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文献综述

压力容器疲劳设计方法综述

0引言

变压吸附(PressureSwingAdsorption,以下简称PSA)是吸附分离技术中一项用于分离气体混合物的技术[1]。吸附塔是PSA的关键设备之一。基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量并在一定的吸附压力下对被分离的气体混合又有选择性吸附的特性，加压吸附除去原料气中的杂质组分，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。采用多个吸附塔循环地变动所组合的各循环塔的压力就可达到连续分离气体混合物的目的[2]。由于吸附塔的工作过程是周期性的压力波动过程,压力波动(交变)的幅度和次数已经不能满足JB4732钢制压力容器--分析设计标准中有关疲劳分析的免除所提的相关条件[钢],因此需要对吸附塔结构进行疲劳分析设计[1]。

1研究意义

随着现代工业的迅速发展，变压吸附技术、工艺过程简单、自动化程度高、能耗省和产品成本低，是一种很有前途适合我国国情的分离单元之一[3]。由于吸附塔是变压吸附技术的关键设备之一，吸附塔设备的制造质量直接关系到整个装置的运行状况[4]。从工作原理上看，一个吸附器从吸附结束到再次吸附的工作过程为吸附结束--均压--减压--再生冲洗--均压--升压--再次吸附[5][6][7]。因此，吸附塔是在交变载荷作用下工作的[8]，属于易受疲劳破坏的容器，在容器设计、选材制造、焊接和检验阶段必须考虑疲劳失效[9][10]，以保证装置的安全、高效和长周期运行[2]。

2重要疲劳设计规范简介及比较

2.1ASME准则

世界上最早出现压力容器疲劳设计规则是ASMEⅢ及ASMEⅧ-2，其设计方法是以Langer的研究成果为基础的。用多个母材制成的光滑小试件，在恒应变控制单轴向对称循环条件下进行疲劳试验，测得该材料疲劳失效的平均寿命曲线，再考虑缺口可能出现的平均应力的最大值，按Goodman关系考虑平均应力对材料疲劳失效寿命曲线的影响进行修正，再按虚拟应力幅和循环次数分别取安全系数为2及20，取二者中的较低值作为其设计疲劳曲线。曲线的循环次数N为l0～l0次[11][13]。设计时结构的应力强度计算运用弹性分析，对焊缝等局部不连续性采用疲劳强度减弱系数，利用设计疲劳曲线和线性积累损伤原理，进行疲劳分析。这一方法在国际上有重大影响，沿用至今。

2.2英国压力容器规范BS5500附录C疲劳分析