第三章 壓力容器缺陷與破壞形式(2)

1、l壓力容器常見的缺陷壓力容器常見的缺陷l壓力容器破裂形式分析壓力容器破裂形式分析主要內容主要內容壓力容器的常見缺陷壓力容器的常見缺陷3. 1 壓力容器制造過程中產(chǎn)生的缺陷壓力容器制造過程中產(chǎn)生的缺陷3. 2 壓力容器使用過程中產(chǎn)生的缺陷壓力容器使用過程中產(chǎn)生的缺陷3.2 3.2 壓力容器使用過程中產(chǎn)生的缺陷壓力容器使用過程中產(chǎn)生的缺陷 一、腐蝕一、腐蝕 腐蝕是壓力容器在使用過程中最容易產(chǎn)生的一種腐蝕是壓力容器在使用過程中最容易產(chǎn)生的一種缺陷。從產(chǎn)生部位來說，可以分為均勻腐蝕和局部腐缺陷。從產(chǎn)生部位來說，可以分為均勻腐蝕和局部腐蝕。蝕。 從腐蝕機理來說，腐蝕可以分為化學腐蝕和電化從腐蝕機理來說，

2、腐蝕可以分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。由于金屬與所接觸的氣體或液體介質學腐蝕兩大類。由于金屬與所接觸的氣體或液體介質發(fā)生化學反應所造成的腐蝕，即化學腐蝕。金屬與電發(fā)生化學反應所造成的腐蝕，即化學腐蝕。金屬與電解質相互作用使金屬陽極部位溶解損傷的現(xiàn)象，叫電解質相互作用使金屬陽極部位溶解損傷的現(xiàn)象，叫電化學腐蝕，即伴有微電流現(xiàn)象的化學腐蝕?；瘜W腐蝕，即伴有微電流現(xiàn)象的化學腐蝕。 壓力容器運行中經(jīng)常產(chǎn)生的腐蝕有腐蝕性介質引壓力容器運行中經(jīng)常產(chǎn)生的腐蝕有腐蝕性介質引起均勻和局部腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、氫脆腐蝕起均勻和局部腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、氫脆腐蝕等。等。 二、裂紋二、裂紋 裂紋常常是導致壓

3、力容器爆炸或爆破，造裂紋常常是導致壓力容器爆炸或爆破，造成極其嚴重后果的一種危險性缺陷。成極其嚴重后果的一種危險性缺陷。 壓力容器承壓部件的裂紋，按其產(chǎn)生原壓力容器承壓部件的裂紋，按其產(chǎn)生原因可以分為原材料裂紋、焊接裂紋、過載裂紋因可以分為原材料裂紋、焊接裂紋、過載裂紋、疲勞裂紋、熱應力裂紋、熱疲勞裂紋、蠕變、疲勞裂紋、熱應力裂紋、熱疲勞裂紋、蠕變裂紋、腐蝕裂紋等。不同裂紋產(chǎn)生的部位不同裂紋、腐蝕裂紋等。不同裂紋產(chǎn)生的部位不同, ,并具有不同的形貌。并具有不同的形貌。 3.3 3.3 壓力容器破裂形式分析壓力容器破裂形式分析 應力分析應力分析 是否超過是否超過強度強度極限極限 安安 全全 失失

4、 效效 否否 是是 塑性塑性變形變形 殼體殼體破裂破裂 應力應力分析是壓力容器安全分析是壓力容器安全問題的基礎。問題的基礎。 “失效失效”是指壓力容器的承是指壓力容器的承壓部件由于承受過高的載壓部件由于承受過高的載荷，包括壓力、溫度或其荷，包括壓力、溫度或其他附加載荷，而喪失設計他附加載荷，而喪失設計的正常工作能力。的正常工作能力。 3.33.3壓力容器破裂形式分析壓力容器破裂形式分析破裂破裂機理機理預防預防措施措施產(chǎn)生產(chǎn)生原因原因主要主要特征特征分析思路分析思路按金屬材料破裂的現(xiàn)象按金屬材料破裂的現(xiàn)象韌性破裂韌性破裂脆性破裂脆性破裂按破裂面對外力的取向按破裂面對外力的取向正斷正斷切斷切斷按裂

5、紋發(fā)展和擴張途徑按裂紋發(fā)展和擴張途徑穿晶破裂穿晶破裂晶間破裂晶間破裂破裂形式分類破裂形式分類疲勞破裂疲勞破裂腐蝕破裂腐蝕破裂蠕變破裂蠕變破裂3.3 3.3 壓力容器破裂形式分析壓力容器破裂形式分析一、韌性破裂一、韌性破裂 韌性破裂韌性破裂是壓力容器在內部壓力作用下，是壓力容器在內部壓力作用下，器壁上產(chǎn)生的器壁上產(chǎn)生的應力應力達到器壁材料的達到器壁材料的強度極強度極限限，從而發(fā)生斷裂破壞的一種形式。，從而發(fā)生斷裂破壞的一種形式。 1. 韌性破裂的機理韌性破裂的機理 一、韌性破裂一、韌性破裂彈性變形階段彈性變形階段彈塑性變形階彈塑性變形階段段斷裂階段斷裂階段 2. 韌性破裂的特征韌性破裂的特征 一

6、、韌性破裂一、韌性破裂破裂容器器壁有明顯的伸長變破裂容器器壁有明顯的伸長變形形斷口呈暗灰色纖維狀斷口呈暗灰色纖維狀容器一般不是碎容器一般不是碎裂裂容器實際爆破壓力接近計算爆破壓力容器實際爆破壓力接近計算爆破壓力一、韌性破裂一、韌性破裂一、韌性破裂一、韌性破裂3. 韌性破裂的原因韌性破裂的原因 一、韌性破裂一、韌性破裂液化氣體容器充裝過量液化氣體容器充裝過量容器在使用中超壓容器在使用中超壓容器維護不良以致器壁減薄容器維護不良以致器壁減薄4. 韌性破裂的預防韌性破裂的預防 設計時選用足夠強度和厚度的材料設計時選用足夠強度和厚度的材料按核定工藝參數(shù)運行，安全附件齊全按核定工藝參數(shù)運行，安全附件齊全防

7、止超溫、超壓、超負荷運行防止超溫、超壓、超負荷運行加強維護保養(yǎng)，防止發(fā)生腐蝕加強維護保養(yǎng)，防止發(fā)生腐蝕二、脆性破裂二、脆性破裂 脆性破裂脆性破裂指壓力容器在破裂時沒有顯指壓力容器在破裂時沒有顯著的塑性變形，破裂時器壁的壓力也遠遠著的塑性變形，破裂時器壁的壓力也遠遠小于材料的強度極限，有的甚至還低于材小于材料的強度極限，有的甚至還低于材料的屈服極限。料的屈服極限。 1. 脆性破裂的機理脆性破裂的機理 二、脆性破裂二、脆性破裂開裂階段開裂階段裂紋擴展階段裂紋擴展階段 發(fā)生低應力脆性破裂的必須條件有：發(fā)生低應力脆性破裂的必須條件有：容器本身存在缺陷或幾何形狀發(fā)生變化；容器本身存在缺陷或幾何形狀發(fā)生變

8、化；存在一定的水平應力；存在一定的水平應力；材料韌性較差。材料韌性較差。脆性斷裂總是由宏觀裂紋的擴展引起的。脆性斷裂總是由宏觀裂紋的擴展引起的。2. 脆性破裂的特征脆性破裂的特征 二、脆性破裂二、脆性破裂破裂容器器壁沒有明顯的伸長變形破裂容器器壁沒有明顯的伸長變形裂口齊平、斷口呈金屬光澤的結晶狀裂口齊平、斷口呈金屬光澤的結晶狀容器常破裂成碎塊容器常破裂成碎塊破裂事故多數(shù)在溫度較低的情況下發(fā)生破裂事故多數(shù)在溫度較低的情況下發(fā)生二、脆性破裂二、脆性破裂3. 脆性破裂的原因脆性破裂的原因 二、脆性破裂二、脆性破裂溫度溫度 因為鋼在低溫下或在某一特定溫度范圍內其沖擊因為鋼在低溫下或在某一特定溫度范圍內

9、其沖擊韌性將急劇下降。韌性將急劇下降。裂紋性缺陷裂紋性缺陷 壓力容器受壓元件一旦產(chǎn)生裂紋，其尖端前緣產(chǎn)壓力容器受壓元件一旦產(chǎn)生裂紋，其尖端前緣產(chǎn)生很高的應力峰值，且應力狀態(tài)也發(fā)生變化。生很高的應力峰值，且應力狀態(tài)也發(fā)生變化。4. 脆性破裂的預防脆性破裂的預防 二、脆性破裂二、脆性破裂減少部件結構及焊縫的應力集中減少部件結構及焊縫的應力集中部件材料在使用條件下要具有較好的韌部件材料在使用條件下要具有較好的韌性性消除殘余應消除殘余應力力加強對部件缺陷的檢加強對部件缺陷的檢驗驗兩種破裂形式對比兩種破裂形式對比 破裂特征破裂特征破裂形式破裂形式塑性變形塑性變形斷口形貌斷口形貌破壞形式破壞形式應力狀態(tài)應

10、力狀態(tài)韌性破裂韌性破裂明顯明顯斷口不齊平，暗斷口不齊平，暗灰色纖維狀灰色纖維狀撕裂撕裂達到強度極限達到強度極限脆性破裂脆性破裂不明顯不明顯斷口齊平，呈金斷口齊平，呈金屬光澤的結晶狀屬光澤的結晶狀裂成碎片裂成碎片低于屈服極限低于屈服極限表表4-1 兩種形式破裂特征對比兩種形式破裂特征對比三、疲勞破裂三、疲勞破裂 疲勞破裂疲勞破裂指壓力容器在反復加壓和卸指壓力容器在反復加壓和卸壓過程中受到交變載荷的長期作用，沒有壓過程中受到交變載荷的長期作用，沒有經(jīng)過明顯的塑性變形而導致容器斷裂的一經(jīng)過明顯的塑性變形而導致容器斷裂的一種破裂形式。種破裂形式。 1. 疲勞破裂的機理疲勞破裂的機理 三、疲勞破裂三、疲

11、勞破裂循環(huán)次數(shù)最大交變應力圖圖 4- 1 金屬的疲勞曲線金屬的疲勞曲線 1. 疲勞破裂的機理疲勞破裂的機理 三、疲勞破裂三、疲勞破裂疲勞裂紋核心的產(chǎn)生疲勞裂紋核心的產(chǎn)生疲勞裂紋的擴展疲勞裂紋的擴展 金屬疲勞斷口金屬疲勞斷口疲勞裂紋產(chǎn)生與擴展區(qū)，象貝殼一樣的同心弧線花紋疲勞裂紋產(chǎn)生與擴展區(qū)，象貝殼一樣的同心弧線花紋最后斷裂區(qū)，與靜載荷下帶有尖銳缺口的構件斷口相似最后斷裂區(qū)，與靜載荷下帶有尖銳缺口的構件斷口相似金屬疲勞斷裂的過程金屬疲勞斷裂的過程表面、晶界及非金屬夾雜物處滑移 1. 疲勞破裂的機理疲勞破裂的機理 三、疲勞破裂三、疲勞破裂低應力高周疲勞低應力高周疲勞高應力低周疲高應力低周疲勞勞循環(huán)周

12、次在循環(huán)周次在105以上，外載超過材料的彈性應力極限值以上，外載超過材料的彈性應力極限值應力水平較高，交變周次在應力水平較高，交變周次在102 1052. 疲勞破裂的特征疲勞破裂的特征 三、疲勞破裂三、疲勞破裂容器沒有明顯的變形容器沒有明顯的變形破裂斷口存在兩個區(qū)破裂斷口存在兩個區(qū)域域容器常因開裂泄漏而失容器常因開裂泄漏而失效效破裂總是在容器經(jīng)過反復的加破裂總是在容器經(jīng)過反復的加壓壓和卸壓以后發(fā)生和卸壓以后發(fā)生3. 疲勞破裂的原因疲勞破裂的原因 三、疲勞破裂三、疲勞破裂內部因素內部因素 例如，容器的接管、開孔、轉角以及其他幾何形狀不例如，容器的接管、開孔、轉角以及其他幾何形狀不連接處，在焊縫附

13、近以及鋼板原有缺陷的應力集中連接處，在焊縫附近以及鋼板原有缺陷的應力集中外部因素外部因素 間歇式操作的容器，器內壓力、溫度波動較大，振間歇式操作的容器，器內壓力、溫度波動較大，振動；外界的風、雪、雨、地震造成的周期性外載荷動；外界的風、雪、雨、地震造成的周期性外載荷局部高應力區(qū)反復交變載荷4. 疲勞破裂的預防疲勞破裂的預防 制造質量應符合要求，避免先天性缺陷制造質量應符合要求，避免先天性缺陷安裝中要防止外來載荷源的影響安裝中要防止外來載荷源的影響正確操作，減少升壓、降壓的次數(shù)，防止壓正確操作，減少升壓、降壓的次數(shù)，防止壓力溫度波動過大力溫度波動過大制造前做疲勞設計制造前做疲勞設計三、疲勞破裂三

14、、疲勞破裂四、腐蝕破裂四、腐蝕破裂 腐蝕破裂腐蝕破裂指壓力容器在腐蝕性介質作指壓力容器在腐蝕性介質作用下，引起容器壁由厚變薄或材料組織結用下，引起容器壁由厚變薄或材料組織結構改變、力學性能降低，使壓力容器承載構改變、力學性能降低，使壓力容器承載能力不夠而發(fā)生的破壞形式。能力不夠而發(fā)生的破壞形式。按腐蝕破壞形態(tài)按腐蝕破壞形態(tài)分分均勻腐蝕均勻腐蝕局部腐蝕（孔蝕）局部腐蝕（孔蝕）按腐蝕機理分按腐蝕機理分化學腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕電化學腐蝕按腐蝕環(huán)境分按腐蝕環(huán)境分介質腐蝕介質腐蝕海水腐蝕海水腐蝕腐蝕破裂分類腐蝕破裂分類晶間腐蝕晶間腐蝕應力腐蝕應力腐蝕氫損傷氫損傷土壤腐蝕土壤腐蝕 1. 腐蝕破裂的機理腐

15、蝕破裂的機理 化學腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕電化學腐蝕 容器金屬與周圍介質直接發(fā)生化學反應而引起的容器金屬與周圍介質直接發(fā)生化學反應而引起的金屬腐蝕。高溫氧化、高溫硫化、鋼的滲碳與脫碳、金屬腐蝕。高溫氧化、高溫硫化、鋼的滲碳與脫碳、氫腐蝕等。氫腐蝕等。 容器金屬在電解質中，由電化學引起的腐蝕稱為容器金屬在電解質中，由電化學引起的腐蝕稱為電化學腐蝕。既有電子得失，又有電流形成。電化學腐蝕。既有電子得失，又有電流形成。 四、腐蝕破裂四、腐蝕破裂 應力腐蝕斷裂應力腐蝕斷裂 在拉應力和特定的腐蝕環(huán)境共同作用下在拉應力和特定的腐蝕環(huán)境共同作用下,所導致的所導致的脆性斷裂稱為金屬的應力腐蝕斷裂。脆性斷裂稱為金

16、屬的應力腐蝕斷裂。 應力腐蝕斷裂的特點：應力腐蝕斷裂的特點： 1)應力腐蝕斷裂屬脆性斷裂應力腐蝕斷裂屬脆性斷裂,即使是延性材料即使是延性材料,也是脆也是脆性形式的斷裂。性形式的斷裂。 2)應力腐蝕是一種局部腐蝕應力腐蝕是一種局部腐蝕,裂紋常被腐蝕產(chǎn)物所覆裂紋常被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋蓋,發(fā)生應力腐蝕斷裂時發(fā)生應力腐蝕斷裂時,常常是事先沒有明顯預兆而突常常是事先沒有明顯預兆而突然發(fā)生然發(fā)生,危害極大。危害極大。 2按腐蝕破壞形態(tài)分按腐蝕破壞形態(tài)分均勻腐蝕均勻腐蝕局部腐蝕（孔蝕）局部腐蝕（孔蝕）晶間腐蝕晶間腐蝕應力腐蝕應力腐蝕氫損傷氫損傷2. 腐蝕破裂的原因腐蝕破裂的原因 二、脆性破裂二、脆性破裂壓力容器

17、維護保養(yǎng)不當壓力容器維護保養(yǎng)不當結構不合理，或焊接不符合規(guī)范要結構不合理，或焊接不符合規(guī)范要求求四、腐蝕破裂四、腐蝕破裂選材不當或未采取有效防腐措選材不當或未采取有效防腐措施施介質中雜質的影介質中雜質的影響響3. 腐蝕破裂的預防腐蝕破裂的預防 二、脆性破裂二、脆性破裂選用合適的防腐蝕材選用合適的防腐蝕材料料使容器殼體與腐蝕性介質隔使容器殼體與腐蝕性介質隔離離消除能引起應力腐蝕的因消除能引起應力腐蝕的因素素使用中采取適當?shù)墓に嚧胧┙档透g速使用中采取適當?shù)墓に嚧胧┙档透g速度度四、腐蝕破裂四、腐蝕破裂五、壓力沖擊破裂五、壓力沖擊破裂 壓力沖擊破裂壓力沖擊破裂是指容器內由于各種原是指容器內由于各種

18、原因而急劇升高，使殼體受到壓力的突然沖因而急劇升高，使殼體受到壓力的突然沖擊而造成的破裂爆炸。擊而造成的破裂爆炸。 1. 破裂的類型與機理破裂的類型與機理 五、壓力沖擊破裂五、壓力沖擊破裂可燃氣體與助燃氣體反應爆炸可燃氣體與助燃氣體反應爆炸聚合釜的聚合釜的“爆聚爆聚”壓力容器內的反應失控壓力容器內的反應失控液化氣體的液化氣體的“爆沸爆沸”在容器上誤裝爆破片，因器內壓力升高，爆破片斷裂；在容器上誤裝爆破片，因器內壓力升高，爆破片斷裂；容器殼體局部開裂；兩種沸點液化氣體混裝容器殼體局部開裂；兩種沸點液化氣體混裝閥門零件泄漏；操作失誤；兩種氣瓶混裝。閥門零件泄漏；操作失誤；兩種氣瓶混裝。催化劑使用不

19、當；冷卻裝置失效。催化劑使用不當；冷卻裝置失效。計量錯誤或器具失靈；原料計量錯誤或器具失靈；原料 不純；攪拌或冷卻裝置失效。不純；攪拌或冷卻裝置失效。2. 沖擊破裂的特征沖擊破裂的特征 殼體破裂殼體破裂殼體內壁附有化學反應產(chǎn)物或痕殼體內壁附有化學反應產(chǎn)物或痕跡跡斷裂時常伴有高溫產(chǎn)斷裂時常伴有高溫產(chǎn)生生斷口形貌類似脆性斷斷口形貌類似脆性斷裂裂五、壓力沖擊破裂五、壓力沖擊破裂容器釋放的能量較容器釋放的能量較大大3. 沖擊破裂的預防沖擊破裂的預防 完善規(guī)程和管理制完善規(guī)程和管理制度度加強現(xiàn)場的管理和作業(yè)人員的培加強現(xiàn)場的管理和作業(yè)人員的培訓訓五、壓力沖擊破裂五、壓力沖擊破裂 生產(chǎn)工藝設計、操作規(guī)程的

20、管理制度；生產(chǎn)工藝設計、操作規(guī)程的管理制度； 檢修檢測規(guī)程和管理制度；檢修檢測規(guī)程和管理制度； 儀器儀表安全附件保養(yǎng)規(guī)程儀器儀表安全附件保養(yǎng)規(guī)程六、蠕變破裂六、蠕變破裂 蠕變破裂蠕變破裂指壓力容器的壁溫高于某一限指壓力容器的壁溫高于某一限度時，即使應力低于屈服極限，容器材料也度時，即使應力低于屈服極限，容器材料也會發(fā)生緩慢的塑性變形，這種塑性變形經(jīng)長會發(fā)生緩慢的塑性變形，這種塑性變形經(jīng)長期積累，最終會導致壓力容器的破壞。期積累，最終會導致壓力容器的破壞。 1. 蠕變破裂的機理蠕變破裂的機理 六、蠕變破裂六、蠕變破裂金屬材料金屬材料高溫高溫金相組織金相組織發(fā)生變化發(fā)生變化晶粒長大、珠光晶粒長大、

21、珠光體、球化、析出體、球化、析出石墨、晶間開裂石墨、晶間開裂或疏松微孔或疏松微孔韌性下降韌性下降2. 蠕變破裂的特征蠕變破裂的特征 一般有明顯的塑性變形一般有明顯的塑性變形斷口為粗糙的顆粒狀，無金屬光斷口為粗糙的顆粒狀，無金屬光澤澤六、蠕變破裂六、蠕變破裂高溫脆性斷裂，斷口呈脆性形高溫脆性斷裂，斷口呈脆性形貌貌3.蠕變破裂的原因蠕變破裂的原因 選材不當選材不當操作不正常、維護不當，致使容器局部過熱操作不正常、維護不當，致使容器局部過熱六、蠕變破裂六、蠕變破裂結構不合理結構不合理4. 蠕變破裂的預防蠕變破裂的預防 合理選材合理選材容器結構合理，制造質量符合標容器結構合理，制造質量符合標準準在使用中防止容器局部過在使用中防止容器局部過熱熱六、蠕變破裂六、蠕變破裂延性破裂脆性破裂疲勞破裂腐蝕破裂蠕變破裂原因液化氣體充裝過量；超溫超壓運行；選材不當或容器安裝不符合要求；維護保養(yǎng)不當。低溫、材料韌性差；容器本身存在的缺陷，造成局部壓力過高所致。存在較高的應力集中；存在交變載荷。維護保養(yǎng)不當；選材不當或未采取有效防腐措施；介質中雜質的影響。長期高溫下運行，緩慢產(chǎn)生塑性變形；局部過熱；