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，防止事故的發生。

      甘肅某公司生產車間發生一起壓力容器（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定的使用環境和壽命期限內，因結構尺寸、形狀和材料性能發生變化，*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，先出現塑性變形，隨著壓力繼續增大就會產生破裂。

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；

• 容器發生破裂前，容器就有明顯的變形，破裂處的器壁顯著減薄；

• 發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：

• 違反操作規程，操作失誤引起超壓；

• 儀表控制系統出現故障；

• 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。

1.2 脆性斷裂

壓力容器在正常壓力范圍內，沒有發生或未充分發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小；

• 容器壁未變薄，斷裂是在低壓下發生的；

• 斷裂時很可能有碎片；

• 脆性破裂多發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，韌性適當的材料；

• 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；

• 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生在整個金屬表面。局部腐蝕是指包括區域腐蝕，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生的破裂稱為蠕變破裂。

容器發生蠕變破裂很少見。

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、壓力容器失穩失效

在壓力作用下，容器突然失去其原有的規則幾何形狀而引起的失效。壓力容器失穩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穿透性裂紋發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。