氣瓶破裂形式

1、過(guò)程設(shè)備安全工程第三章 破裂形式主講教師：吳俊飛壓力容器的破裂形式破裂形式延性破裂脆性破裂腐蝕破裂壓力沖擊破裂蠕變破裂疲勞破裂第一節(jié) 延性破裂概念 壓力容器在內(nèi)部壓力作用下，器壁上產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限，從而發(fā)生斷裂破壞的一種形式。這種形式的破壞屬于韌性斷裂,因此,也稱(chēng)韌性破壞。一、機(jī)理 壓力較小時(shí)，容器器壁的當(dāng)量應(yīng)力也較小，器壁產(chǎn)生彈性變形，容器的容積與壓力成正比增加，二者保持線性關(guān)系。如果卸除載荷，即把容器內(nèi)的壓力降下，其容積即恢復(fù)原來(lái)的大小，基本上不產(chǎn)生容積殘余變形。 破壞過(guò)程彈性變形階段彈塑性變形階段斷裂階段小 應(yīng)力 大 當(dāng)壓力升高至使容器器壁的當(dāng)量應(yīng)力超過(guò)材料的彈性極限時(shí)，容器

2、容積變形不再與壓力成正比關(guān)系，且在壓力載荷卸除之后，容器不能完全恢復(fù)原來(lái)的形狀而保留小量殘余變形。 當(dāng)壓力升高至使器壁上的當(dāng)量應(yīng)力達(dá)到材料的屈服點(diǎn)時(shí)，由于器壁產(chǎn)生明顯的塑性變形，容器容積將迅速增大，在壓力不再增高甚至下降的情況下，容積變形仍在繼續(xù)增加。這種現(xiàn)象與材料在拉伸時(shí)的屈服現(xiàn)象是相同的，即容器進(jìn)入全面屈服狀態(tài)。 如果承壓設(shè)備在全面屈服后承受的壓力繼續(xù)增加，容積變形也將繼續(xù)增加，至承壓設(shè)備壁上的當(dāng)量應(yīng)力達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，承壓設(shè)備即發(fā)生韌性斷裂。二、特征特征一 承壓部件在延性破裂前產(chǎn)生大量容積變形有利于防止某些鍋爐、容器或管道的斷裂。例如，充裝過(guò)量的液化氣體氣瓶會(huì)因溫度升高而使介質(zhì)壓力劇

3、增，此時(shí)氣瓶的大量變形可有效緩解瓶?jī)?nèi)壓力的增高，有時(shí)還會(huì)避免氣瓶的破裂。對(duì)于一些瓶壁嚴(yán)重減薄的氣瓶或其它容器，有時(shí)會(huì)在充氣或水壓試驗(yàn)中，因壓力表突然停止不動(dòng)而使試驗(yàn)操作者意識(shí)到屈服及破裂的危險(xiǎn)。如果在壓力超過(guò)屈服壓力之后卸壓，容器會(huì)留下較大的容積殘余變形，有時(shí)用肉眼或直尺檢查即可發(fā)現(xiàn)。圓筒形容器的變形總是呈現(xiàn)為中部直徑增大的腰鼓形，因而發(fā)生屈服變形的容器是不難發(fā)現(xiàn)的。 器壁有明顯的塑性變形。因環(huán)向應(yīng)力比軸向應(yīng)力大一倍，所以明顯的塑性變形主要表現(xiàn)在容器直徑增大、容積增大、壁厚減薄，而軸向增長(zhǎng)較小產(chǎn)生“腰鼓形”變形。從許多爆破試驗(yàn)和爆炸事故的承壓設(shè)備上所測(cè)得的數(shù)據(jù)表明，韌性斷裂的承壓設(shè)備，最大圓周

4、伸長(zhǎng)率常達(dá)10以上，容積增大率也往往高于10，有的甚至達(dá)20到30。有利于特征二 延性破裂的斷口為切斷撕裂，一般呈暗灰色纖維狀，斷口不平齊，形成鋸齒形的纖維狀斷口，斷裂的宏觀表面平行于最大剪應(yīng)力方向而與最大主應(yīng)力成45。 韌性斷裂的容器，一般不破碎成塊或者碎片，而是只裂開(kāi)一個(gè)裂口。壁厚比較均勻的圓筒形容器，常常是在中部沿軸向裂開(kāi)，裂口的大小與容器破裂時(shí)釋放的能量有關(guān)，釋放的能量越大，裂口越大。特征三特征四 延性破裂時(shí)的爆破壓力接近理論爆破壓力，屬于超壓或超載破壞。其實(shí)際爆破壓力往往與計(jì)算爆破壓力相接近，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了承壓設(shè)備的許用壓力及正常工作壓力，屬于超壓或超載破壞（設(shè)備壁因腐蝕或磨損減薄時(shí)例外

5、）。 延性破裂時(shí)，容器器壁的應(yīng)力值一般達(dá)到或接近材料的強(qiáng)度極限。三、原因 承壓設(shè)備承壓部件的大量塑性變形和韌性斷裂，只有在部件整個(gè)截面上的材料都處于屈服狀態(tài)后才會(huì)發(fā)生，而這種情況在正確設(shè)計(jì)制造及合理使用的設(shè)備中一般是不會(huì)出現(xiàn)的，因而韌性斷裂事故也是完全可以避免的。但實(shí)際使用中承壓設(shè)備的韌性斷裂事故并不少見(jiàn)，這類(lèi)斷裂常發(fā)生于以下情況： 原因一：液化氣體容器充裝過(guò)量。 對(duì)盛裝液化氣體介質(zhì)的容器，應(yīng)按規(guī)定的充裝系數(shù)充裝，即留有一定的氣相空間，這是因?yàn)橐夯瘹怏w隨環(huán)境溫度的增高，其飽和蒸汽壓顯著增大。如液氯鋼瓶充裝滿(mǎn)液后，當(dāng)溫度每升高1度，瓶?jī)?nèi)壓力增加將超過(guò)1MPa。隨溫度繼續(xù)升高，瓶?jī)?nèi)壓力不斷增大，器

6、壁上的應(yīng)力也不斷增大，當(dāng)達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)即發(fā)生斷裂。 造成充裝過(guò)量主要是由于操作疏忽、計(jì)量錯(cuò)誤或其它原因，在運(yùn)輸或使用過(guò)程中，容器內(nèi)介質(zhì)溫度因環(huán)境溫度影響或太陽(yáng)曝曬而升高，介質(zhì)體積膨脹滿(mǎn)液后使器內(nèi)壓力急劇上升，最終導(dǎo)致容器韌性斷裂。 原因二：使用中的壓力容器超溫超壓運(yùn)行。 原因三：容器殼體選材不當(dāng)或容器安裝不符合安全要求。 原因四：維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)。 由于違反操作規(guī)程、操作失誤或其它原因，造成設(shè)備內(nèi)壓力升高并超過(guò)其許用壓力，而設(shè)備又沒(méi)有裝設(shè)安全泄壓裝置或安全泄壓裝置失靈，或因投料不當(dāng)，造成反應(yīng)速度過(guò)快，引起溫度壓力急劇升高，最終造成韌性斷裂。 若壓力容器殼體材料選用的強(qiáng)度較低，或壓力容器安裝錯(cuò)誤（如

7、幾臺(tái)工作壓力不同的容器共用一個(gè)壓力源），壓力來(lái)源處的壓力高于壓力容器的設(shè)計(jì)壓力或最高工作壓力，而又無(wú)可靠的減壓裝置，則可能導(dǎo)致破壞。 因維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，壓力容器器壁發(fā)生大面積腐蝕，壁厚減薄，在正常工作壓力下器壁一次薄膜應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限，造成受壓部件整體屈服而發(fā)生破裂。四、事故預(yù)防措施一：在設(shè)計(jì)制造壓力容器時(shí)，要選用有足夠強(qiáng)度和厚度的材料，以保證壓力容器在規(guī)定的工作壓力下安全使用。措施二：壓力容器應(yīng)按照核定的工藝參數(shù)運(yùn)行，安全附件應(yīng)安裝齊全、正確，并保證靈敏可靠。措施三：使用中加強(qiáng)巡回檢查，嚴(yán)格按照工藝參數(shù)進(jìn)行操作，嚴(yán)禁壓力容器超溫、超壓、超負(fù)荷運(yùn)行，防止過(guò)量充裝。措施四：加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)工作，

8、采取有效措施防止腐蝕性介質(zhì)及大氣對(duì)壓力容器的腐蝕。若發(fā)現(xiàn)壓力容器器壁被嚴(yán)重腐蝕以致變薄，或運(yùn)行中器壁產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)，應(yīng)立即停止使用。第二節(jié) 脆性破裂概念 指壓力容器在破裂時(shí)沒(méi)有顯著的塑性變形，破裂時(shí)器壁的壓力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的強(qiáng)度極限，有的甚至還低于材料的屈服極限，這種破壞與脆性材料的破裂很相似，故稱(chēng)為脆性破裂。由于這種破壞是在較低的應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的，所以又稱(chēng)為低應(yīng)力破壞。一、機(jī)理機(jī)理一：鋼在低溫下其沖擊韌性顯著降低，表明溫度低時(shí)鋼對(duì)缺口的敏感性增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為鋼的冷脆性。鋼由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏卮嘈誀顟B(tài)極易產(chǎn)生斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為低溫脆性斷裂。機(jī)理二：低碳鋼在300左右會(huì)出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度升高、塑

9、性降低的區(qū)域，這種現(xiàn)象稱(chēng)為材料的藍(lán)脆性。若在壓力容器制造和使用時(shí)，正好在藍(lán)脆溫度范圍內(nèi)經(jīng)受變形應(yīng)力，就有可能產(chǎn)生藍(lán)脆，導(dǎo)致斷裂事故。機(jī)理三：某些鋼材長(zhǎng)期停留在400-500 溫度范圍內(nèi)以后冷卻至室溫，其沖擊值有明顯下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為鋼的熱脆性。此時(shí)壓力容器經(jīng)受變形應(yīng)力，也有可能導(dǎo)致脆性斷裂。 盡管壓力容器材料一般具有較好的塑性和韌性，但由于鋼材在不同的使用條件下有各種產(chǎn)生脆性及脆化的可能，所以脆性斷裂是承壓設(shè)備一種常見(jiàn)的破壞形式。特別是高參數(shù)、厚截面的大型容器，通常采用低合金高強(qiáng)鋼制造，在高壓、低溫、三向應(yīng)力狀態(tài)、缺口、殘余應(yīng)力等因素的影響下，脆性斷裂成為其主要的失效形式之一。二、特征特征一

10、壓力容器發(fā)生脆性破壞時(shí)無(wú)明顯外觀變化和外觀預(yù)兆，破壞后的容器器壁無(wú)明顯的伸長(zhǎng)變形，壁厚一般也無(wú)減薄，因此脆性斷裂后的容器沒(méi)有明顯的殘余變形。許多在水壓試驗(yàn)時(shí)脆性斷裂的承壓設(shè)備，其試驗(yàn)壓力與容積增量的關(guān)系在斷裂前基本上還是線性關(guān)系，即處于彈性變形狀態(tài)。有些脆裂成塊的承壓設(shè)備，將碎塊拼組起來(lái)基本上還是原承壓設(shè)備的形狀。特征二 脆性破壞的斷口平齊，呈金屬光澤的結(jié)晶狀，并與最大主應(yīng)力方向垂直。容器縱向脆斷時(shí)裂口與器壁表面垂直，環(huán)向脆斷時(shí)裂口與容器中心線相垂直。脆斷往往是晶界斷裂，所以斷口呈閃爍金屬光澤的結(jié)晶狀。在設(shè)備壁很厚的脆性斷口上，還常有人字形放射花紋，其尖端指向裂紋源，始裂點(diǎn)往往是缺陷處或形狀突

11、變處。特征三特征四 常破裂成碎塊。由于承壓設(shè)備脆性斷裂時(shí)材料韌性較差，脆性斷裂的過(guò)程又是裂紋迅速擴(kuò)展的過(guò)程，破壞往往在一瞬間發(fā)生，設(shè)備內(nèi)的壓力和能量無(wú)法通過(guò)一個(gè)裂口釋放，因此脆性斷裂的設(shè)備常裂成碎塊，且常有碎片飛出，造成的后果常比韌性斷裂嚴(yán)重得多。 脆性破壞斷裂速度極快，材料內(nèi)部的微裂紋很快擴(kuò)展達(dá)到臨界長(zhǎng)度，幾乎不經(jīng)歷裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段就進(jìn)入裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段，裂紋擴(kuò)展阻力小，擴(kuò)展速度很快，最大可達(dá)聲音在該材料中的傳播速度，可高達(dá)1800m/s。特征五 厚壁容器和較低溫度的容器最易發(fā)生脆性破壞，且斷裂時(shí)的名義應(yīng)力較低，往往低于鋼材的屈服極限。這類(lèi)斷裂可在正常操作壓力或水壓試驗(yàn)壓力下發(fā)生。三、原因

12、原因一：溫度 因?yàn)殇撛诘蜏叵禄蛟谀骋惶囟囟确秶鷥?nèi)其沖擊韌性將急劇下降。 原因二：裂紋性缺陷 壓力容器受壓元件一旦產(chǎn)生裂紋，其尖端前緣產(chǎn)生很高的應(yīng)力峰值，且應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生變化，變?yōu)槿蚶鞈?yīng)力。在這個(gè)區(qū)域，實(shí)際的應(yīng)力要比按常規(guī)方式計(jì)算的數(shù)值高得多，材料的實(shí)際強(qiáng)度比無(wú)裂紋的理想材料的強(qiáng)度低得多。所以即使材料具有較高的沖擊韌性，但當(dāng)裂紋缺陷的尺寸達(dá)到一定值時(shí)，仍可能發(fā)生脆性斷裂。四、事故預(yù)防措施一：提高容器制造質(zhì)量特別是焊接質(zhì)量，是防止容器脆性破壞的重要措施。 因?yàn)槿萜鹘Y(jié)構(gòu)尺寸的突變、不連續(xù)以及焊縫中裂紋性缺陷的存在，會(huì)造成容器局部區(qū)域應(yīng)力集中，易形成脆性斷裂源。措施二：容器材料在使用條件下，應(yīng)有

13、較好的韌性。 材料韌性差是造成脆性破壞的另一個(gè)主要因素。因此在選擇材料時(shí)應(yīng)選擇在使用溫度下仍能保持較好韌性的材料。由于材料的斷裂韌性不僅與其化學(xué)成分有關(guān)，而且還與其金相組織有關(guān)。因此制造過(guò)程中的焊接及熱處理工藝必須合理；使用過(guò)程中也應(yīng)防止容器材料韌性的降低。如防止使用溫度低于設(shè)計(jì)溫度；開(kāi)停車(chē)時(shí)避免壓力的急劇變化，防止材料斷裂韌性因加載速度過(guò)快而降低。措施三：加強(qiáng)壓力容器的維護(hù)保養(yǎng)和定期檢驗(yàn)工作，及時(shí)消除檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的裂紋性缺陷，確保容器安全運(yùn)行。第三節(jié) 疲勞破裂概念 指壓力容器器壁在反復(fù)加壓和卸壓過(guò)程中受到交變載荷的長(zhǎng)期作用，沒(méi)有經(jīng)過(guò)明顯的塑性變形而導(dǎo)致容器斷裂的一種破壞形式。疲勞破裂是突然發(fā)生

14、的，因此具有很大的危險(xiǎn)性。 疲勞斷裂是承壓設(shè)備承壓部件較為常見(jiàn)的一種斷裂方式。據(jù)英國(guó)統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)行期間發(fā)生破壞事故的容器，有89.4是由裂紋引起的；而在由裂紋引起的事故中，疲勞裂紋占39.8。國(guó)外還有資料估計(jì)，壓力容器運(yùn)行中的破壞事故有75以上是由疲勞引起的。由此可見(jiàn)，承壓設(shè)備的疲勞斷裂是絕不能忽視的。一、機(jī)理機(jī)理一：低應(yīng)力高周疲勞 材料循環(huán)周次在105以上，而相應(yīng)的應(yīng)力值在材料的彈性范圍內(nèi)，可以承受高周次的交變載荷作用而不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞。但當(dāng)外載荷超過(guò)這個(gè)彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力極限后，材料就易發(fā)生斷裂。機(jī)理二：高應(yīng)力低周疲勞 材料承受的應(yīng)力水平較高，交變應(yīng)力幅度較大，但交變周次較少，當(dāng)容器材料在較高

15、應(yīng)力水平下承受交變周次超過(guò)了102 - 105之后，材料就容易發(fā)生斷裂。v 承壓部件的疲勞斷裂，絕大多數(shù)屬于金屬的低承壓部件的疲勞斷裂，絕大多數(shù)屬于金屬的低周疲勞周疲勞。許多承壓設(shè)備都具備產(chǎn)生低周疲勞的條件：v 存在較高的局部應(yīng)力存在較高的局部應(yīng)力。承壓部件的接管、開(kāi)孔、轉(zhuǎn)角及其它幾何形狀不連續(xù)的部位，焊縫及其它隱含缺陷之處，都有程度不同的應(yīng)力集中。應(yīng)力集中處的局部應(yīng)力往往比設(shè)計(jì)應(yīng)力大好幾倍，可能達(dá)到并超過(guò)材料的屈服點(diǎn)。反復(fù)的加載和卸載，將會(huì)在受力最大處產(chǎn)生伸縮塑性變形并產(chǎn)生裂紋，裂紋逐步擴(kuò)展最終導(dǎo)致斷裂。v 存在交變載荷及反復(fù)應(yīng)力存在交變載荷及反復(fù)應(yīng)力。承壓部件承受的交變載荷及設(shè)備壁中的反復(fù)

16、應(yīng)力可產(chǎn)生于：a、間歇操作的設(shè)備經(jīng)常進(jìn)行反復(fù)的加壓和卸壓；b、在運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備壓力在較大范圍內(nèi)變動(dòng)；c、設(shè)備介質(zhì)溫度及設(shè)備壁溫度反復(fù)變化；d、部件強(qiáng)迫振動(dòng)并引起較大局部附加應(yīng)力；e、氣瓶多次充裝等。 二、特征特征一 容器破壞時(shí)沒(méi)有明顯的塑性變形。 這是由于疲勞斷裂首先是在局部應(yīng)力較高的部位或材料缺陷處產(chǎn)生微細(xì)裂紋，然后在交變載荷作用下，微裂紋逐漸擴(kuò)展為疲勞裂紋，最后剩余截面上的應(yīng)力達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度或超過(guò)材料斷裂韌度而發(fā)生突然開(kāi)裂。它和脆性斷裂相似，在破壞過(guò)程中總體應(yīng)力水平較低，處于彈性范圍之內(nèi)，一般沒(méi)有明顯的塑性變形。即使它的最后斷裂區(qū)是韌性斷裂，也不會(huì)造成部件整體的塑性變形，破裂后部件的直

17、徑?jīng)]有明顯的增大，大部分壁厚也沒(méi)有明顯的減薄。 特征二 斷口存在兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是疲勞裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展區(qū)，另一個(gè)是最后斷裂區(qū)。 大多數(shù)壓力容器的應(yīng)力變化周期較長(zhǎng)，裂紋擴(kuò)展較為緩慢，所以有時(shí)仍能見(jiàn)到裂紋擴(kuò)展的弧形紋路。如果斷口上的疲勞線比較清晰，還可以根據(jù)它找到疲勞裂紋的策源點(diǎn)。這個(gè)策源點(diǎn)和斷口的其他地方的形貌不同，策源點(diǎn)往往產(chǎn)生在應(yīng)力集中的地方，特別是容器的接管處。特征三特征四 容器的疲勞破壞一般是疲勞裂紋穿透器壁而泄漏失效。 疲勞斷裂一般不像韌性破裂時(shí)形成撕裂，也不象脆性斷裂那樣整體破壞產(chǎn)生碎片，而只是開(kāi)裂一個(gè)破口，使設(shè)備或部件因泄漏而失效。開(kāi)裂部位常是開(kāi)孔接管處或其它應(yīng)力集中及溫度交變部位。

18、疲勞破壞總是在經(jīng)過(guò)多次的反復(fù)加壓和卸壓以后發(fā)生。 疲勞斷裂是和交變載荷相關(guān)聯(lián)的，是需要循環(huán)交變一定周次和持續(xù)一定時(shí)間的。疲勞斷裂的過(guò)程要比脆性斷裂緩慢得多。容器開(kāi)停車(chē)一次可視為一個(gè)循環(huán)周次，在運(yùn)行過(guò)程中容器內(nèi)介質(zhì)壓力的波動(dòng)也是一種載荷，若交變載荷變化較大，開(kāi)停車(chē)次數(shù)較多，就容易發(fā)生疲勞破壞。 三、原因 原因一：內(nèi)部因素 即存在著局部高應(yīng)力區(qū)，其峰值應(yīng)力會(huì)超過(guò)材料的屈服極限，隨著載荷的周期性變化，該部位將產(chǎn)生很大的應(yīng)力變化幅，具備了微裂紋向疲勞裂紋擴(kuò)展開(kāi)裂的條件 原因二：外部因素 即壓力容器存在著反復(fù)交變 載荷，這種交變載荷的形式不是對(duì)稱(chēng)循環(huán)型，而是變化幅較大的非對(duì)稱(chēng)循環(huán)載荷。例如：間歇式操作的

19、容器，器內(nèi)壓力、溫度波動(dòng)較大；周?chē)h(huán)境對(duì)壓力容器造成的強(qiáng)迫振動(dòng)；外界風(fēng)、雨、雪、地震對(duì)容器造成的周期性外載荷等，都會(huì)導(dǎo)致疲勞破壞。四、事故預(yù)防措施一：壓力容器的制造質(zhì)量應(yīng)符合要求，避免先天性缺陷，以減少過(guò)高的局部應(yīng)力措施二：在壓力容器安裝中應(yīng)注意防止外來(lái)載荷源的影響，以減少壓力容器本體的交變載荷。措施三：在運(yùn)行中要注意操作正確性，盡量減少升壓、卸壓的次數(shù)，操作中要防止溫度壓力波動(dòng)過(guò)大。措施四：對(duì)無(wú)法避免外來(lái)載荷、無(wú)法減少開(kāi)停次數(shù)的壓力容器，制造前應(yīng)做疲勞設(shè)計(jì)，以保證壓力容器不致發(fā)生疲勞破壞。第四節(jié) 腐蝕破裂概念 指壓力容器材料在腐蝕性介質(zhì)作用下,引起容器壁由厚變薄或材料組織結(jié)構(gòu)改變、力學(xué)性能降

20、低，使壓力容器承載能力不夠而發(fā)生的破壞形式。一、分類(lèi)按腐蝕機(jī)理化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕按腐蝕環(huán)境介質(zhì)腐蝕海水腐蝕土壤腐蝕按腐蝕破壞形態(tài)分類(lèi)局部腐蝕晶間腐蝕均勻腐蝕（或稱(chēng)全面腐蝕）電偶腐蝕孔蝕選擇性腐蝕磨損腐蝕縫隙腐蝕等疲勞腐蝕等斷裂腐蝕氫腐蝕等脫碳、滲碳?xì)浯鄳?yīng)力腐蝕氫鼓包氫損傷二、形態(tài) 指在金屬整個(gè)暴露表面上或者是大部分面積上產(chǎn)生程度基本相同的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕。均勻腐蝕也稱(chēng)全面腐蝕，遭受全面腐蝕的容器是以金屬的厚度逐漸變薄的形式導(dǎo)致最后破壞。 從工程角度看，全面腐蝕并不是威脅很大的腐蝕形態(tài)。1、均勻腐蝕 指材料表面的區(qū)域性腐蝕。這是一種危害性較大的腐蝕形態(tài)之一，并經(jīng)常在突然之間導(dǎo)致事故。2、局部腐蝕

21、 （1）電偶腐蝕 只要有兩種電極電位不同的金屬互相接觸或用導(dǎo)體連通，在電解質(zhì)存在的情況下就有電流通過(guò)。通常是電極電位較高的金屬腐蝕速度降低甚至停止，電極電位較低的金屬腐蝕速度增大。 （2）孔蝕 指金屬表面產(chǎn)生小孔的一種局部腐蝕。孔蝕一般容易在靜止的介質(zhì)中發(fā)生，通常沿重力方向發(fā)展。 （3）選擇性腐蝕 當(dāng)金屬合金材料與某種特定的腐蝕性介質(zhì)接觸時(shí)，介質(zhì)與金屬合金材料中的某一元素或某一組分發(fā)生反應(yīng)，使其被脫離出去，這種腐蝕稱(chēng)為選擇性腐蝕。選擇性腐蝕一般在不銹鋼、有色金屬和鑄鐵等材料中發(fā)生。 （4）磨損腐蝕 指由于腐蝕性介質(zhì)與金屬之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而使腐蝕過(guò)程加速的現(xiàn)象，又稱(chēng)為沖刷腐蝕。 如：冷凝器管壁的

22、磨損腐蝕，腐蝕流體既對(duì)金屬表面的氧化物產(chǎn)生機(jī)械沖刷破壞，又與不斷露出的金屬新鮮表面發(fā)生劇烈的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕，故腐蝕速度加快。 （5）縫隙腐蝕 暴露于電解質(zhì)溶液中的金屬表面上的縫隙和其他隱蔽區(qū)域內(nèi)常常發(fā)生強(qiáng)烈的局部腐蝕。這種腐蝕與孔洞、墊片底面、搭接縫、表面沉積物、螺母和鉚釘帽下的縫隙內(nèi)積存少量的靜止溶液有關(guān)。 定義：金屬的腐蝕局限在晶界或晶界附近，而晶粒本身的腐蝕較小的一種腐蝕形態(tài)稱(chēng)之為晶間腐蝕。3、晶間腐蝕 后果：這種腐蝕造成晶粒脫落，使容器材料的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率顯著降低，但仍保持原由的金屬光澤而不易被發(fā)現(xiàn)，故危害很大。 例子：奧氏體不銹鋼經(jīng)常發(fā)生晶間腐蝕。這種腐蝕往往發(fā)生在不銹鋼由高溫緩慢冷

23、卻或在敏感溫度范圍內(nèi)（450 - 850 ），晶粒中鉻離子與過(guò)飽和的碳化合成碳化鉻在晶界析出，由于鉻的擴(kuò)散速度較慢，這樣生成碳化鉻所需的鉻必然要從晶界附近獲取，造成晶界附近區(qū)域含鉻量降低，即“貧鉻”現(xiàn)象，從而降低了不銹鋼的耐蝕性能，導(dǎo)致晶間腐蝕。由于焊接過(guò)程中熱影響區(qū)正處于敏感溫度范圍，所以易造成晶間腐蝕。因此，在對(duì)不銹鋼容器施焊時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接電流、返修次數(shù)，以減小熱量輸入。 斷裂腐蝕主要有應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕，它是材料在腐蝕性介質(zhì)和應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的，兩者缺一不可。其中，應(yīng)力可以是靜載拉伸應(yīng)力，也可以是交變應(yīng)力。4、斷裂腐蝕 （1）應(yīng)力腐蝕 金屬在拉應(yīng)力和特定的腐蝕性介質(zhì)共同作用下發(fā)生的

24、斷裂破壞。這是一種極危險(xiǎn)的腐蝕形態(tài)，長(zhǎng)在沒(méi)有先兆的情況下發(fā)生局部腐蝕，裂紋一旦出現(xiàn)，它的擴(kuò)展速度比其他局部腐蝕速度快得多。其裂紋大體向垂直于拉應(yīng)力方向發(fā)展，裂紋形態(tài)有晶間型、空晶型或兩者兼有的混合型。 （2）疲勞腐蝕 金屬在交變應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)的同時(shí)作用下產(chǎn)生的破裂。這種破裂常產(chǎn)生于震動(dòng)部件，在動(dòng)載荷應(yīng)力作用下，所有的金屬材料，即使是純金屬也會(huì)發(fā)生疲勞腐蝕。疲勞腐蝕可以是多條裂紋，裂紋通常發(fā)源于一個(gè)深蝕孔，一般是穿晶型無(wú)分枝，通常呈鋸齒形，尖端尖銳。 穿晶型應(yīng)力腐蝕裂紋金相與斷口穿晶型應(yīng)力腐蝕裂紋金相與斷口 穿晶型應(yīng)力腐蝕裂紋金相與斷口穿晶型應(yīng)力腐蝕裂紋金相與斷口 穿晶型應(yīng)力腐蝕裂紋金相與斷口

25、穿晶型應(yīng)力腐蝕裂紋金相與斷口 應(yīng)力腐蝕中常見(jiàn)的沿晶斷口應(yīng)力腐蝕中常見(jiàn)的沿晶斷口冰糖狀冰糖狀200 由于氫滲進(jìn)金屬內(nèi)部而造成金屬性能惡化的現(xiàn)象稱(chēng)為氫損傷，也稱(chēng)為氫破壞。由于氫的原子半徑最小，最容易滲入鋼或其他金屬內(nèi)部，氫離子被還原成初生態(tài)的氫，隨后復(fù)合生成分子氫。當(dāng)初生態(tài)氫復(fù)合成氫分子的過(guò)程受到阻礙時(shí)，就促進(jìn)了初生氫向鋼或其他金屬內(nèi)部滲透，引起滲氫。5、氫損傷 （1）氫鼓包由于氫進(jìn)入金屬內(nèi)部而產(chǎn)生，結(jié)果造成局部變形，甚至器壁遭到破壞。 （2）氫脆 由于氫進(jìn)入金屬內(nèi)部而產(chǎn)生，結(jié)果引起韌性和抗拉強(qiáng)度降低 。 （2）脫碳 由于濕氫進(jìn)入鋼中，使鋼中碳含量減少，其結(jié)果是鋼的強(qiáng)度下降。 （2）氫腐蝕 在高溫

26、下氫與合金中的組分反應(yīng)造成腐蝕 。三、機(jī)理 1、化學(xué)腐蝕 化學(xué)腐蝕是指容器金屬與周?chē)橘|(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的金屬腐蝕。這類(lèi)腐蝕主要包括金屬在干燥或高溫氣體中的腐蝕以及在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕。典型的化學(xué)腐蝕有高溫氧化、高溫硫化、鋼的滲碳與脫碳、氫腐蝕等例子：化工行業(yè)中各種爐管，其外壁受到嚴(yán)重的高溫氧化。 硫酸工業(yè)中的高溫二氧化硫、煉油工業(yè)中高溫硫化氫對(duì)設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。 合成氨及石油工業(yè)中高溫高壓下氫氣等氣體的嚴(yán)重腐蝕。 按腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理來(lái)講，腐蝕通常分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類(lèi)。 指金屬在高溫下與介質(zhì)或周?chē)h(huán)境中的氧作用而形成金屬氧化物的過(guò)程。 例如:鋼在空氣中加熱,在較低的溫度(200-

27、300 )下表面出現(xiàn)可見(jiàn)的氧化膜。氧化速度隨溫度的升高而加快。當(dāng)溫度達(dá)到800-900 時(shí)，氧化速度明顯增加。除氧氣外，CO2、H2O、SO2等介質(zhì)的存在也能引起高溫氧化，特別是水蒸氣的氧化作用較強(qiáng)。1、高溫氧化 指金屬在高溫下與含硫介質(zhì)（如硫蒸汽、硫化氫、二氧化硫）作用生成硫化物的過(guò)程。 后果:硫化作用較氧化作用更強(qiáng)。硫化物不穩(wěn)定、易剝離、晶格缺陷多、熔點(diǎn)低，而且與氧化物、硫酸鹽及金屬生成不穩(wěn)定價(jià)的低熔點(diǎn)共晶物，因此在高溫下易造成材料破裂。2、高溫硫化 滲碳：高溫下某些碳化物碳化物與鋼接觸時(shí)發(fā)生分解生成游離碳分解生成游離碳滲入鋼內(nèi)生成碳化物稱(chēng)滲碳滲碳，它降低了鋼材的韌性。 脫碳：鋼的脫碳是由

28、于鋼中的滲碳體滲碳體在高溫下與介質(zhì)作用被還原被還原成鐵成鐵發(fā)生脫碳反應(yīng)脫碳反應(yīng)，使得鋼表面滲碳體減少，導(dǎo)致金屬表面硬度和疲勞極限降低。3、鋼的滲碳與脫碳 概念：指鋼受高溫高壓氫高溫高壓氫的作用引起組分的化學(xué)變化引起組分的化學(xué)變化，使鋼材的強(qiáng)度和塑性下降，斷口呈脆性斷裂的現(xiàn)象。 機(jī)理：氫腐蝕的機(jī)理是氫分子擴(kuò)散到鋼的表面氫分子擴(kuò)散到鋼的表面，分解為氫原子或氫離子而被化學(xué)吸附，擴(kuò)散到鋼材內(nèi)部在空穴處生成甲烷擴(kuò)散到鋼材內(nèi)部在空穴處生成甲烷。甲烷的擴(kuò)擴(kuò)散能力低散能力低，隨著反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，甲烷逐漸積聚逐漸積聚，形成局部高壓局部高壓，引起應(yīng)力集中并發(fā)展為裂紋。產(chǎn)生氫腐蝕需要一個(gè)起始溫度起始溫度與一個(gè)起始分起

29、始分壓壓，碳鋼起始溫度為220 ，起始?xì)浞謮簽?.38MPa左右。當(dāng)氫分壓低于起始分壓時(shí)只發(fā)生表面脫碳而不發(fā)生氫腐蝕。4、氫腐蝕 2、電化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕是由于金屬在周?chē)橘|(zhì)中因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕，例如金屬與酸、堿、鹽等電解質(zhì)溶液接觸時(shí)發(fā)生作用而引起的腐蝕即為電化學(xué)腐蝕。它與化學(xué)腐蝕不同，在腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生，即所謂微電池作用。兩種金屬或合金，例如鋅和銅在稀硫酸溶液中的表現(xiàn)，可以說(shuō)明化學(xué)的腐蝕過(guò)程。 圖中是鋅銅電池示意圖。鋅和銅在H2SO4稀溶液中構(gòu)成丁一個(gè)電池， 因?yàn)殇\的電極電位低于銅的電位，所以構(gòu)成為陽(yáng)極。陽(yáng)極反應(yīng)是鋅被溶解 陽(yáng)極釋放出的電子經(jīng)過(guò)外部導(dǎo)線移動(dòng)到陰極上，流來(lái)的電于

30、被能吸收電子的物質(zhì)所吸收，在這里即被溶液中的陽(yáng)離子H+所吸收，而在陰極上放出氫氣 整個(gè)電池的反應(yīng)是 若陽(yáng)、陰兩極的反應(yīng)能繼續(xù)地進(jìn)行下去，則鋅將不斷地被溶解，也即鋅被稀硫酸腐蝕了。實(shí)際生產(chǎn)中微電池形成原因v制造容器的碳鋼或不銹鋼中含有夾雜物含有夾雜物，當(dāng)其與電解質(zhì)接觸時(shí)，由于夾雜物的電位高夾雜物的電位高成為陰極，而鐵鐵的電位低的電位低時(shí)成為陽(yáng)極，這就形成許多微小的電池，造成腐蝕；v金屬表面和介質(zhì)總是不均一，只是程度不同；v金屬表面有微孔，孔內(nèi)金屬是陽(yáng)極孔內(nèi)金屬是陽(yáng)極；v金屬表面被劃傷時(shí)，劃傷處是陽(yáng)極劃傷處是陽(yáng)極；v金屬內(nèi)應(yīng)力分布不均勻時(shí)，應(yīng)力較大處為陽(yáng)極應(yīng)力較大處為陽(yáng)極；v溫度和介質(zhì)濃度不均一濃

31、度不均一等等，也會(huì)構(gòu)成微電池而造成電化學(xué)腐蝕。四、原因 原因一：壓力容器維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng) 原因二：選材不當(dāng)或未采取有效防腐措施 原因三：結(jié)構(gòu)不合理，或焊接不符合規(guī)范要求 原因四：介質(zhì)中雜質(zhì)的影響五、事故預(yù)防 措施一：根據(jù)介質(zhì)選用合適厚度的防腐蝕材料選用合適厚度的防腐蝕材料的容器 措施二：對(duì)奧氏體不銹鋼容器應(yīng)嚴(yán)格控制氯離子含量，并避免在不銹鋼敏避免在不銹鋼敏感溫度下使用感溫度下使用，防止破壞不銹鋼表面的鈍化膜和防止晶間腐蝕的產(chǎn)生。 措施三：選用有防腐隔離措施的容器選用有防腐隔離措施的容器，以避免腐蝕介質(zhì)對(duì)容器殼體產(chǎn)生腐蝕。如內(nèi)表面涂防腐層，加襯里，或采用復(fù)合鋼板。 措施四：選用結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)制造質(zhì)量

32、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和要求的容器選用結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)制造質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和要求的容器。由于結(jié)構(gòu)不合理、焊接工藝不合理、焊接質(zhì)量差、強(qiáng)行組裝、表面粗糙等都會(huì)造成較大殘余應(yīng)力較大殘余應(yīng)力，最終可能導(dǎo)致腐蝕破裂。 措施五：使用中采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┙档透g速度采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┙档透g速度。如在容器使用和維護(hù)中避免機(jī)械損傷，避免或減小外部附加應(yīng)力，避免介質(zhì)直接沖刷容器殼體及受壓部件，也可采用陰極保護(hù)等方法。第五節(jié) 壓力沖擊破裂概念 壓力沖擊破裂壓力沖擊破裂是指容器內(nèi)的壓力壓力由于各種原因而急劇升高急劇升高，使殼體受到高壓力的突然沖擊而造成的破裂爆炸。一、類(lèi)型與機(jī)理1、可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w（氧、空氣）反應(yīng)爆炸 如果

33、兩種氣體（可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w）在壓力容器內(nèi)的混合比例混合比例在爆炸極限的范圍內(nèi)在爆炸極限的范圍內(nèi)，遇到適當(dāng)?shù)臈l件即會(huì)被點(diǎn)燃而形成燃燒波，并在容器內(nèi)以極高的速度擴(kuò)延和傳播，形成壓力沖擊。 造成可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w同時(shí)混入同一容器內(nèi)的原因： （1）閥門(mén)零件泄漏閥門(mén)零件泄漏，使可燃?xì)怏w通過(guò)關(guān)閉著的閥門(mén)流進(jìn)空氣或氧氣容器內(nèi)，或者可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐的連接密封結(jié)構(gòu)失效，漏入空氣等； （2）操作失誤操作失誤而造成可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w混合； （3）兩種氣瓶混裝兩種氣瓶混裝。常見(jiàn)的是氧氣瓶充裝氫氣或用氫氣瓶充裝氧氣。 在壓力容器內(nèi)突然發(fā)生高速的沖擊壓力，大部分是由于不正常情況不正常情況下的化學(xué)反應(yīng)引起的下的化學(xué)反應(yīng)引起的

34、，也有些是由于物質(zhì)相變等物理現(xiàn)象引起的。常見(jiàn)的壓力沖擊類(lèi)型及其產(chǎn)生的原因如下：2、聚合釜的“爆聚” 單分子的聚合大都是放熱反應(yīng)，因此必須適當(dāng)控制其反應(yīng)速率，并進(jìn)行充分冷卻。如果釜內(nèi)反應(yīng)失控，將會(huì)迅速聚合，放出大量的熱如果釜內(nèi)反應(yīng)失控，將會(huì)迅速聚合，放出大量的熱量，使壓力急速上升，造成量，使壓力急速上升，造成“爆聚爆聚”，使聚合設(shè)備受壓力沖擊而斷裂。 常見(jiàn)的原因： （1）催化劑使用不當(dāng)； （2）冷卻裝置失效。3、壓力容器內(nèi)的反應(yīng)失控 化工生產(chǎn)中很多工藝過(guò)程是放熱的，特別是放熱的分解反應(yīng)。如果如果反應(yīng)失控，反應(yīng)后氣體體積將會(huì)增加并伴隨著產(chǎn)生大量的熱反應(yīng)失控，反應(yīng)后氣體體積將會(huì)增加并伴隨著產(chǎn)生大量的

35、熱，產(chǎn)生壓力沖擊，使容器破裂。 常見(jiàn)的原因： （1）原料投入時(shí)計(jì)量錯(cuò)誤或器具失靈； （2）原料不純，特別是含有對(duì)反應(yīng)起加速作用的雜質(zhì)等； （3）攪拌或冷卻裝置失效。4、液化氣體的“爆沸” 盛裝液化氣體液化氣體的壓力容器，器內(nèi)液化氣體處于氣、液兩相相對(duì)平衡狀態(tài)，但如果器內(nèi)壓力突然釋放壓力突然釋放，如氣態(tài)空間與大氣相通，則器內(nèi)的飽和蒸汽壓聚減飽和蒸汽壓聚減，氣液平衡被打破，器內(nèi)液體出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象而瞬間急劇蒸發(fā)液體出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象而瞬間急劇蒸發(fā)產(chǎn)生大量的氣體，而沖擊器壁也會(huì)造成容器的壓力沖擊斷裂。 可能產(chǎn)生氣體“爆沸” 的原因： （1）在容器上誤裝爆破片誤裝爆破片，因器內(nèi)壓力升高，爆破片斷裂； （2）容器

36、殼體局部開(kāi)裂局部開(kāi)裂； （3）兩種沸點(diǎn)相差懸殊的液化氣體兩種沸點(diǎn)相差懸殊的液化氣體突然混入一個(gè)容器內(nèi)。二、特征特征一 殼體碎裂 壓力沖擊破裂的容器，常常產(chǎn)生大量的碎塊常常產(chǎn)生大量的碎塊，這是其主要特征。它的碎裂程度一般都超過(guò)脆性斷裂的殼體超過(guò)脆性斷裂的殼體，如果是可燃性混合氣體可燃性混合氣體在器內(nèi)爆炸而造成的壓力沖擊斷裂，還有可能是粉碎性爆炸粉碎性爆炸。特征二 殼體內(nèi)壁常附有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物或痕跡 因?yàn)閴毫_擊破裂大多是由于器內(nèi)物料發(fā)生燃燒或其他非正?；瘜W(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的，所以在殼體或碎片的內(nèi)壁?？砂l(fā)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物或觀察到金屬有經(jīng)過(guò)高溫烘烤的痕跡。特征三特征四 斷裂時(shí)常伴有高溫產(chǎn)生 放熱反應(yīng)產(chǎn)生的高溫氣體

37、高溫氣體在殼體被壓力沖擊而斷裂后隨即排出排出，會(huì)使周?chē)奈锪先紵虮缓婵荆€常常因此發(fā)生火災(zāi)火災(zāi)。斷裂時(shí)殼體或碎塊的溫度也比較殼體或碎塊的溫度也比較高 斷口形貌類(lèi)似脆性斷裂 壓力沖擊破裂的斷面一般沒(méi)有或只有很薄的一層剪斷面一般沒(méi)有或只有很薄的一層剪切唇，斷口是平直的，開(kāi)裂的方向也無(wú)一定的規(guī)律性切唇，斷口是平直的，開(kāi)裂的方向也無(wú)一定的規(guī)律性。特征五 容器釋放的能量較大 發(fā)生壓力沖擊破裂的壓力容器，可根據(jù)周?chē)炜筛鶕?jù)周?chē)斐傻钠茐那闆r估算破壞能量成的破壞情況估算破壞能量，往往要比理論計(jì)算能比理論計(jì)算能量大很多量大很多。三、事故預(yù)防措施一：完善規(guī)程和管理制度措施一：完善規(guī)程和管理制度 壓力沖擊破

38、裂是在瞬間發(fā)生的，危害相當(dāng)嚴(yán)重危害相當(dāng)嚴(yán)重，必須加以預(yù)防，這種事故其實(shí)就是壓力容器在非正常工況狀態(tài)下引起的爆炸事故在非正常工況狀態(tài)下引起的爆炸事故，因此必須從根本上加以預(yù)防。（1）生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、操作規(guī)程的管理制度（2）檢修檢測(cè)規(guī)程和管理制度（3）儀器儀表安全附件保養(yǎng)規(guī)程措施二：加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的管理和作業(yè)人員的培訓(xùn)措施二：加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的管理和作業(yè)人員的培訓(xùn)第六節(jié) 蠕變破裂概念 蠕變破裂指壓力容器的壁溫高于某一限度時(shí)壁溫高于某一限度時(shí)，即使應(yīng)力低于屈服極限，容器材料也會(huì)發(fā)生緩慢的塑性變形，這種塑性變形經(jīng)長(zhǎng)期積累，最終會(huì)導(dǎo)致壓力容器的破壞。此種破壞較少見(jiàn)，但對(duì)高溫容器不可忽視。 鍋爐中的鍋筒、鍋殼、爐膽鍋筒、鍋殼、爐膽等大型結(jié)構(gòu)，盡管接觸火焰或受熱介質(zhì)，但由于介質(zhì)的可靠冷卻及介質(zhì)溫度較低可靠冷卻及介質(zhì)溫度較低，使得這些部件的金屬壁溫達(dá)不