曲偉東

【摘 ?要】隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國科學(xué)技術(shù)在化工方面也在不斷進(jìn)步。壓力容器在化工行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，是化工生產(chǎn)的重要設(shè)備，但是壓力容器在長時間使用之后會出現(xiàn)各種問題，包括金屬腐蝕以及破裂等等問題，可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，對企業(yè)和工作人員造成不可預(yù)估的損失。因此，如何采取有效的預(yù)防措施防止壓力容器出現(xiàn)破壞等問題，進(jìn)而降低安全事故發(fā)生的概率是當(dāng)前急需解決的問題。本文通過對壓力容器的主要破壞類型及原因進(jìn)行分析，然后針對性的提出一些預(yù)防措施，進(jìn)而保證化工設(shè)備壓力容器的正常使用。

【關(guān)鍵詞】壓力容器;破裂;預(yù)防策略

引言

壓力容器無論在航天，能源方面，還是在石油工業(yè)中，均發(fā)揮著重要作用。壓力容器由封頭、筒體、法蘭、開孔和接管、密封元件、支座等部分構(gòu)成。除上述部件外，還配備有安全連鎖裝置。壓力容器受密封性及生產(chǎn)介質(zhì)等因素影響，會出現(xiàn)破裂、爆炸等問題，因而會對工作人員及生產(chǎn)設(shè)備的安全產(chǎn)生重要影響，而且還會引發(fā)嚴(yán)重的污染事故，因此，世界各國對于壓力容器的檢驗，均制定了嚴(yán)格的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

1疲勞損傷的特點

壓力容器的疲勞損傷不易被發(fā)現(xiàn)，然而，因疲勞損傷而引起的壓力容器失效的案例并不在少數(shù)。雖然不像脆性形變那樣突然，但疲勞破壞卻是所有破壞形式中最不可避免的。疲勞損傷與破壞在特點上與其它失效形式存在明顯的區(qū)別，主要體現(xiàn)為以下幾個方面。首先，疲勞損傷導(dǎo)致的壓力容器失效通常觀察不到較為明顯的塑性變形。容器的壁厚和直徑都沒有明顯的變化。在這一點上，其與腐蝕破壞和塑性變形不同。在顯微鏡觀察下，疲勞失效的部分會發(fā)現(xiàn)有疲勞裂紋出現(xiàn)，這些裂紋分布于應(yīng)力較為集中的位置，在不斷升降的壓力變化作用下，逐步發(fā)展到足以使壓力容器被破壞的程度。其次，疲勞損傷發(fā)生后，其斷口處有兩個區(qū)域較為明顯，一是裂紋的聚集與擴(kuò)展區(qū)，二是斷裂區(qū)，明顯區(qū)別于脆性斷裂的斷口。裂紋的起始點的形態(tài)不同于斷裂口的其它地方，其主要出現(xiàn)于應(yīng)力集中處，如壓力容器的內(nèi)壁焊縫，劃傷處，以及其它使外形表明不連續(xù)的地方。再次，壓力容器的應(yīng)力集中處，在疲勞損傷產(chǎn)生之后，高低壓循環(huán)往復(fù)，裂紋的擴(kuò)張將加劇。在壓力容器使用過程中，壓力的波動是裂紋擴(kuò)展的主要原因。最后，疲勞損傷不同于脆性破裂產(chǎn)生金屬碎片，也不同于韌性破裂那樣產(chǎn)生撕裂，而是在交變載荷的作用下，逐漸形成裂紋貫穿于金屬，而導(dǎo)致設(shè)備泄露失穩(wěn)失效。

2壓力容器的破裂形式

2.1韌性破裂

容器內(nèi)部承受的壓力比極限強(qiáng)度要高，容器會出現(xiàn)破裂情況，也就是韌性破裂，容器承受太大的壓力，會造成容器內(nèi)部出現(xiàn)塑性變形，而且直徑還會增加，會讓整個變形出現(xiàn)腰鼓形情況，除此之外，因承受壓力過大，可能會出現(xiàn)能量釋放，使斷裂口出現(xiàn)切斷性破壞情況;另外，斷口不夠平整，撕裂會與主應(yīng)力方向形成夾角，而且其所造成的破壞還是整體性的，不會出現(xiàn)各種碎片;針對材料破壞來講，其主要包含如下階段，即彈性階段、塑性階段、吸附階段與破壞階段，針對韌性破壞來講，其主要是指材料在屈服階段而造成的破壞，當(dāng)容器材質(zhì)選擇不當(dāng)，或者是超負(fù)荷運行，再或者是維修不到位，都會導(dǎo)致這種韌性破壞問題的產(chǎn)生。

2.2脆性破裂

壓力容器在正常使用的過程中，其承載的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于壓力容器的最大承載壓力，這時候可能會出現(xiàn)脆性破裂，但是并不會出現(xiàn)塑性變形。主要是由于制備壓力容器的材料屬于脆性材料，其抗變形能力比較差，而且在焊接的過程中沒有達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致長時間使用后出現(xiàn)脆性破裂。

2.3腐蝕破裂

壓力容器裝的大多是有腐蝕性的介質(zhì)，而且在腐蝕性介質(zhì)作用下，混合材料會出現(xiàn)各種反應(yīng)，造成容器內(nèi)部由厚變薄，不利于材料整體性能的提高，而且會讓容器內(nèi)部的承壓能力不足，進(jìn)而出現(xiàn)破裂情況，此外，容器內(nèi)部由于承受拉伸應(yīng)力作用，會在焊接、開口等地方，產(chǎn)生各種應(yīng)力，并且壓力容器會產(chǎn)生腐蝕破裂，這是由于拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同影響導(dǎo)致的，腐蝕介質(zhì)會導(dǎo)致內(nèi)壁變薄，并且拉伸應(yīng)力會加速破壞，最終會出現(xiàn)容器腐蝕。因容器內(nèi)壁材料主要是使用合金材料，合金材料內(nèi)部都會殘留雜質(zhì)，受此影響，雜質(zhì)與腐蝕性介質(zhì)之間便會發(fā)生反應(yīng)，破壞容器。

3壓力容器預(yù)防破裂措施

3.1韌性破裂預(yù)防措施

產(chǎn)生韌性破壞的主要原因就是材料受到太大應(yīng)力，而且此應(yīng)力大于容器的極限抗壓強(qiáng)度，因此，在設(shè)計容器時，要保證材料具備足夠厚度，而且強(qiáng)度也要能夠滿足實際工作需要，要依據(jù)容器的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，這樣才能避免容器出現(xiàn)超負(fù)荷運行，同時也要積極地開展日常養(yǎng)護(hù)工作，這樣才能夠使安全附件變得更加靈敏化，才能發(fā)揮出應(yīng)有的效果。

3.2脆性破裂的預(yù)防措施

需要選擇高強(qiáng)度的材料作為容器的制備原材料，從而有效的避免發(fā)生脆性破裂。此外，在正常使用的過程中，需要規(guī)范作業(yè)流程，避免由于壓力容器的不恰當(dāng)使用而發(fā)生脆性破裂。

3.3蠕變破裂的預(yù)防措施

蠕變破裂一般是在高溫和應(yīng)力共同作用下出現(xiàn)，在設(shè)計的過程中，要使用比較優(yōu)質(zhì)材料，設(shè)計結(jié)構(gòu)要合理，并且能夠滿足高溫、高強(qiáng)度應(yīng)力作用的使用需求。在使用的過程中，應(yīng)避免容器出現(xiàn)局部高溫情況，做好養(yǎng)護(hù)與維修工作，避免蠕變破裂事故發(fā)生。

3.4壓力容器制造前的質(zhì)量檢驗

首先，重視施工圖紙的審查。圖紙是壓力容器投入生產(chǎn)的重要依據(jù)和技術(shù)參考。因此要對壓力容器的設(shè)計圖進(jìn)行審查確保其符合制造標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求、制造條件以及我國相關(guān)的規(guī)范要求。其次，編制加工工藝流程。壓力容器的制造工藝和生產(chǎn)流程必須按照相應(yīng)的工藝流程來實施。對于批量生產(chǎn)的壓力容器的加工工藝可以進(jìn)行統(tǒng)一的編制，使加工流程能夠順利的進(jìn)行，提高生產(chǎn)效率。而對于應(yīng)用新材料、新工藝、新技術(shù)的壓力容器，應(yīng)專門制定有針對性的符合加工需求的工藝流程。第三，原材料的質(zhì)量檢驗。壓力容器選用的材料應(yīng)符合生產(chǎn)條件和加工工藝的要求。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)建立健全的監(jiān)管制度和體制，確保對材料的質(zhì)量進(jìn)行集中監(jiān)管。

3.5壓力容器疲勞損傷的防護(hù)

首先，在壓力容器的制造與檢驗過程中，應(yīng)嚴(yán)格把握質(zhì)量，從材料、焊接以及裝配環(huán)節(jié)等進(jìn)行質(zhì)量的監(jiān)督與控制，把好設(shè)備質(zhì)量的第一關(guān)，做到精益求精。其次，設(shè)備的使用單位在進(jìn)行驗收時，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程驗收。壓力容器的固定零部件，例如地腳螺栓等必須牢靠，盡量保證壓力容器使用過程中的平穩(wěn)，避免異常震動的產(chǎn)生。再次，針對大型的塔式壓力容器，在設(shè)計過程中，由于高度的限制而無法避免外部環(huán)境對載荷的影響，應(yīng)將疲勞失穩(wěn)因素考慮在內(nèi)，以避免疲勞損傷的發(fā)生。最后，壓力容器在使用過程中也應(yīng)當(dāng)盡力的避免疲勞損傷產(chǎn)生，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備的相應(yīng)操作規(guī)范，保障設(shè)備的平穩(wěn)運行，減少壓力的頻繁波動，防止壓力與溫度的大幅波動，給設(shè)備一個穩(wěn)定的運行環(huán)境。

結(jié)語

總之，在化工工業(yè)中，工作人員要提升自己對壓力容器使用的認(rèn)知度，有效控制密封質(zhì)量，并深入了解壓力容器破裂的類型及形式，這樣才能有效預(yù)防壓力容器破裂情況發(fā)生，才能提升壓力容器的安全性能?，F(xiàn)階段，雖然中國有些化工企業(yè)在壓力容器使用的過程中，仍存在一些問題與不足，但隨著壓力容器生產(chǎn)技術(shù)及管理技術(shù)的不斷提升，壓力容器質(zhì)量的不斷提高，壓力容器破裂問題定會得到有效解決。

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（作者單位：煙臺市特種設(shè)備檢驗研究院）