压力容器的失效形式及预防措施

浙江米勒洁净设备科技有限公司

压力容器作为特种设备,发生事故时,往往不仅是容器本身遭到破坏,而且还会危及周围设施和职工的生命,甚至会导致更严重的事故。因此,我们必须从各方面采取积极可靠的措施来保证其安全运行,防止事故的发生。

甘肃某公司生产车间发生一起压力容器（蒸汽釜）爆炸事故

可见,压力容器爆炸会带来多大的灾难。

运用安全学原理的相关理论,发生事故的直接原因一般有三种：

一是容器本身的不安全因素,主要来源于设计和制造过程的缺陷；

二是人的不安全行为,体现在压力容器的运行过程中人的主观操作；

三是管理缺陷,表现为压力容器的安全技术管理、安全运行管理、压力容器定期检验和安全等级评定等。

实际生产运行中,因为上述等各种原因,压力容器的失效就容易引起事故的发生。本文主要讨论压力容器的四种失效形式。

压力容器失效是指压力容器在规定的使用环境和寿命期限内,因结构尺寸、形状和材料性能发生变化,*失去原设计功能或未能达到原设计要求,而不能正常使用的现象。

常见的压力容器失效模式大致可以分为强度失效、刚度失效、失稳失效和泄漏失效四大类。

一、压力容器强度失效

压力容器在压力等荷载的作用下,因材料屈服或断裂而引起的失效模式,称为强度失效。通常包括五种形式：韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、腐蚀断裂、蠕变断裂。

1.1 韧性断裂

韧性破裂是在容器承受的内压力超出安全限度后,先出现塑性变形,随着压力继续增大就会产生破裂。

韧性断裂的特点：

• 内压力过高,超过了容器工作压力,设计压力,达到了容器的爆破压力值；

• 容器发生破裂前,容器就有明显的变形,破裂处的器壁显著减薄；

• 发生韧性破裂的容器一般无碎片飞出,只裂开一个口；

• 断口呈撕裂状。

韧性断裂宏观形貌

韧性断裂的原因：

• 违反操作规程,操作失误引起超压；

• 仪表控制系统出现故障；

• 超压泄放装置失灵；

• 液化气体储存严重超装,致使气相空间过小,温度升高时造成超压；

• 因腐蚀等容器壁厚变薄。

韧性断裂的预防措施：

• 严格遵守安全操作规程；

• 经常检查仪表及安全装置灵活准确程度；

• 严禁超载、超温运行；

• 作好运行期间的维护保养。

1.2 脆性断裂

压力容器在正常压力范围内,没有发生或未充分发生塑性变形时就破裂或爆炸的破坏称为脆性断裂。

脆性断裂的特点：

• 容器并无宏观塑性变形或变形量很小；

• 容器壁未变薄,断裂是在低压下发生的；

• 断裂时很可能有碎片；

• 脆性破裂多发生在温度较低或温度突变时。

脆性断裂的原因：

• 材料的脆性转变；

• 焊接接口存在严重缺陷。

脆性断裂的预防措施：

• 选择缺陷较少,韧性适当的材料；

• 结构设计应尽量减少应力集中,采取措施消除残余应力；

• 容器使用前,要按规定进行认真宏观检查。

1.3 疲劳破裂

由于容器在频繁的加压,卸压过程中,材料受到交变应力的作用,经长时间使用后导致的容器破裂。

形成疲劳破裂的一般经历三个阶段：一是疲劳裂纹成形阶段,二是裂纹疲劳扩展阶段,三是疲劳断裂阶段。

疲劳破裂的预防措施：

• 在于设计中尽量减少应力集中,采用合理的结构和制造的工艺；

• 选择合适的抗疲劳材料；

• 尽量减少不必要的加压,卸压次数；

• 严格控制压力和温度的波动。

1.4 腐蚀破裂

腐蚀破裂分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀是指腐蚀作用均匀地发生在整个金属表面。局部腐蚀是指包括区域腐蚀,点腐蚀,晶间腐蚀,应力腐蚀及腐蚀疲劳等。

预防腐蚀破裂的措施是选用耐腐蚀材料,设法降低应力和应力集中,采用能降低介质腐蚀性的各种措施。

1.5 蠕变失效

压力容器母体材料长时间处于高温下受到拉应力的作用,而缓慢产生地塑性变形,称为蠕变,材料蠕变而使容器发生的破裂称为蠕变破裂。

容器发生蠕变破裂很少见。

二、压力容器刚度失效

由于压力容器过度的弹性形变而引起的。

三、压力容器失稳失效

在压力作用下,容器突然失去其原有的规则几何形状而引起的失效。压力容器失稳失效的重要特征是弹性挠度和荷载不成比例,且临界压力与材料的强度无关,而主要取决于容器的尺寸和材料的弹性性质。

四、压力容器泄露失效

容器的各种接口密封面失效或器壁出现穿透性裂纹发生泄漏而引起的失效。泄漏介质可能引起燃烧、爆炸和中毒事故,并造成严重的环境污染。

压力容器泄漏的原因是多方面的,受压部件受到频繁的振动而产生裂纹,胀接管口松动,器壁局部腐蚀变薄穿孔,局部鼓包变形及密封面失效等,都会造成压力容器因泄漏而失效。