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浅谈高温分析设计方法制定应遵循的几个原则

8已有 109 次阅读  2017-11-16 15:22
  过去,针对高温分析设计方法的方案我思路一直局限在ASME-NH和CC2605。借写《高温压力容器分析设计》一书,统览包括NH、R5、RCC-MRx在内的世界七大主流高温规范(规程、案例),思路也更开阔了。
 
  总得来说,高温分析设计(或评估)和低温(蠕变以下)分析不同。低温分析方法各国大同小异,差别不大,也具有一定的可比性。而高温分析和评估方法各国具体方法迥异。总得来说,分成两大体系,美国和英国。美国60年提出ASME-III,后来提出案例N-47,以后完善成ASME-NH,2015年将不再再版(以后看III-5)。法国和日本的高温规范脱胎于NH规范,但保守程度比NH低,并根据自己国家的核电站运行经验和数据进行了改进。所以你会看到法国RCC-MRx(RCC-MR)套路和NH很相似,连编排格式和编号方式都有点类似,当然现在RCC-MRx有很多方面超越NH,比如给出了辐射可忽略和显著下的不同设计方法。
 
  英国EDF的R5规程,基本自成一体。与NH的等时应力应变曲线法不同,R5是参考应力法。等时应力应变曲线过于保守。BS7910及EN 13445 附录B.9.6 Creep and cyclic fatigue (CFI)中都引入参考应力概念(EN13445应该是目前非核规范中唯一有蠕变-疲劳条款的规范)。未来ASME I 修订时也有可能引入。可以说,R5是迄今为止,世界上针对高温结构,最完善、最全面的一部规程,其2/3卷考虑的是不含缺陷的结构,实际就可以用于设计。4/5卷考虑带缺陷结构,用于评估。几年前,写《ASME压力容器分析设计》一书时,觉得VIII-2博大精深,今天看R5,可以用内容浩瀚来形容。尽管如此,R5委员会仍在“拼命”推进和修订,相关内容我在论文《高温结构完整性评定规程R5的最新进展和发展趋势》中有详细介绍。几周前,英国EDF公司关于R5的技术讨论会在伦敦召开,这次他们又把兴趣点放在核心应力(Core Stress)上。R5的详细介绍未来可以看《高温压力容器分析设计》一书,花了超3万字的篇幅介绍和探讨R5。在英国的学习,也让我们深刻感到,高温分析方面,我们和国外差距不止几年或十几年差距。光跟踪和消化这些的规范现有的方法都是工作量巨大。
 
   对于,我国引入(编制)高温规范或规程,国家十三五科技支撑计划研究R5后提出,把R5简化后引入我国。报告给出了简化后的流程图,给出了相关材料数据。对于非核级的分析设计规范,没有必要引入或参考R5,这种蛇吞象的借鉴,必然“消化不良”,也有可能“消化不了”,消化不了并不是指方法或原理,而是我们没有几十年核电站运行积累的数据,比如,材料在二氧化碳和氦气环境下是如何劣化的,在中子辐射下如何老化。
 
   对于主要用于石化行业的4732,其引入高温分析设计方法,可以遵循以下原则。①首次引入的核心任务是解决“从无到有”这个问题,而不是赶追其它最先进的技术。毕竟ASME-VIII-2目前也只在准备中(未来其5.6节将引入全套高温分析方法,我们拭目以待)。②我国的材料数据相比美欧要少的多,引入高温分析是应充分认识并考虑到这一点,方法应在我国现有材料数据下有可实施性。方法再先进,如果无法实施那也白搭。③应针对“疲劳可忽略”、“蠕变可忽略”、“蠕变-疲劳交互可忽略”提供筛分准则,这些是高温规范的“标配”,对非核规范尤其必要,高温分析(尤其是蠕变疲劳分析)“劳民伤财”,很多设备实际没有必要进行这些复杂的分析,但豁免需要有据可依。④连续性和一致性。新增的高温分析在方法、理念、失效模式、术语、操作等各方面应该与新修订的低温分析设计部分(相当于4732原有旧内容的升级)保持连续性和一致性(或对应关系)。未来,修订后的分析设计标准,类似VIII-2,其低温部分会按失效模式为主线编制,主要考虑以下失效模式:塑性垮塌;局部失效;棘轮;疲劳;屈曲。高温分析设计考虑的失效模式要与低温分析设计考虑的失效模式保持连续性、一致性和对应关系。高温部件的分析设计可以考虑5 种与时间相关的失效模式:蠕变断裂,局部蠕变损伤,蠕变棘轮,蠕变疲劳,蠕变屈曲。高温分析设计是低温分析设计在高温蠕变阶段的延伸和补充。这些失效模式仍然是简化后的,比较全面的失效模式分类可参阅RCC-MRx,比美国标准全面系统。⑤分三步走:第一步我们应该提出豁免准则,避免很多无用功;第二步,提供基于弹性分析的高温分析方法;第三步,提供基于非弹性分析的高温分析方法。当工业界掌握弹性方法并积累一定经验后,再适时引入非弹性方法。⑥兼顾保守性和便利性,这两者是一对矛盾,简单的方法通常比较保守。作为非核级标准,我们会偏向便利,牺牲保守性。这也是我最近在思考的问题,也是从全世界这么多规范中挑选适合我国目前技术现状方法的原则之一。⑦应该引入目前公认的可靠的方法。安全是第一位的,目前还不适宜引入我国的创新技术,后续陆续引入更合适。

  不久的将来,我们将迎来一个高温时代。
 
  简单说这些,设备圈内部参考和讨论,请勿转载。
 
 
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发表评论 评论 (5 个评论)

  • jxp.wx 2017-11-16 18:26
    我想问,以前没标准,高温设备如何设计的
  • Shen 2017-11-16 18:35
    单就高温的设计没有问题,150就可以设计,但150只是通过许用应力控制了应力极限,没有基于寿命对蠕变进行限制,所谓desigh for lifetime。还缺的是蠕变棘轮等失效的控制。
  • Shen 2017-11-16 18:40
    还有一些重要的蠕变疲劳设备原来是进口的。现在,有一台我们已自行分析和设计,但按的还是境外标准。
  • smxbjf 2017-11-17 08:18
    以前对RCC-MRx知之甚少,提高了认识。致敬!!
  • Shen 2017-11-17 18:28
    smxbjf: 以前对RCC-MRx知之甚少,提高了认识。致敬!!
    近期将投出《高温设计规范RCC-MRx中的分析方法与评定准则》一文,欢迎交流指正
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