化工壓力容器的破裂形式與預防.doc

行業(yè)資料：_化工壓力容器的破裂形式與預防單位：_部門：_日期：_年_月_日第 1 頁 共 13 頁化工壓力容器的破裂形式與預防壓力容器的破裂事故可能造成嚴重的后果，要防止壓力容器發(fā)生這類事故，必須了解它的破壞機理。根據(jù)壓力容器的破裂特點，可將壓力容器的破裂形式分為韌性破裂、脆性破裂、疲勞破裂、腐蝕破裂和蠕變破裂等。一、韌性破壞韌性破壞系指承壓特種設備器壁承受過高的應力達到了器壁材料的強度極限，而發(fā)生斷裂破壞。這種破壞形式稱為韌性破壞。1、韌性破壞的特征1）器壁有明顯的塑性變形由于容器筒體器壁受力時，其環(huán)向應力比軸向應力大1倍，所以，明顯的塑性變形主要表現(xiàn)在承壓特種設備直徑增大、壁厚減薄，而軸向增長較小，從而產(chǎn)生“腰鼓形”變形。當容器發(fā)生韌性破壞時，圓周長的最大增長率和容積變形率達1020。2）韌性破壞的斷口為切斷型撕裂，一般呈暗灰色纖維狀，斷口不平齊，且與主應力方向成45交角。韌性破壞時不產(chǎn)生碎片。3）韌性破壞時的爆破壓力接近理論爆破壓力爆破口的大小隨承壓特種設備破壞時膨脹能量大小而異，釋放的能量越大，爆破口越大。4）韌性破壞時，承壓特種設備器壁的應力值很高。5）斷口的電鏡分析斷口的微觀形貌為韌窩花樣，韌窩的實質就是一些大小不等的圓形、橢圓形凹坑，是材料微區(qū)塑性變形后在異相點處形成空洞、長大聚集、互相連接并最后導致斷裂的痕跡。宏觀形貌是顯微窩坑的概貌。韌窩幾乎都為金相中的二次相界面、非金屬夾雜物、位錯堆積區(qū)或晶界處等，因此非金屬夾雜物愈多，愈易形成顯微空洞和韌窩。2、發(fā)生韌性破壞的原因承壓特種設備的韌性破壞只有在器壁整個截面上材料都處于屈服狀態(tài)下才會發(fā)生，所以，發(fā)生韌性破壞的主要原因：(1)盛裝液化氣體的壓力容器充裝過量。(2)使用中的壓力容器超溫超壓運行。(3)壓力容器殼體選材不當。(4)壓力容器安裝不符合安全要求。(5)維護保養(yǎng)不當。3、韌性破壞的預防在設計制造壓力容器時，要選用有足夠強度和厚度的材料，以保證承壓特種設備在規(guī)定的工作壓力下安全使用。壓力容器應按核定的工藝參數(shù)運行，安全附件應安裝齊全、正確，并保證靈敏可靠。使用中加強巡回檢查，嚴格按照工藝參數(shù)進行操作，嚴禁壓力容器超溫、超壓、超負荷運行，防止過量充裝。加強維護保養(yǎng)工作，采取有效措施防止腐蝕性介質及大氣對承壓特種設備的腐蝕，若發(fā)現(xiàn)承壓特種設備器壁被嚴重腐蝕以致變薄或運行中器壁產(chǎn)生明顯塑性變形時，應立即停止使用。二、脆性破裂并不是所有的壓力容器械在破裂時都經(jīng)過顯著的塑性變形，有些容器在破裂后經(jīng)檢查并沒有發(fā)現(xiàn)可見的塑性變形現(xiàn)象，而且器壁的平均應力遠低于材料的強度極限。這種破裂現(xiàn)象和脆性材料的破裂相似故稱為脆性破裂，有時也稱為低應力破裂。1、脆性破裂特征壓力容器發(fā)生脆性破裂時，在破裂形狀、斷口形式等方面都具有一些與韌性破裂正好相反的特征：(1)容器器壁幾乎沒有塑性變形；(2)在應力低于材料的屈服強度時破壞；(3)容器常常裂成碎塊；(4)斷口呈金屬光澤的結晶狀，平直；(5)在溫度較低的情況下發(fā)生；(6)破壞前無預兆，危害性大，難以預防。2、產(chǎn)生脆性破壞的原因產(chǎn)生脆性破壞的原因主要是材料的韌性差，特別是在低溫時下降很快。此外承壓部件存在缺陷時，在此區(qū)域應力增強，易產(chǎn)生應力集中。3、脆性破裂的預防防止壓力容器產(chǎn)生脆性破裂最基本的措施是減少或消除構件的缺陷，要求材料具有很好的韌性。設計時選用在低溫下仍保持較好韌性的材料；并注意設計的結構合理，在制造時采取嚴格的工藝措施減小應力集中；在使用中加強檢驗，及早發(fā)現(xiàn)并消除缺陷。三、疲勞破裂疲勞破裂是壓力容器常見的一種破裂形式。據(jù)英國的一個聯(lián)合調查組統(tǒng)計，在運行期間發(fā)生破壞事故的壓力容器有近90是由裂紋引起的，而在由裂紋引起的事故中，疲勞裂紋約占40?？梢妷毫θ萜鞯钠谄屏咽墙^對不能忽視的。壓力容器的疲勞破裂，絕大多數(shù)屬于金屬的低周疲勞，即承受較高的交變應力，而應力交變的次數(shù)并不是太高。一般情況下，壓力容器的承壓部件在長期反復交變載荷作用下，在應力集中處產(chǎn)生微裂紋，隨著交變載荷的繼續(xù)作用，裂紋逐漸擴大，導致破裂。1、疲勞破裂的特征(1)容器沒有明顯的塑性變形；(2)破壞總是產(chǎn)生在應力集中的地方；(3)只產(chǎn)生開裂，不產(chǎn)生碎片；(4)從裂紋的形成、擴展到破壞有一個較為緩慢的發(fā)展過程；(5)破壞總是經(jīng)過長期的反復載荷作用后發(fā)生，應力低于抗拉強度；(6)斷面呈兩個區(qū)域，即裂紋的形成和擴展區(qū)與脆斷區(qū)。2、疲勞破裂的預防壓力容器的疲勞破裂既然是由于反復的交變載荷以及過高的局部應力引起的，那么要防止它發(fā)生這類事故，除了在運行中盡量避免那些不必要的頻繁加壓和卸壓、過分的壓力波動和懸殊的溫度變化等因素外，主要還在于設計時采用合理的結構。一方面要避免產(chǎn)生應力集中，使容器器壁的個別部位的局部應力不致于超過材料的屈服強度。另一方面，如果容器上確實難以避免地要出現(xiàn)較高的局部應力，則應做疲勞分析和疲勞設計。此外在制造時要按正確的工藝進行，確保質量。四、腐蝕破裂腐蝕破裂系指承壓特種設備材料在腐蝕性介質作用下，引起承壓特種設備器壁由厚變薄或材料組織結構改變、機械性能降低，使承壓特種設備承載能力不夠而發(fā)生的破壞，這種破壞形式稱為腐蝕破裂。壓力容器的腐蝕破裂都是應力腐蝕，因為壓力容器一般都承受較大的拉伸應力，而它的結構也常常難以避免地有程度不同的應力集中處，如設備的開孔焊縫等，且容器的工作介質又常常是帶腐蝕性的。壓力容器的應力腐蝕破裂是指容器殼體由于受到腐蝕介質的腐蝕而產(chǎn)生的一種破裂形式，是在腐蝕介質和拉伸應力的共同作用下產(chǎn)生的。腐蝕使金屬材料的有效截面積減小和表面形成缺口，產(chǎn)生應力集中；而應力則可加速腐蝕的進行，使表面缺口向深處擴展，最后導致斷裂，所以應力腐蝕可使壓力容器在應力低于它的強度極限時破壞。應力腐蝕是種相當危險的破裂形式，因為它常常是在未被發(fā)現(xiàn)的情況下突然斷裂而發(fā)生損壞。1、腐蝕斷裂的特征(1)引起應力腐蝕的應力必須是拉應力，且應力可大可小，極低的應力水平也可能導致應力腐蝕破壞。應力既可由載荷引起，也可由焊接、裝配或熱處理引起的殘余應力。(2)純金屬不發(fā)生應力腐蝕，但幾乎所有的合金在特定的腐蝕環(huán)境中都會產(chǎn)生應力腐蝕裂紋。極少量的合金或雜質都會使材料產(chǎn)生應力腐蝕。各種工程實用材料幾乎都有應力腐蝕敏感性。(3)產(chǎn)生應力腐蝕的材料和腐蝕性介質之間有選擇性和匹配關系，即當二者是某種特定組合時才會發(fā)生應力腐蝕。(4)應力腐蝕是一個電化學腐蝕過程，包括應力腐蝕裂紋萌生、穩(wěn)定擴展、失穩(wěn)擴展等階段，失穩(wěn)擴展即造成應力腐蝕破裂。影響應力腐蝕斷裂的因素很多，比如介質的種類、介質濃度、環(huán)境溫度、構件所處的應力狀態(tài)、金屬所用材料的成分與組織。設備的防腐蝕措施是各式各樣的，需要根據(jù)不同的設備條件和不同的工作介質采用不同的方法。2、腐蝕斷裂的預防(1)選擇合適的抗腐蝕材料；(2)采取必要的保護措施，使承壓部件與腐蝕介質隔離；(3)進行合理設計，避免高應力區(qū)；(4)制造時制定合理的工藝，消除殘余應力；(5)使用中加強管理，定期檢查維修。五、蠕變破裂蠕變是指金屬材料在應力和高溫的雙重作用下產(chǎn)生的緩慢而連續(xù)的塑性變形。當承壓部件長期在金屬蠕變的高溫下工作，壁厚會減小，材料的強度有所降低，嚴重時會導致壓力容器高溫部件發(fā)生蠕變破裂。產(chǎn)生蠕變破裂的原因主要是未選用抗蠕變性能好的合金鋼來制造高溫部件、結構設計不合理而使局部區(qū)域過熱、制造時改變了材料的組織而降低了材料的抗蠕變性能以及由于操作或維護不當，使承壓部件局部過熱。材料發(fā)生蠕變破裂時，一般都有明顯的塑性變形，斷口表面形成一層氧化膜。預防壓力容器高溫承壓部件蠕變破裂主要從以下幾個方面來考慮：(1)設計時根據(jù)使用溫度選用合適的材料；(2)合理設計結構，避免局部高溫；(3)制定正確的加工工藝，避免因加工而降低材料的抗蠕變性能；(4)在使用中防止容器局部過熱。經(jīng)常維護保養(yǎng)，清除積垢、結碳，可有效防止蠕變破壞事故的發(fā)生。壓力容器在運行和使用過程中，要受到反復升壓、卸壓等疲勞荷載的影響，又經(jīng)常受外部環(huán)境的影響，還要受到有腐蝕性介質的腐蝕，或在高溫深冷等工藝條件下工作，其力學性能會隨之發(fā)生變化，容器制造過程中的小缺陷也會隨之擴展增大，對壓力容器進行定期的全面地技術檢驗，是及早發(fā)現(xiàn)容器存在的缺陷，消除隱忠，從而保證壓力容器安全運行，避免發(fā)生事故的一項行之有效的措施。第 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頁化工壓力容器管理規(guī)定第一章總則第一條為確保壓力容器安全、穩(wěn)定、長周期運行，保障人民生命安全和化工生產(chǎn)順利進行，根據(jù)國家有關規(guī)定，特制定本規(guī)定。第二條本規(guī)定適用于固定式壓力容器和液化氣體槽（罐）車。化工行業(yè)固定式壓力容器和液化氣體槽（罐）車的設計、制造、安裝、使用、檢驗、修理、改造全過程應遵守本規(guī)定。第二章行業(yè)管理第三條壓力容器設計單位必須具備與所承擔設計范圍相適應的技術力量和設計手段。應對其所設計的壓力容器的安全技術性能負責。第一、二類壓力容器設計單位由化工部確認受理后，由省級化工主管部門審查批準，送省級勞動部門鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構備案。第三類壓力容器設計單位由化工部審查批準，送勞動部鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構備案。壓力容器設計藍圖上必須蓋有設計單位資格印章。第四條壓力容器的制造單位，必須具備保證產(chǎn)品制造質量所必需的加工設備、技術力量和檢驗手段。焊接工人必須經(jīng)過考試，取得相應認證機構頒發(fā)的合格證，才準焊接受壓元件。制造一、二類壓力容器的單位須經(jīng)所在省級化工主管部門和勞動部門鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構審查批準。制造三類壓力容器的單位須經(jīng)化工部和勞動部鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構審查批準。未履行上述手續(xù)的單位，不準制造壓力容器和液化氣體槽（罐）車。壓力容器制造單位必須按照有關規(guī)定，嚴格執(zhí)行原材料驗收制度、工藝管理制度和產(chǎn)品檢驗制度，不合格的產(chǎn)品不準出廠。對于產(chǎn)品質量低劣又無有效改進措施的制造單位，取消其制造資格。壓力容器制造單位的檢驗部門，應對本單位制造的壓力容器逐臺進行產(chǎn)品質量檢驗，出具檢驗報告，并對其檢驗結果負責。壓力容器制造單位應接受勞動部門鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構的監(jiān)督檢查。壓力容器、液化氣體槽（罐）車的新產(chǎn)品，必須經(jīng)過試制和省級以上（含省級）化工主管部門鑒定才準批量生產(chǎn)。第五條壓力容器安全附件的制造單位，必須持有制造許可證才準生產(chǎn)。安全附件的技術性能必須符合國家有關規(guī)范、標準的要求。壓力容器安全附件的新產(chǎn)品必須經(jīng)過試制并經(jīng)省級以上（含省級）化工主管部門鑒定才準批量生產(chǎn)。第六條壓力容器安裝前須經(jīng)檢查驗收，合格后方可安裝。安裝壓力容器的單位必須具備與其所承擔項目相應的施工機具、技術力量和必要的檢驗手段，并經(jīng)審查批準后，方可從事壓力容器安裝施工。安裝工作必須嚴格遵守國家有關標準、規(guī)范，保證施工質量。壓力容器安裝竣工后，應進行全面檢查驗收，經(jīng)試運行合格后，辦理竣工交接手續(xù)。第七條使用壓力容器的單位，辦理壓力容器使用手續(xù)后方可投入運行。使用單位應根據(jù)壓力容器的擁有量及其對安全技術性能的要求，設置專職技術人員、建立健全各項管理制度、加強日常管理，抓好壓力容器設計、制造、安裝、使用、檢驗、修理、改造直至報廢的全過程。使用壓力容器的單位必須對操作人員進行技術培訓和考核工作，經(jīng)考核合格由使用單位的安全管理部門發(fā)合格后，方可上崗獨立操作。第八條使用壓力容器的單位，要按照有關規(guī)定實行役前檢驗、定期檢驗和綜合評定工作。檢驗工作由使用單位自行選擇具備相應檢驗資格的單位進行。從事化工企業(yè)檢驗工作的人員，除經(jīng)有關部門考核，資格認證外，還須經(jīng)企業(yè)或主管部門進行安全知識考試后，方可從事規(guī)定項目范圍內(nèi)的壓力容器檢驗。檢驗單位必須保證檢驗質量，檢驗后應出具檢驗報告，并對檢驗結果負責。任何部門的壓力容器檢驗單位和檢驗人員在化工行業(yè)進行檢驗工作，必須執(zhí)行在用化工壓力容器檢驗規(guī)程，并接受化工主管部門的管理和勞動部門鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構的監(jiān)督。企業(yè)自主選擇的壓力容器檢驗單位對壓力容器進行的檢驗，由企業(yè)繳納檢驗費。由國家及有關部門選擇檢驗單位圣企業(yè)進行監(jiān)督檢驗，企業(yè)不承擔檢驗費。第九條修理和改造壓力容器的單位，必須具備必要的工裝設備、技術力量和檢驗手段。對壓力容器的受壓部件進行修理和改造應符合壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程和有關標準的要求，重大修理和改造方案報當?shù)刂鞴懿块T和勞動部門鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構備案。第十條壓力容器損壞嚴重，難以保證安全運行，又無修復價值時，應做報廢處理，并將使用證交回發(fā)證機構，同時報當?shù)鼗ぶ鞴懿块T和鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構備案。已報廢的壓力容器不得再做承壓設備使用。第三章機構與職責第十一條化工行業(yè)各級主管部門必須有專業(yè)人員負責本地區(qū)化工企業(yè)壓力容器的管理和監(jiān)督檢查?；て髽I(yè)應根據(jù)本單位壓力容器的擁有量配備相應的專業(yè)技術人員負責本企業(yè)壓力容器的管理工作。第十二條化工行業(yè)主管部門的主要職責：、貫徹執(zhí)行國家有關安全生產(chǎn)的方針、政策和壓力容器有關法規(guī)、標準和規(guī)范，督促化工企業(yè)和有關單位貫徹執(zhí)行；、根據(jù)化工生產(chǎn)特點制定有關化工壓力容器的安全技術法規(guī)、標準和規(guī)范；、對化工行業(yè)壓力容器的設計、制造、安裝、使用、檢驗、修理和改造單位進行監(jiān)督檢查，發(fā)現(xiàn)違反國家有關壓力容器安全技術法規(guī)、標準和規(guī)范的情況時，有權責令該單位予以糾正。、檢查壓力容器使用情況，發(fā)現(xiàn)不安全