本期问题

题型：简答题

某化工园区计划新建一台大型加氢反应器，设计参数如下：

项目

参数

设计压力 p

18.0 MPa

设计温度 t

420 ℃

筒体内径 Di

3200 mm

筒体材质

2.25Cr-1Mo-0.25V 锻件（属于 Cr-Mo 钢）

结构特点

厚壁整体锻焊结构，筒体与多个 DN200~DN600 接管连接，存在大开孔、局部不等厚过渡及热-机械载荷耦合

操作工况

正常操作 + 开停车热循环 + 催化剂再生时的快速升温

介质

氢气 + 烃类混合物（易燃、易爆）

设计院在初步方案评审会上出现两种意见：

  • A 工程师

    ：按 GB/T 150.3-2024 常规设计即可，用较高的壁厚补偿局部应力集中，简单可靠；

  • B 工程师

    ：该设备应执行 JB 4732-2023《钢制压力容器——分析设计标准》进行应力分析设计（DBA），否则无法合理评估局部高应力区和热疲劳风险。

请你结合 GB/T 150.3-2024、JB 4732-2023 及 TSG 21-2016 的相关规定，回答下列问题：

（1） 常规设计（GB/T 150.3-2024）与应力分析设计（JB 4732-2023）在基本理念、壁厚确定方法、材料许用应力取值、适用范围等方面有哪些本质区别？为什么说本反应器更适合采用 DBA？

（2） JB 4732-2023 中通常将应力分为一次应力（P）、二次应力（Q）和峰值应力（F）三类。请简述每类应力的定义、产生原因、对失效模式的贡献，并举例说明它们在压力容器中的典型来源。

（3） 分析设计需要定义载荷与载荷工况。请列出本反应器在正常操作、开停车、水压试验、催化剂再生快速升温等阶段应考虑的典型载荷类别，并说明为什么必须区分"载荷"与"载荷工况"。

（4） 解释"安定性（Shakedown）"与"棘轮效应（Ratcheting）"的概念。本反应器由于频繁的开停车和再生快速升温，哪些部位最容易发生棘轮变形？在设计中应如何避免或控制棘轮效应？

（5） 采用 JB 4732-2023 进行分析设计时，设计文件、制造检验和定期检验方面相对于常规设计有哪些特殊要求？使用单位在采购和监造阶段应重点关注哪些内容？

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