杨 旭

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

在石油化工装置中，许多设备由于有不同的操作工况，在运行中会经历一定次数的压力或温度波动，如乙烯装置中的干燥器，聚乙烯装置中的催化剂出料罐、吹出罐等，这类设备被称为疲劳设备。疲劳设备不能采用常规设计方法进行设计，需要采用分析设计方法。在我国钢制压力容器-分析设计标准JB/T 4732—1995(2005年确认)附录C中给出了对承受循环载荷的压力容器进行疲劳分析的方法，用以判断疲劳设备是否能够承受预计次数的循环载荷而不发生疲劳破坏。而疲劳设备上的螺柱，一旦发生疲劳断裂，轻则导致内部介质泄漏，重则造成法兰盖、平盖在压力作用下飞出，产生严重后果。对于疲劳设备的螺柱的疲劳分析，标准中给出的方法较为笼统，在工程设计中，存在一些不同的见解。为此，采用有限元计算方法，对疲劳设备上容器法兰及接管法兰用紧固螺柱的疲劳分析方法进行了研究。

1 JB/T 4732中的螺柱疲劳分析方法

JB/T 4732—1995(2005年确认)(以下简称“标准”)的附录C中给出了压力容器常用材料的设计疲劳曲线，即S-N曲线。针对疲劳设备的螺柱，C.5节规定：若螺柱材料的标准最小抗拉强度<690 MPa， 应该采用图C-1(碳钢、低合金钢)或图C-2(奥氏体不锈钢)的S-N曲线； 若螺柱材料的标准最小抗拉强度≥690 MPa， 则可以采用图C-4(高强度钢螺柱)的S-N曲线。这是由于标准中的S-N曲线对平均应力的影响进行了修正，而对于经过调质处理的高强钢材料，采用的修正方法与碳钢、低合金钢和奥氏体不锈钢的方法不同。

在采用图C-4的S-N曲线时，高强钢螺柱还需要满足标准中C.5.3节 a)～e)的条件，其中b)条说明了采用图C-4中较高的疲劳设计曲线需要满足的条件，即螺柱横截面周边由操作载荷(轴向拉伸和弯曲)引起的应力最大值不应超过2.7Sm，对于轴向拉伸，拉伸应力的最大值不应超过2.0Sm。……