? 對于在蠕變溫度以上工作的化工容器，失效的判據(jù)與一般壓力 容器不同，通常考慮兩種失效形式： 

? 第一種是由于蠕變而產(chǎn)生過大的變形，導(dǎo)致部件的失效， 對此，應(yīng)設(shè)定在設(shè)計(jì)壽命范圍的允許變形量； 

? 第二種是由于在恒應(yīng)力作用下，材料達(dá)到了蠕變斷裂壽命而開 裂，對此應(yīng)根據(jù)容器的設(shè)計(jì)壽命找出相應(yīng)的持久強(qiáng)度值，并限 制工作應(yīng)力小于持久強(qiáng)度。

(一)高溫壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì) 

常規(guī)設(shè)計(jì)的思路是對重要部位的最大主應(yīng)力加以限制。在我國規(guī) 范中，針對上述兩種失效形式，規(guī)定了高溫下許用應(yīng)力的設(shè)定方法。

? (1)變形準(zhǔn)則 按照100,000h后應(yīng)變不超過1％(0.01)的限制， 從蠕變數(shù)據(jù)中找到應(yīng)變速率為：

時的應(yīng)力，稱之為材料的蠕變強(qiáng)度，代號為s10-7。蠕變試驗(yàn)數(shù) 據(jù)的溫度應(yīng)與容器工作溫度相同。

此時，許用應(yīng)力為：式中，安全系數(shù)nn ＝1.0。

? (2)斷裂準(zhǔn)則 按照100,000h的持久強(qiáng)度為基準(zhǔn)，保證材料在 工作lO5h后不發(fā)生斷裂。lO5h的持久強(qiáng)度取代號為s105，則許用 應(yīng)力為：

式中，安全系數(shù)nD取為1.5～1.6。實(shí)際設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力取兩者 之小值。

? 可以討論的是，對壓力容器與管道而言，產(chǎn)生一點(diǎn)變形并無多 少妨礙；再說，l％的變形量似乎也限制得太嚴(yán)了一點(diǎn)。 

? 所以近年來的英國規(guī)范已取消了按變形準(zhǔn)則設(shè)計(jì)。在有些國家的規(guī) 范上尚未取消，只是由于保留傳統(tǒng)做法而已。 

? 世界各國已普遍認(rèn)識到，對于高溫壓力容器，真正危險的是蠕變斷裂。

? 再一方面，105h的設(shè)計(jì)壽命對有些重要裝置來說又顯得不夠?，F(xiàn)代 的化工、石油、動力等裝備趨向大型化，尺寸越來越大，設(shè)備成本 很高，要求使用壽命長。 

? 不少國家的鍋爐行業(yè)已經(jīng)把設(shè)計(jì)壽命定為20年或2X105h，核電站 趨向于更高。這一趨勢帶來的問題是蠕變數(shù)據(jù)缺少，因?yàn)樽鋈渥兣c 持久試驗(yàn)是很花錢很費(fèi)時的，而數(shù)據(jù)外推的方法的可靠性總還是要 一定數(shù)量的實(shí)時數(shù)據(jù)來驗(yàn)證。 

? 蠕變數(shù)據(jù)的積累需要廣泛的國際合作，這種合作已進(jìn)行若干年了。

(二)高溫壓力容器分析設(shè)計(jì)的思路 

? 美國規(guī)范ASMEⅧ—1是常規(guī)設(shè)計(jì)，它的范圍包含了高溫壓力容器 設(shè)計(jì)，具體的處理就是在給定材料的許用應(yīng)力時當(dāng)工作溫度超過蠕 變溫度，就以蠕變極限或持久強(qiáng)度為基準(zhǔn)。 

? ASMEⅧ—2是分析設(shè)計(jì)，它在適用范圍中明確規(guī)定不涉及有蠕變 的壓力容器，在給定許用應(yīng)力時也只限于在蠕變溫度以下。 

? ASMEⅢ與ASMEⅧ—2相同，但是在實(shí)際應(yīng)用時碰到了一個問題， 即某些核反應(yīng)堆是在蠕變溫度以上工作的。為此，ASME在20世紀(jì) 70年代后期編寫了一份《規(guī)范案例N-47))，作為高溫壓力容器分析 設(shè)計(jì)的依據(jù)，并期望在使用若干年后編人ASMEⅢ的正文。 

? N-47同樣也適用于非核壓力容器。在石油化工和煤化工行業(yè)中近代 的大型加氫反應(yīng)器嚴(yán)格講也應(yīng)屬于按分析設(shè)計(jì)的重大設(shè)備，

? 對高溫壓力容器進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，涉及許多理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)問題，也涉 及更周到的材料性能試驗(yàn)問題。這里僅提及一些重要的考慮因素：

(1)蠕變計(jì)算方法 必須考慮到容器部件總是處在多向應(yīng)力狀態(tài)下， 而蠕變的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是在單向拉伸下獲得的[ec=f(T,s,t)]。 

——如何選擇適當(dāng)?shù)漠?dāng)量流變應(yīng)力使之有可能利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是一個應(yīng) 力分析中首先要解決的問題。 

——其次，實(shí)際構(gòu)件中的多向應(yīng)力又往往是沿厚度變化或不均勻分布 的，隨著時間的進(jìn)程，各點(diǎn)上的蠕變應(yīng)變是不一樣的，由此就引起了 “蠕變應(yīng)力再分布”。 

——簡言之，不僅要研究初始應(yīng)力分布，而且要分析應(yīng)力歷史。

(2)蠕變斷裂壽命估算 在多向應(yīng)力下，如何利用單向拉伸的應(yīng)力 -壽命數(shù)據(jù)，這是一個在科學(xué)研究中尚未解決的問題，設(shè)計(jì)者須選 擇一種合理的假設(shè)。再者，從上一段所述，應(yīng)當(dāng)考慮應(yīng)力歷史對壽 命的影響，亦即采用一種合適的累積壽命規(guī)律。

(3)蠕變與疲勞交互作用 當(dāng)高溫壓力容器要求作疲勞設(shè)計(jì)時，必 須考慮蠕變與疲勞的交互作用。這種作用對不同的材料是不同的， 而且與應(yīng)力水平、應(yīng)力幅、應(yīng)變速率等因素都有關(guān)系。這時需要有 足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且考慮到單向拉壓試件與實(shí)際結(jié)構(gòu)的多向應(yīng)力 狀態(tài)之間如何聯(lián)系起來。

(4)松弛問題 對高溫容器的螺栓連接，要作松弛分析。在初安裝 時，應(yīng)力和應(yīng)變量是一定的，而這應(yīng)變是彈性應(yīng)變。在工作時，總 應(yīng)變量保持不變，由于蠕變的關(guān)系，蠕變應(yīng)變一步步取代彈性應(yīng)變， 這樣螺栓中的應(yīng)力就會下降。應(yīng)采取措施使密封處保持不漏，或者 估算出定期再上緊螺栓的時間間隔。 

以上簡要地提了一些應(yīng)考慮的項(xiàng)目，真正要進(jìn)行按分析設(shè)計(jì)需要相 當(dāng)深入的專題學(xué)習(xí)和研究。