壓力容器的失效形式及預防措施

浙江米勒潔凈設備科技有限公司 

          壓力容器作為特種設備，發(fā)生事故時，往往不僅是容器本身遭到破壞，而且還會危及周圍設施和職工的生命，甚至會導致更嚴重的事故。因此，我們必須從各方面采取積極可靠的措施來保證其安全運行，防止事故的發(fā)生。

      甘肅某公司生產車間發(fā)生一起壓力容器（蒸汽釜）爆炸事故

可見，壓力容器爆炸會帶來多大的災難。

運用安全學原理的相關理論，發(fā)生事故的直接原因一般有三種：

一是容器本身的不安全因素，主要來源于設計和制造過程的缺陷；

二是人的不安全行為，體現(xiàn)在壓力容器的運行過程中人的主觀操作；

三是管理缺陷，表現(xiàn)為壓力容器的安全技術管理、安全運行管理、壓力容器定期檢驗和安全等級評定等。

實際生產運行中，因為上述等各種原因，壓力容器的失效就容易引起事故的發(fā)生。本文主要討論壓力容器的四種失效形式。

壓力容器失效是指壓力容器在規(guī)定的使用環(huán)境和壽命期限內，因結構尺寸、形狀和材料性能發(fā)生變化，*失去原設計功能或未能達到原設計要求，而不能正常使用的現(xiàn)象。

常見的壓力容器失效模式大致可以分為強度失效、剛度失效、失穩(wěn)失效和泄漏失效四大類。

一、壓力容器強度失效

壓力容器在壓力等荷載的作用下，因材料屈服或斷裂而引起的失效模式，稱為強度失效。通常包括五種形式：韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、腐蝕斷裂、蠕變斷裂。

1.1 韌性斷裂

韌性破裂是在容器承受的內壓力超出安全限度后，先出現(xiàn)塑性變形，隨著壓力繼續(xù)增大就會產生破裂。

韌性斷裂的特點：

• 內壓力過高，超過了容器工作壓力，設計壓力，達到了容器的爆破壓力值；

• 容器發(fā)生破裂前，容器就有明顯的變形，破裂處的器壁顯著減薄；

• 發(fā)生韌性破裂的容器一般無碎片飛出，只裂開一個口；

• 斷口呈撕裂狀。

韌性斷裂宏觀形貌

韌性斷裂的原因：

• 違反操作規(guī)程，操作失誤引起超壓；

• 儀表控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障；

• 超壓泄放裝置失靈；

• 液化氣體儲存嚴重超裝，致使氣相空間過小，溫度升高時造成超壓；

• 因腐蝕等容器壁厚變薄。

韌性斷裂的預防措施：

• 嚴格遵守安全操作規(guī)程；

• 經常檢查儀表及安全裝置靈活準確程度；　

• 嚴禁超載、超溫運行；

• 作好運行期間的維護保養(yǎng)。

1.2 脆性斷裂

壓力容器在正常壓力范圍內，沒有發(fā)生或未充分發(fā)生塑性變形時就破裂或爆炸的破壞稱為脆性斷裂。

脆性斷裂的特點：

• 容器并無宏觀塑性變形或變形量很??；

• 容器壁未變薄，斷裂是在低壓下發(fā)生的；

• 斷裂時很可能有碎片；

• 脆性破裂多發(fā)生在溫度較低或溫度突變時。

脆性斷裂的原因：

• 材料的脆性轉變；

• 焊接接口存在嚴重缺陷。

脆性斷裂的預防措施：

• 選擇缺陷較少，韌性適當?shù)牟牧希?/span>

• 結構設計應盡量減少應力集中，采取措施消除殘余應力；

• 容器使用前，要按規(guī)定進行認真宏觀檢查。

1.3 疲勞破裂

由于容器在頻繁的加壓，卸壓過程中，材料受到交變應力的作用，經長時間使用后導致的容器破裂。

形成疲勞破裂的一般經歷三個階段：一是疲勞裂紋成形階段，二是裂紋疲勞擴展階段，三是疲勞斷裂階段。

疲勞破裂的預防措施：

• 在于設計中盡量減少應力集中，采用合理的結構和制造的工藝；

• 選擇合適的抗疲勞材料；

• 盡量減少不必要的加壓，卸壓次數(shù)；

• 嚴格控制壓力和溫度的波動。

1.4 腐蝕破裂

腐蝕破裂分為全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕是指腐蝕作用均勻地發(fā)生在整個金屬表面。局部腐蝕是指包括區(qū)域腐蝕，點腐蝕，晶間腐蝕，應力腐蝕及腐蝕疲勞等。

預防腐蝕破裂的措施是選用耐腐蝕材料，設法降低應力和應力集中，采用能降低介質腐蝕性的各種措施。

1.5 蠕變失效

壓力容器母體材料長時間處于高溫下受到拉應力的作用，而緩慢產生地塑性變形，稱為蠕變，材料蠕變而使容器發(fā)生的破裂稱為蠕變破裂。

容器發(fā)生蠕變破裂很少見。

二、壓力容器剛度失效

由于壓力容器過度的彈性形變而引起的。

三、壓力容器失穩(wěn)失效

在壓力作用下，容器突然失去其原有的規(guī)則幾何形狀而引起的失效。壓力容器失穩(wěn)失效的重要特征是彈性撓度和荷載不成比例，且臨界壓力與材料的強度無關，而主要取決于容器的尺寸和材料的彈性性質。

四、壓力容器泄露失效

容器的各種接口密封面失效或器壁出現(xiàn)穿透性裂紋發(fā)生泄漏而引起的失效。泄漏介質可能引起燃燒、爆炸和中毒事故，并造成嚴重的環(huán)境污染。

壓力容器泄漏的原因是多方面的，受壓部件受到頻繁的振動而產生裂紋，脹接管口松動，器壁局部腐蝕變薄穿孔，局部鼓包變形及密封面失效等，都會造成壓力容器因泄漏而失效。