方法及其与ASMEⅢ-NH的联系和区别进行解读和探讨,为国内工程设计人员更好地理解该规范案例提供参考.【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2018(035)012【总页数】10页(P47-55,68)【关键词】ASME规范案例2843;蠕变疲劳;蠕变棘轮;分析设计【作者】SHEN Jun;CHEN Zhi-wei;LIU Ying-hua【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TH49;T-6510 引言压力容器分析设计最早源自美国机械工程师协会的ASME Ⅲ《核设施元件建造规则》，该协会于1968年发布ASME Ⅷ-2《压力容器另一规则》。
此后30年，各国纷纷参照ASME Ⅷ-2制定本国的分析设计规范，但总的来说，压力容器分析设计方法与20世纪60年代相比变化并不大。
2007年颁布了重写后的ASME Ⅷ-2[1]，该版本前后制订历时多年，系统总结了近40年来(尤其是近20年来)分析设计方法在基本思想和基本理念方面的重大进展，吸收了诸多压力容器前沿技术，全面引入了数值分析方法和无需应力分类的弹-塑性分析方法。
尽管如此，ASME Ⅷ-2仍然无法完全实现高温下的分析和设计，尤其是蠕变-疲劳分析。
当前ASME Ⅷ-2允许使用弹性分析进行高温下的疲劳设计，但必须符合“基于可比设备经验”的疲劳筛分准则。
在ASME Ⅷ-2全面引进高温分析方法前，基于ASME Ⅷ-2设计的部件，可以借助ASME规范案例2843[2]和ASME规范案例2605[3]来实现蠕变及蠕变-疲劳工况下的分析设计。
压力容器ASME
适用于同时具备下列条件的压力容器： （1）最高工作压力大于等于0.1MPa （不含液体静压力）； （2）内直径（非圆形截面指其最大尺 寸）大于等于0.15m，且容积（V）大 于等于0.025m3； （3）盛装介质为气体、液化气体或最 高工作温度高于等于标准沸点的液体
《压力容器安全技术监察规程》 1999年原国家质量技术监督局 再次修订
GB150—1998 《钢制压力容器》
我国已经颁布并实施了以GB150《钢制压力容器》为核心的 一系列压力容器基础标准、产品标准和零部件标准，并以此 构成了压力容器标准体系的基本框架。
辽宁石油化工大学 化机系
GB150《钢制压力容器》
这是中国的第1部压力容器国家标准，其基本思路与ASME Ⅷ—1相同，属常规设计标准。 适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、 制造、检验及验收。适用的设计温度范围根据钢材允许的 使用温度确定，从-196℃到钢材的蠕变限用温度。 GB150只适用于固定的承受恒定载荷的压力容器，不适 用于以下8种压力容器：
辽宁石油化工大学 化机系
ASME规范中与压力容器有关的主要是第Ⅷ篇《压力容 器》、第Ⅹ篇《玻璃纤维增强塑料压力容器》和第Ⅻ篇 《移动式容器建造和连续使用规则》 第Ⅷ篇第1册（Rules for Construction of Pressure Vessels)，1927年第一版 常规设计标准，适用压力小于等于20MPa； 以弹性失效设计准则为依据； 包括静载下进入高温蠕变范围内的容器设计； 不包括疲劳设计经验性较强，许用应力较低。
随着全球经济一体化形势的发展，压力容器标准国际化的趋势已经越 来越明显。国际标准化组织已经提出了ISO 16528 国际锅炉压力容器 标准草案(Boilers and Pressure Vessels-Registration of Codes and Standards to Promote International Recognition)。
asme锅炉与压力容器规范第viii卷--压力容器.
9
对于锻制的钢铁或有色金属材料，其许用应力值如下
(1)在蠕变／断裂温度范围以下，取下列情况的最低值
室温下规定的最小抗拉强度的1/4; ASME规定温度下抗拉强度的1/4 在室温下，规定的最小屈服强度的2/3; ASME规定温度下屈服强度的2/3; 此外，对奥氏体不锈钢、镍与镍合金，有两套许用应力值，对容 许有稍大的变形之处可采用较高值温度下屈服强度前的系数可以从 2/3增加到0.9。
对于周向或环向应力：
t = PR SE − 0.6P
对于纵向或轴向应力：
t = PR 2SE + 0.4P
式中
t —— 所需的最小厚度(in) P —— 最高许用工作压力或设计压力(lbf/in2) R —— 圆筒的内半径(in) S —— 设计温度下的最大许用拉应力值(lbf/in2) E —— 系数，选取焊缝系数与孔桥系数的较低值，
封头，最小厚度应为3/32in。
2.3.3 设计说明书 第Ⅷ卷第1册并没有要求提交设计说明书作为正式报告，所以，在 定货单中应详细列出设计要求。 在说明书中应给出
设计压力 设计温度 考虑地震载荷与风载荷时，还应有现场勘测情况 对卧式或立式容器要考虑附属设备的载荷 在计算支承的局部影响时，还需要有容器的支承位置情况。
ASME锅炉与压力容器规范： 第VIII卷－压力容器
第一章 引言 第二章 第VIII卷 － 第1册简介 第三章 第VIII卷 － 第2册简介
第一章 引言
ASME规范第Ⅷ卷 — 非直接火压力容器，在ASME锅炉与压 力容器规范1925年版中首次颁布，并且一直使用到1968年。
规范编制论文之一-ASME第III卷
规范编制论文之一：ASME 锅炉与压力容器规范第III卷《核设施部件建造规则》的论述[美] L. J. Chockie*1. 前言美国机械工程师学会颁布并出版锅炉规范已一个多世纪了。
最初，该规范只包括“铆接蒸汽锅炉的制造和试验”一个方面的内容，作为安全使用蒸汽发动机的规则。
但现在已涉及许多受压部件，包括核电部件的制造和在役检查。
ASME规范分为若干卷，第I卷是焊接制造的直接火锅炉；第VIII卷是压力容器；第III卷是核设施部件的建造规则，其中第1册是有关核动力装置中金属部件的建造规则，第2册是混凝土反应堆容器和安全壳的建造规则。
第III卷的第一版于1963年发行，仅作为核反应堆压力容器的建造规则。
该卷的前身是蒸汽动力机车规则，当铁路机车经过从蒸汽机车到内燃机车的重大变革之后，锅炉规范委员会才将蒸汽机车规则并入规范的其它卷中，而将第III卷改为核容器的规则。
本章简要介绍ASME锅炉与压力容器规范第III卷的发展历史，比较详细地介绍建造核动力装置部件的基本设计原理和设计安全系数。
“核电厂部件在役检查规则”的基本要求是设计与建造部件时，应采用相同的安全系数，并且要求在部件的整个使用寿命期间保持安全系数不变。
2. 规范、标准、资格认可和确认众所周知，“规范”、“标准”、“资格认可”和“确认”等词，对不同的使用场合成或不同的使用人员具有不同的含义。
为便于理解这几个词在ASME锅炉与压力容器规范中的含义，对上述词作如下定义。
2.1 规范“规范”在锅炉规范中的定义是：“一组管理与技术方面（包括部件的各种材料、设计、制作、安装、检测和运行）的规程及标准的组合，由法定主管部门以法律形式正式采纳”。
换言之，规范仅是对某个专题进行系统地阐述或有关标准或条例的汇集，并具有法定的约束力。
特别要注意的是，ASME锅炉规范大多数都是具有法律性的强制规定。
2.2 标准“标准”是一项社会公用的技术要求或其它形式的文件，它是在综合科学、技术和经验的基础上，由各有关方面共同合作并取得一致意见后制定的。
ASMEⅧ-2中基于弹-塑性应力分析和当量应变的压力容器疲劳评定方法
・ ｌ ７
寿命进行评 估 。如何 确定该有效应 变范 围至关 重要 。
在确定应变范围时应绕 过材料的硬化 和软化 阶段 ，采
方 便计算机 编程时使 用 。式 （ １ ） 表示 循环应 力 一 应变
曲线 ，该 曲线 上各 点表 示在 不 同应变范 围下 ，滞后 回线转折 点 （ 参见 图 ２中 Ｃ点 ）处的应力 ． 应变 幅。 逐 一循 环分 析法 的材 料模 型采用 该 曲线 。对循 环应 力． 应变 曲线式 （ １ ） 采用 比例系数 ２ ， 可推导出 由式 （ ２ ） 表示的滞 后 回线应力 应变 曲线 ，两倍屈服法 的材料
的循 环 后 ，应 力 ． 应 变逐 渐 稳 定 ，结 构趋 于安 定 ，
即不会 发生 渐增性 的塑性 变形 ，局 部塑性 区域 被周
的疲 劳寿命简化评定法 和第 １ ８章 的疲劳寿命详细评
定 法 。后者针对 焊接件和非焊接 件分别给出了评定方 法。２ ０ ０ ７ 年，Ａ Ｓ ＭＥⅧ ． ２ ｌ １ 进行了大幅度改写后颁布， 针对 疲劳失 效提 出了三种评定 方法 ： Ａ法为基于弹性 应力分析和当量应 力的评定方 法 ； Ｂ法 为基于 弹 ． 塑 性应力分析和当量应变 的评定方法 ；Ｃ法为基于弹性 应力分析和结构应力 的评定方法 （ 下文简称 Ａ法 、Ｂ
后发 生交变塑性 的情况 。
１ ． １ 疲劳形成的过程
即得 到更长 的疲劳寿命 ，避免 了材料 的浪费 。
１ ． ３ 有效应变范围的求取
Ｂ法采 用有 效应 变范 围对压力 容器 部件 的疲劳
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ８ — ２ ８
结构经历 循环载荷 时，往往经历 这样一个过程 ， 从第 一个循 环开 始 ，结 构发生 弹性 变形 ，高应力 区 产生 局部 塑性变 形 。这 个过程 中，材 料 的硬化 和软
浅谈石化行业加氢反应器的设计要点及损伤对策
浅谈石化行业加氢反应器的设计要点及损伤对策作者：徐磊来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第05期【摘要】加氢装置广泛应用于石油工业，加氢反应器是其核心设备，其对石油行业的安全生产有着重要影响。
加氢反应器长期工作在临氢高温高压的工况下，因此对材料的要求较高，技术难度较大。
从热壁加氢反应器设计条件、主体材料的选择、构成部分、损伤对策等方面进行了分析，为今后的热壁加氢反应器设计提供理论基础。
【关键词】加氢反应器设计要点损伤对策为了得到低硫的高品质石油制品，石油工业生产中多采用加氢装置，其核心设备为提供反应场所的加氢反应器。
加氢反应器长期工作在400～500 ℃、20～25 MPa的高参数工况下，因此其对材料的要求较高且技术难度较大[1]。
目前，世界上技术较为成熟的加氢反应器有整体锻焊式、单层卷板式、多层组合式等，较为常用的为单层卷板式热壁加氢反应器[2]。
与其它形式相比，热壁加氢反应器具有不易产生局部过热、安全性高、容积利用率高、施工周期短等优点。
本文从热壁加氢反应器设计条件、主要部件、损伤对策等方面进行了分析，为今后的热壁加氢反应器设计提供参考。
1 热壁加氢反应器设计由于各个石油工业公司工艺不同，因此热壁加氢反应器的设计要参考使用方的参数来确定设计条件，然后选择最优的主体材料，严格满足技术规范并保证安全生产。
1.1 设计条件使用方的参数包括装置内石油、氢气、硫化氢的性质和份额，最高压力，最高温度等。
热壁加氢反应器最主要的设计参数就是氢气的分压、硫化氢的份额等。
由于石油裂化反应非常剧烈，温度和压力等参数不可能保持设计值，因此在确定参数时要保留一定的安全裕量。
还要根据硫化氢的份额确定设备的腐蚀裕量。
1.2 主体材料选择对于加氢反应器这种长期工作在高温、高压、临氢的高参数工况下的设备，其材料必须满足耐高温、抗蠕变、抗氢脆化、抗回火脆化等特点。
目前，加氢反应器常用的材料有F22（2.25Cr-1Mo）、F22V（2.25Cr-1MoV）、F3V（3Cr-1MoV）等，其力学性能如表2所示[3]。
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基于ASME规范案例2843的加氢反应器蠕变-疲劳强度分析与考核法程钟;苏文献【摘要】对ASME规范案例2843进行较为具体的解读,并在蠕变和疲劳交互作用下,结合高温加氢反应器的实例进行了说明.该蠕变-疲劳分析的过程包括应力强度校核、忽略蠕变影响的判定、应变和变形校核、蠕变分析、疲劳分析和蠕变-疲劳交互曲线验证.与ASME规范案例2605-2相比,ASME规范案例2843所适用的材料更广泛,对应的温度范围和最大服役寿命也更明确.得到的结论是:蠕变损伤的破坏大于疲劳损伤,工程实际应更多关注蠕变损伤,进行足够的结构加强,减小蠕变失效.【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2018(035)009【总页数】9页(P21-29)【关键词】规范案例2843;高温;蠕变-疲劳交互;设计校核【作者】法程钟;苏文献【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TH49;TQ052.5符号说明：E——弹性模量，MPaμ——泊松比Pm——总体一次薄膜应力，MPaS——总体一次薄膜应力的最大许用值，MPaPL——局部一次薄膜应力，MPaPb——一次弯曲应力的最大许用值，MPaSmt——对于基础材料，表示总体一次薄膜应力的许用极限，由Sm和St中的较小值决定，MPaK——塑性分析下的截面系数，文中取K=1.5Kt——蠕变分析的截面系数，在此规范案例中取Kt=1.25ti——整个服役期间，处于特定负载pmi、特定温度T下的总积累时间，h tim——处于负载St下的最大许用时间，htib——处于负载(PL+Pb/Kt)下的最大许用时间，htid——由断裂应力所确定的负载时间，hr,s——断裂应力修正系数εi——特定工况下的应变，%Sy——屈服应力，MPaSya——加载循环期间最大和最小壁面温度下Sy的平均值，MPa Qrange——二次等效应力范围的最大值，MPaX——一次应力参数Y——二次应力参数Δεmax——最大等效应变范围，%Salt——最大交变应力，MPaΔεmod——修正最大应变范围，%Ks——截面系数f——多轴塑性系数塑性泊松比修正系数εt——总应变，%Kv——多轴塑性及塑性泊松比修正系数Δεc——蠕变应变增量，%Sj——初始应力，MPaK′——安全系数Td——许用断裂时间，hDC——蠕变损伤(nc)j——j类型循环下的循环次数(Nd)j——j类型循环下的设计许用循环次数D——损伤包络线以内区域0 引言近年来，石油化工行业正不断地对设备提出高温、高压、高循环次数、长寿命等极端要求，以提高生产质量和生产效率。
高温给部件的设计带来了蠕变、蠕变-疲劳交互、寿命降低等难题，于是高温部件的分析成了相当复杂的工作[1]。
其中，高温蠕变与疲劳交互的失效形式非常普遍，载荷变化和温度变化是发生蠕变-疲劳的重要原因。
加氢反应器为炼油、化工领域中的核心设备，其服役阶段温度高于370 ℃以上便会涉及蠕变，并会因为温度变化引起热疲劳以及时间载荷引起的高周和低周疲劳。
研究表明，在蠕变-疲劳交互作用下的设备寿命远低于单一载荷下的寿命[2]。
目前，国内外对纯蠕变或者纯疲劳失效的预防措施已经比较完善，章骁程等[3]曾对其进行归纳，见表1。
而对于高温蠕变与疲劳交互作用的评定，国内外尚没有相关标准，近年来，石油和电力公司应用且成功的是Omega方法[4]，1986年美国材料学会(MPC)发起用于评估运行在蠕变范围内部件剩余寿命的Omega工程[5]，该工程在低应力下为蠕变寿命提供了准确预测。
于是，涉及蠕变-疲劳交互作用的标准或者说评估工作已不再是空白。
国外有以下几种标准或评估步骤可供参考：ASME规范案例2605[6]、API 579《服役适用性准则(合乎使用准则)》[7]、BS 7910《金属结构缺陷验收评定方法》[8]、英国R5《高温蠕变疲劳评定规程》[9]、法国RCC-MR[10]中对于高温缺陷评估的综合方法、美国ASME Ⅲ-NB[11]和NH规范[12]、欧盟EN 13445[13]等。
表1 我国与ASME标准蠕变和疲劳失效准则项目蠕变失效预防措施疲劳失效预防措施蠕变-疲劳失效预防措施ASME Ⅷ-1[14]nn=1.0(0.85,焊制钢管)✕✕ASMEⅧ-2[15]nn=1.0蠕变温度以下的疲劳设计曲线✕GB 150—2011[16]nn=1.0✕✕JB 4732—1995[17]nn=1.0蠕变温度以下的疲劳设计曲线✕案例2605-1nn=1.0✕2.25Cr-1Mo-V的高温疲劳设计曲线注：nn为蠕变安全系数；“×”表示不适用。
针对蠕变-疲劳失效问题，近年来国内研究人员较多参考ASME规范案例2605(以下称为CC2605)，如：Gong等[18]曾在研究中回顾CC2605的疲劳设计方法，并重新绘制了疲劳设计曲线，还研究了与疲劳行为相关的重要因素，并且讨论了纯蠕变评定下的应力分析。
另外，刘芳等[19]还从应力、应变和变形以及蠕变-疲劳交互3个方面介绍ASME中NB和NH标准，并以加氢反应器排出罐为例，讨论了两者差异；同样是加氢反应器，在热箱方面，柏慧等[20]针对性地进行应力分析，得到热辐射能使热箱部位温度分布均匀、应力减小的结论。
本文采用最新ASME规范案例2843[21]，对某一加氢反应器在高温蠕变-疲劳交互作用下进行分析校核，是现阶段一种可行的解决方案。
在ASME规范案例2843(以下称为CC2843)收录于ASME BPVC Code Case 2017并颁布后，为化工行业对加氢反应器等设备的蠕变-疲劳评定提供了参考。
该案例所适用的材料具体可为304SS和316SS，Ni-Fe-Cr(800H合金)，2.25Cr-1Mo，9Cr-1Mo-V。
本文以材料2.25Cr-1Mo为例，CC2843给出了700～1100 °F(371～538 ℃)的温度范围，与ASME规范案例2605[3]相比，温度范围得到了提高(从317～454 ℃提高到了371～538 ℃)，并提供了如图1所示的蠕变-疲劳分析具体流程。
图1 CC2843蠕变-疲劳分析流程CC2843所采用的加载极限校核，是为了保证应力水平在标准许用应力值之下，满足强度要求；进行应变极限校核是为了保证部件在棘轮效应下能够抵抗失效；而最终进行的蠕变-疲劳分析，是为了对部件进行综合评定。
1 设计实例1.1 设备参数本文以某加氢反应器的筒体结合进出口接管为例，对CC2843进行说明并结合实例进行校核计算，模型的几何尺寸见图2(1/4对称结构)，在ANSYS 15.0建模如图3所示。
主要承压部件的材料为2.25Cr-1Mo-V锻件，设备设计使用年限为30 a(26.3万h)，总循环次数1 250次，操作温度402 ℃，设计温度454 ℃，操作压力11.5 MPa，设计压力12 MPa，正常操作工况下，涉及蠕变温度段的载荷见图4。
图2 接管与锥形过渡段结构示意图3 ANSYS加氢反应器壳体模型图4 加氢反应器正常操作下载荷变化曲线(涉及蠕变部分)采用ANSYS15.0进行建模，采用Solid 186进行网格划分，如图5所示，共生成33 438个单元节点。
图5 ANSYS有限元网格1.2 载荷极限下的强度校核根据CC2843第5节的校核步骤分别进行设计工况和操作工况下的强度校核。
使用ANSYS15.0有限元分析软件，E=182 000 MPa,μ=0.3。
设计工况下的负载极限，计算得到的等效应力值应满足CC2843中5.1节(a)和(b)的要求：(a) Pm≤S(1)(b) PL+Pb≤1.5S(2)在本例中，根据Section Ⅱ Part D[22]，S最大许用值取231 MPa。
根据应力分类的方法，Pm是指在内压的起因下，远离不连续处的总体薄膜应力，通过有限元软件计算，Pm的值为158.5 MPa，满足式(1)的条件。
在本例中的线性化评定时，路径1的起点为应力最大点A点，终点为沿筒体壁厚方向的A1点，路径2的起点为应力最大点A点，终点为沿接管壁厚方向的A2点。
根据有限元软件计算结果，局部一次薄膜应力加一次弯曲等效应力值分别为220.6 MPa和216.3 MPa，路径1为较大值，满足式(2)的条件。
应力评定结果见图6。
操作工况下的负载极限，计算得到的等效应力值应满足CC2843中5.2节(a)～(e)的条件要求。
(a) Pm≤Smt(3)在本例中，加氢反应器的操作温度取402 ℃，压力11.5 MPa。
查阅Section Ⅱ Part D[22]，Smt取235 MPa。
根据有限元软件计算结果，Pm=122.592 MPa，满足式(3)的条件。
(b) (PL+Pb)≤KSm(4)(PL+Pb/Kt)≤St(5)(c)在式(5)中，St的值由与(PL+Pb/Kt)计算得到的等效应力的持续时间t所决定。
在本例中，分别沿壁面方向取路径 3和路径4这两条路径进行评定。
路径3的起点为应力最大点B点，终点为沿筒体壁厚方向的B1点；路径4的起点为应力最大点B点，终点为沿接管壁厚方向的B2点。
根据有限元软件计算结果，局部一次薄膜应力加一次弯曲等效应力值分别为215.0 MPa和210.8 MPa。
通过查阅Section Ⅱ Part D[22]，Sm取229.95 MPa,则KSm=344.925 MPa。
经计算，路径3为较大值，满足式(4)的条件。
查阅Section Ⅱ Part D[22]St取230 MPa，这里，路径4为较大值，PL+Pb/Kt=162 MPa，满足式(5)的条件，应力评定结果见图7。
图6 设计工况下的等效应力云图及应力评定路径图7 操作工况下的等效应力云图及应力评定路径(6)本校核案例中，从图4可估算在一次循环中加氢反应器在402 ℃的保载时间约为308 s，根据1250次循环可得ti=107 h。
于是，经查阅tim=109 h，ti/tim≤1.0,符合式(6)的条件。
(7)在本例中，经查阅ASME Section Ⅱ Part D[22]中的图11-100.7到图11-100.11和图11-100.20到图11-100.25,由于tib>3×105，故ti/tib必然小于1，也自然符合了式(7)的条件。
以上(a)～(e)的计算结果汇总见表2。
表2 强度校核计算数据汇总项目Pm/MPa(PL+Pb)max/MPa(PL+PbKt)max/MPa设计工况158.500220.6—操作工况122.592215.0162综上所述，计算结果表明，该反应器结构符合载荷极限下的强度校核要求。
1.3 应变极限下的校核应变极限的要求和流程如图8所示。