化工壓力容器的破裂形式與預(yù)防.doc

行業(yè)資料：_化工壓力容器的破裂形式與預(yù)防單位：_部門(mén)：_日期：_年_月_日第 1 頁(yè) 共 13 頁(yè)化工壓力容器的破裂形式與預(yù)防壓力容器的破裂事故可能造成嚴(yán)重的后果，要防止壓力容器發(fā)生這類(lèi)事故，必須了解它的破壞機(jī)理。根據(jù)壓力容器的破裂特點(diǎn)，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(shè)備器壁承受過(guò)高的應(yīng)力達(dá)到了器壁材料的強(qiáng)度極限，而發(fā)生斷裂破壞。這種破壞形式稱(chēng)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(shí)，其環(huán)向應(yīng)力比軸向應(yīng)力大1倍，所以，明顯的塑性變形主要表現(xiàn)在承壓特種設(shè)備直徑增大、壁厚減薄，而軸向增長(zhǎng)較小，從而產(chǎn)生“腰鼓形”變形。當(dāng)容器發(fā)生韌性破壞時(shí)，圓周長(zhǎng)的最大增長(zhǎng)率和容積變形率達(dá)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(yīng)力方向成45交角。韌性破壞時(shí)不產(chǎn)生碎片。3）韌性破壞時(shí)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(shè)備破壞時(shí)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(shí)，承壓特種設(shè)備器壁的應(yīng)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(shí)質(zhì)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(diǎn)處形成空洞、長(zhǎng)大聚集、互相連接并最后導(dǎo)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(cuò)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(shè)備的韌性破壞只有在器壁整個(gè)截面上材料都處于屈服狀態(tài)下才會(huì)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(guò)量。(2)使用中的壓力容器超溫超壓運(yùn)行。(3)壓力容器殼體選材不當(dāng)。(4)壓力容器安裝不符合安全要求。(5)維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)。3、韌性破壞的預(yù)防在設(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，以保證承壓特種設(shè)備在規(guī)定的工作壓力下安全使用。壓力容器應(yīng)按核定的工藝參數(shù)運(yùn)行，安全附件應(yīng)安裝齊全、正確，并保證靈敏可靠。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。加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)工作，采取有效措施防止腐蝕性介質(zhì)及大氣對(duì)承壓特種設(shè)備的腐蝕，若發(fā)現(xiàn)承壓特種設(shè)備器壁被嚴(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。二、脆性破裂并不是所有的壓力容器械在破裂時(shí)都經(jīng)過(guò)顯著的塑性變形，有些容器在破裂后經(jīng)檢查并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)的塑性變形現(xiàn)象，而且器壁的平均應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的強(qiáng)度極限。這種破裂現(xiàn)象和脆性材料的破裂相似故稱(chēng)為脆性破裂，有時(shí)也稱(chēng)為低應(yīng)力破裂。1、脆性破裂特征壓力容器發(fā)生脆性破裂時(shí)，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(méi)有塑性變形；(2)在應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)破壞；(3)容器常常裂成碎塊；(4)斷口呈金屬光澤的結(jié)晶狀，平直；(5)在溫度較低的情況下發(fā)生；(6)破壞前無(wú)預(yù)兆，危害性大，難以預(yù)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(shí)下降很快。此外承壓部件存在缺陷時(shí)，在此區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)，易產(chǎn)生應(yīng)力集中。3、脆性破裂的預(yù)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(gòu)件的缺陷，要求材料具有很好的韌性。設(shè)計(jì)時(shí)選用在低溫下仍保持較好韌性的材料；并注意設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)合理，在制造時(shí)采取嚴(yán)格的工藝措施減小應(yīng)力集中；在使用中加強(qiáng)檢驗(yàn)，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(jiàn)的一種破裂形式。據(jù)英國(guó)的一個(gè)聯(lián)合調(diào)查組統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)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。可見(jiàn)壓力容器的疲勞破裂是絕對(duì)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(yīng)力，而應(yīng)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(zhǎng)期反復(fù)交變載荷作用下，在應(yīng)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(kuò)大，導(dǎo)致破裂。1、疲勞破裂的特征(1)容器沒(méi)有明顯的塑性變形；(2)破壞總是產(chǎn)生在應(yīng)力集中的地方；(3)只產(chǎn)生開(kāi)裂，不產(chǎn)生碎片；(4)從裂紋的形成、擴(kuò)展到破壞有一個(gè)較為緩慢的發(fā)展過(guò)程；(5)破壞總是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的反復(fù)載荷作用后發(fā)生，應(yīng)力低于抗拉強(qiáng)度；(6)斷面呈兩個(gè)區(qū)域，即裂紋的形成和擴(kuò)展區(qū)與脆斷區(qū)。2、疲勞破裂的預(yù)防壓力容器的疲勞破裂既然是由于反復(fù)的交變載荷以及過(guò)高的局部應(yīng)力引起的，那么要防止它發(fā)生這類(lèi)事故，除了在運(yùn)行中盡量避免那些不必要的頻繁加壓和卸壓、過(guò)分的壓力波動(dòng)和懸殊的溫度變化等因素外，主要還在于設(shè)計(jì)時(shí)采用合理的結(jié)構(gòu)。一方面要避免產(chǎn)生應(yīng)力集中，使容器器壁的個(gè)別部位的局部應(yīng)力不致于超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度。另一方面，如果容器上確實(shí)難以避免地要出現(xiàn)較高的局部應(yīng)力，則應(yīng)做疲勞分析和疲勞設(shè)計(jì)。此外在制造時(shí)要按正確的工藝進(jìn)行，確保質(zhì)量。四、腐蝕破裂腐蝕破裂系指承壓特種設(shè)備材料在腐蝕性介質(zhì)作用下，引起承壓特種設(shè)備器壁由厚變薄或材料組織結(jié)構(gòu)改變、機(jī)械性能降低，使承壓特種設(shè)備承載能力不夠而發(fā)生的破壞，這種破壞形式稱(chēng)為腐蝕破裂。壓力容器的腐蝕破裂都是應(yīng)力腐蝕，因?yàn)閴毫θ萜饕话愣汲惺茌^大的拉伸應(yīng)力，而它的結(jié)構(gòu)也常常難以避免地有程度不同的應(yīng)力集中處，如設(shè)備的開(kāi)孔焊縫等，且容器的工作介質(zhì)又常常是帶腐蝕性的。壓力容器的應(yīng)力腐蝕破裂是指容器殼體由于受到腐蝕介質(zhì)的腐蝕而產(chǎn)生的一種破裂形式，是在腐蝕介質(zhì)和拉伸應(yīng)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(yīng)力集中；而應(yīng)力則可加速腐蝕的進(jìn)行，使表面缺口向深處擴(kuò)展，最后導(dǎo)致斷裂，所以應(yīng)力腐蝕可使壓力容器在應(yīng)力低于它的強(qiáng)度極限時(shí)破壞。應(yīng)力腐蝕是種相當(dāng)危險(xiǎn)的破裂形式，因?yàn)樗３Ｊ窃谖幢话l(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(yīng)力腐蝕的應(yīng)力必須是拉應(yīng)力，且應(yīng)力可大可小，極低的應(yīng)力水平也可能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕破壞。應(yīng)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(yīng)力。(2)純金屬不發(fā)生應(yīng)力腐蝕，但幾乎所有的合金在特定的腐蝕環(huán)境中都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。極少量的合金或雜質(zhì)都會(huì)使材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。各種工程實(shí)用材料幾乎都有應(yīng)力腐蝕敏感性。(3)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料和腐蝕性介質(zhì)之間有選擇性和匹配關(guān)系，即當(dāng)二者是某種特定組合時(shí)才會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕。(4)應(yīng)力腐蝕是一個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程，包括應(yīng)力腐蝕裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展等階段，失穩(wěn)擴(kuò)展即造成應(yīng)力腐蝕破裂。影響應(yīng)力腐蝕斷裂的因素很多，比如介質(zhì)的種類(lèi)、介質(zhì)濃度、環(huán)境溫度、構(gòu)件所處的應(yīng)力狀態(tài)、金屬所用材料的成分與組織。設(shè)備的防腐蝕措施是各式各樣的，需要根據(jù)不同的設(shè)備條件和不同的工作介質(zhì)采用不同的方法。2、腐蝕斷裂的預(yù)防(1)選擇合適的抗腐蝕材料；(2)采取必要的保護(hù)措施，使承壓部件與腐蝕介質(zhì)隔離；(3)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，避免高應(yīng)力區(qū)；(4)制造時(shí)制定合理的工藝，消除殘余應(yīng)力；(5)使用中加強(qiáng)管理，定期檢查維修。五、蠕變破裂蠕變是指金屬材料在應(yīng)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(dāng)承壓部件長(zhǎng)期在金屬蠕變的高溫下工作，壁厚會(huì)減小，材料的強(qiáng)度有所降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)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(lái)制造高溫部件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而使局部區(qū)域過(guò)熱、制造時(shí)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(hù)不當(dāng)，使承壓部件局部過(guò)熱。材料發(fā)生蠕變破裂時(shí)，一般都有明顯的塑性變形，斷口表面形成一層氧化膜。預(yù)防壓力容器高溫承壓部件蠕變破裂主要從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：(1)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)使用溫度選用合適的材料；(2)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，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(guò)熱。經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)，清除積垢、結(jié)碳，可有效防止蠕變破壞事故的發(fā)生。壓力容器在運(yùn)行和使用過(guò)程中，要受到反復(fù)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(zhì)的腐蝕，或在高溫深冷等工藝條件下工作，其力學(xué)性能會(huì)隨之發(fā)生變化，容器制造過(guò)程中的小缺陷也會(huì)隨之?dāng)U展增大，對(duì)壓力容器進(jìn)行定期的全面地技術(shù)檢驗(yàn)，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(yùn)行，避免發(fā)生事故的一項(xiàng)行之有效的措施。第 8 頁(yè) 共 13 頁(yè)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(zhǎng)周期運(yùn)行，保障人民生命安全和化工生產(chǎn)順利進(jìn)行，根據(jù)國(guó)家有關(guān)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(chē)?；ば袠I(yè)固定式壓力容器和液化氣體槽（罐）車(chē)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理、改造全過(guò)程應(yīng)遵守本規(guī)定。第二章行業(yè)管理第三條壓力容器設(shè)計(jì)單位必須具備與所承擔(dān)設(shè)計(jì)范圍相適應(yīng)的技術(shù)力量和設(shè)計(jì)手段。應(yīng)對(duì)其所設(shè)計(jì)的壓力容器的安全技術(shù)性能負(fù)責(zé)。第一、二類(lèi)壓力容器設(shè)計(jì)單位由化工部確認(rèn)受理后，由省級(jí)化工主管部門(mén)審查批準(zhǔn)，送省級(jí)勞動(dòng)部門(mén)鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。第三類(lèi)壓力容器設(shè)計(jì)單位由化工部審查批準(zhǔn)，送勞動(dòng)部鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。壓力容器設(shè)計(jì)藍(lán)圖上必須蓋有設(shè)計(jì)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(zhì)量所必需的加工設(shè)備、技術(shù)力量和檢驗(yàn)手段。焊接工人必須經(jīng)過(guò)考試，取得相應(yīng)認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)的合格證，才準(zhǔn)焊接受壓元件。制造一、二類(lèi)壓力容器的單位須經(jīng)所在省級(jí)化工主管部門(mén)和勞動(dòng)部門(mén)鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)審查批準(zhǔn)。制造三類(lèi)壓力容器的單位須經(jīng)化工部和勞動(dòng)部鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)審查批準(zhǔn)。未履行上述手續(xù)的單位，不準(zhǔn)制造壓力容器和液化氣體槽（罐）車(chē)。壓力容器制造單位必須按照有關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行原材料驗(yàn)收制度、工藝管理制度和產(chǎn)品檢驗(yàn)制度，不合格的產(chǎn)品不準(zhǔn)出廠。對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量低劣又無(wú)有效改進(jìn)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(yàn)部門(mén)，應(yīng)對(duì)本單位制造的壓力容器逐臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，出具檢驗(yàn)報(bào)告，并對(duì)其檢驗(yàn)結(jié)果負(fù)責(zé)。壓力容器制造單位應(yīng)接受勞動(dòng)部門(mén)鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)的監(jiān)督檢查。壓力容器、液化氣體槽（罐）車(chē)的新產(chǎn)品，必須經(jīng)過(guò)試制和省級(jí)以上（含省級(jí)）化工主管部門(mén)鑒定才準(zhǔn)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(zhǔn)生產(chǎn)。安全附件的技術(shù)性能必須符合國(guó)家有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求。壓力容器安全附件的新產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)試制并經(jīng)省級(jí)以上（含省級(jí)）化工主管部門(mén)鑒定才準(zhǔn)批量生產(chǎn)。第六條壓力容器安裝前須經(jīng)檢查驗(yàn)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(dān)項(xiàng)目相應(yīng)的施工機(jī)具、技術(shù)力量和必要的檢驗(yàn)手段，并經(jīng)審查批準(zhǔn)后，方可從事壓力容器安裝施工。安裝工作必須嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，保證施工質(zhì)量。壓力容器安裝竣工后，應(yīng)進(jìn)行全面檢查驗(yàn)收，經(jīng)試運(yùn)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(yùn)行。使用單位應(yīng)根據(jù)壓力容器的擁有量及其對(duì)安全技術(shù)性能的要求，設(shè)置專(zhuān)職技術(shù)人員、建立健全各項(xiàng)管理制度、加強(qiáng)日常管理，抓好壓力容器設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理、改造直至報(bào)廢的全過(guò)程。使用壓力容器的單位必須對(duì)操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和考核工作，經(jīng)考核合格由使用單位的安全管理部門(mén)發(fā)合格后，方可上崗獨(dú)立操作。第八條使用壓力容器的單位，要按照有關(guān)規(guī)定實(shí)行役前檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)和綜合評(píng)定工作。檢驗(yàn)工作由使用單位自行選擇具備相應(yīng)檢驗(yàn)資格的單位進(jìn)行。從事化工企業(yè)檢驗(yàn)工作的人員，除經(jīng)有關(guān)部門(mén)考核，資格認(rèn)證外，還須經(jīng)企業(yè)或主管部門(mén)進(jìn)行安全知識(shí)考試后，方可從事規(guī)定項(xiàng)目范圍內(nèi)的壓力容器檢驗(yàn)。檢驗(yàn)單位必須保證檢驗(yàn)質(zhì)量，檢驗(yàn)后應(yīng)出具檢驗(yàn)報(bào)告，并對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果負(fù)責(zé)。任何部門(mén)的壓力容器檢驗(yàn)單位和檢驗(yàn)人員在化工行業(yè)進(jìn)行檢驗(yàn)工作，必須執(zhí)行在用化工壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程，并接受化工主管部門(mén)的管理和勞動(dòng)部門(mén)鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)的監(jiān)督。企業(yè)自主選擇的壓力容器檢驗(yàn)單位對(duì)壓力容器進(jìn)行的檢驗(yàn)，由企業(yè)繳納檢驗(yàn)費(fèi)。由國(guó)家及有關(guān)部門(mén)選擇檢驗(yàn)單位圣企業(yè)進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)，企業(yè)不承擔(dān)檢驗(yàn)費(fèi)。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(shè)備、技術(shù)力量和檢驗(yàn)手段。對(duì)壓力容器的受壓部件進(jìn)行修理和改造應(yīng)符合壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，重大修理和改造方案報(bào)當(dāng)?shù)刂鞴懿块T(mén)和勞動(dòng)部門(mén)鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。第十條壓力容器損壞嚴(yán)重，難以保證安全運(yùn)行，又無(wú)修復(fù)價(jià)值時(shí)，應(yīng)做報(bào)廢處理，并將使用證交回發(fā)證機(jī)構(gòu)，同時(shí)報(bào)當(dāng)?shù)鼗ぶ鞴懿块T(mén)和鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)備案。已報(bào)廢的壓力容器不得再做承壓設(shè)備使用。第三章機(jī)構(gòu)與職責(zé)第十一條化工行業(yè)各級(jí)主管部門(mén)必須有專(zhuān)業(yè)人員負(fù)責(zé)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(yīng)根據(jù)本單位壓力容器的擁有量配備相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)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(mén)的主要職責(zé)：、貫徹執(zhí)行國(guó)家有關(guān)安全生產(chǎn)的方針、政策和壓力容器有關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，督促化工企業(yè)和有關(guān)單位貫徹執(zhí)行；、根據(jù)化工生產(chǎn)特點(diǎn)制定有關(guān)化工壓力容器的安全技術(shù)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；、對(duì)化工行業(yè)壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理和改造單位進(jìn)行監(jiān)督檢查，發(fā)現(xiàn)違反國(guó)家有關(guān)壓力容器安全技術(shù)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的情況時(shí)，有權(quán)責(zé)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