《壓力容器與管道安全評(píng)價(jià) 第2版》課件 第5章 壓力容器安全評(píng)價(jià)

5.1.1壓力容器的韌脆性破裂01韌性破裂03對(duì)比分析02脆性破裂Learninggoals學(xué)習(xí)目標(biāo)課程導(dǎo)入破裂的后果快速破裂引起爆炸有毒物質(zhì)泄漏引起的中毒易燃物引起的火災(zāi)或爆燃環(huán)境污染1知識(shí)點(diǎn)1韌性破裂器壁應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限而發(fā)生破裂或斷裂的一種破壞形式。應(yīng)力塑性變形微空洞1.1韌性破裂的機(jī)理脆性?shī)A渣物裂紋韌性破裂1.2韌性破裂的原因（1）超壓安全閥失靈、液化氣體充裝過(guò)量或貯存溫度過(guò)高等；違規(guī)操作，操作失誤。（2）器壁厚度不夠或使用中減薄設(shè)計(jì)制造不合理或誤用設(shè)備，造成器壁厚度不夠；腐蝕使器壁減?。蝗萜魑凑＞S護(hù)等。韌性破裂1.3韌性破裂的特征破裂容器器壁有明顯的塑性變形斷口呈暗灰色纖維狀容器一般不是碎裂，沒(méi)有碎片容器實(shí)際爆破壓力接近計(jì)算爆破壓力韌性破裂1.4韌性破裂的預(yù)防設(shè)計(jì)時(shí)選用足夠強(qiáng)度和厚度的材料按核定工藝參數(shù)運(yùn)行，安全附件齊全加強(qiáng)巡回檢查，防止超溫、超壓、超負(fù)荷運(yùn)行加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，防止發(fā)生腐蝕2知識(shí)點(diǎn)2脆性破裂破裂時(shí)沒(méi)有顯著的塑性變形，破裂時(shí)器壁壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的強(qiáng)度極限，甚至還低于材料的屈服極限，又稱(chēng)為低應(yīng)力破壞。脆性破裂2.1脆性破裂的機(jī)理容器本身存在缺陷或幾何形狀發(fā)生變化；存在一定的水平應(yīng)力；材料韌性較差。脆性破裂2.2脆性破裂的原因材料脆性

制造脆性、低溫脆性容器材料或其結(jié)構(gòu)部件存在嚴(yán)重缺陷

裂紋焊接區(qū)和焊縫處有缺陷

殘余應(yīng)力、夾渣、未焊透、裂紋等材料中的雜質(zhì)過(guò)高及應(yīng)力腐蝕

硫、磷容器存在較高的附加應(yīng)力

殘余應(yīng)力脆性破裂2.3脆性破裂的特征破裂容器器壁沒(méi)有明顯的塑性變形裂口齊平、斷口呈金屬光澤的結(jié)晶狀瞬間發(fā)生，有碎片飛出工作應(yīng)力≤屈服應(yīng)力破裂事故多數(shù)在溫度較低的情況下發(fā)生在缺陷處或幾何形狀突變處首先發(fā)生脆性破裂2.4脆性破裂的預(yù)防減少部件結(jié)構(gòu)及焊縫的應(yīng)力集中部件材料在使用條件下要具有較好的韌性消除殘余應(yīng)力加強(qiáng)對(duì)部件缺陷的檢驗(yàn)3知識(shí)點(diǎn)3對(duì)比分析

破裂特征破裂形式塑性變形斷口形貌破壞形式應(yīng)力狀態(tài)韌性破裂明顯斷口不齊平，暗灰色纖維狀撕裂達(dá)到強(qiáng)度極限脆性破裂不明顯斷口齊平，呈金屬光澤的結(jié)晶狀裂成碎片低于屈服極限兩種形式破裂特征對(duì)比5.1.2壓力容器的疲勞和腐蝕破裂01疲勞破裂02腐蝕破裂Learninggoals學(xué)習(xí)目標(biāo)課程導(dǎo)入日本石化廠化工設(shè)備事故統(tǒng)計(jì)1知識(shí)點(diǎn)1疲勞破裂反復(fù)加壓和卸壓受到交變載荷的長(zhǎng)期作用。低應(yīng)力狀態(tài)。突然發(fā)生。疲勞破裂1、破裂機(jī)理

循環(huán)次數(shù)最大交變應(yīng)力金屬的疲勞曲線圖低應(yīng)力高周疲勞高應(yīng)力低周疲勞

疲勞破裂1、破裂機(jī)理

裂紋的萌生裂紋的擴(kuò)展疲勞破裂的階段：疲勞斷裂疲勞破裂2、破裂原因

過(guò)高的局部應(yīng)力不連續(xù)處，應(yīng)力集中容器承受交變循環(huán)載荷

間歇式操作，壓力、溫度波動(dòng)較大，周期性外載荷材料本身和焊縫處存在缺陷疲勞破裂3、破裂特征

容器沒(méi)有明顯的塑性變形破裂斷口存在3個(gè)區(qū)域出現(xiàn)在局部應(yīng)力較高或缺陷處緩慢，容器常因開(kāi)裂泄漏而失效破裂總是在容器經(jīng)過(guò)反復(fù)的加壓和卸壓以后發(fā)生象貝殼一樣的同心弧線花紋疲勞破裂4、預(yù)防措施制造質(zhì)量應(yīng)符合要求，避免先天性缺陷安裝中要防止外來(lái)載荷源的影響正確操作，減少升壓、降壓的次數(shù)，防止壓力溫度波動(dòng)過(guò)大制造前做疲勞設(shè)計(jì)2知識(shí)點(diǎn)2腐蝕破裂腐蝕性介質(zhì)容器壁承載能力不夠1、腐蝕破裂的機(jī)理（1）均勻腐蝕全面腐蝕容易發(fā)現(xiàn)腐蝕破裂（2）點(diǎn)腐蝕潮濕介質(zhì)或氯介質(zhì)電化學(xué)腐蝕（3）晶間腐蝕破壞晶界結(jié)合力腐蝕破裂裂紋的萌生、擴(kuò)展區(qū)快速斷裂區(qū)（4）疲勞腐蝕腐蝕介質(zhì)、交變拉應(yīng)力腐蝕破裂（5）應(yīng)力腐蝕拉應(yīng)力特定的合金和介質(zhì)系統(tǒng)延遲斷裂脆性斷裂腐蝕破裂2、腐蝕破裂的預(yù)防

選用合適的防腐蝕材料使容器殼體與腐蝕性介質(zhì)隔離消除能引起應(yīng)力腐蝕的因素課程小結(jié)01疲勞破裂02腐蝕破裂5.2.1壓力容器的爆炸危害01爆炸能量的估算02現(xiàn)場(chǎng)破壞能量的估算Learninggoals學(xué)習(xí)目標(biāo)課程導(dǎo)入爆炸發(fā)出的巨大聲響對(duì)物體的振動(dòng)損害及人體器官的傷害沖擊波的危害爆炸碎片的破壞容器破裂后介質(zhì)泄露造成的人員中毒或二次燃燒爆炸等。1知識(shí)點(diǎn)1爆炸能量估算容器的容積壓力介質(zhì)爆炸能量爆炸能量系數(shù)爆炸能量估算壓縮氣體干飽和水蒸氣氣體絕熱膨脹液體氣體液化氣體高溫飽和水氣液兩相共存爆炸過(guò)熱液體急劇蒸發(fā)氣體絕熱膨脹可忽略（1）（2）（3）（4）可燃?xì)怏w的燃燒熱不同工況2知識(shí)點(diǎn)2現(xiàn)場(chǎng)破壞能量的估算爆炸能量將壓力容器殼體撕裂將容器或撕裂的碎片拋出去

E1形成沖擊波對(duì)周?chē)ㄖ锘蛟O(shè)備造成破壞

E2忽略破壞能量現(xiàn)場(chǎng)破壞能量的估算1、碎片的破壞作用碎片動(dòng)能E1/J>26>60>200>300損傷程度致人外傷骨輕傷骨重傷重傷或死亡表5-8碎片動(dòng)能所能造成的人體傷害程度式中，E1——碎片動(dòng)能（J）；m——碎片質(zhì)量（kg）；v0——碎片的初速度（m/s）。距離高度夾角重力加速度空氣阻力現(xiàn)場(chǎng)破壞能量的估算2、沖擊波的破壞作用超壓在距爆炸中心一定距離處的壓力-時(shí)間曲線圖現(xiàn)場(chǎng)破壞能量的估算超壓△p/kPa破壞情況5~66~1015~2020~3040~5050~6070~100100~200200~300門(mén)窗玻璃部分破碎受壓面的門(mén)窗玻璃大部分破碎窗框損壞墻裂縫墻裂大縫，屋瓦掉下木建筑廠房屋柱折斷，房架松動(dòng)磚墻倒塌防震鋼筋混凝土破壞，小屋倒塌大型鋼架結(jié)構(gòu)破壞超壓對(duì)建筑物的破壞作用△p/kPa傷害作用20~30輕微損傷30~50聽(tīng)覺(jué)器官損傷或骨折50~100內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡>100大部分人員死亡超壓對(duì)人體的傷害作用現(xiàn)場(chǎng)破壞能量的估算推算沖擊波超壓△p確定模擬比α計(jì)算TNT當(dāng)量計(jì)算破壞能量△pR0沖擊波對(duì)周?chē)ㄖ锏钠茐哪芰坑?jì)算步驟：現(xiàn)場(chǎng)破壞能量的估算E=E1+E2破壞能量

＜爆炸能量純物理爆炸破壞能量

＞爆炸能量化學(xué)爆炸或二次爆炸破壞能量課程小結(jié)01爆炸能量的估算02現(xiàn)場(chǎng)破壞能量的估算5.2.2壓力容器的事故分析01基于斷裂形式的分析02基于斷裂時(shí)載荷狀態(tài)的分析Learninggoals學(xué)習(xí)目標(biāo)課程導(dǎo)入對(duì)事故進(jìn)行調(diào)查、分析和處理查清事故經(jīng)過(guò)、事故原因和事故損失查明事故性質(zhì)、認(rèn)定事故責(zé)任總結(jié)事故教訓(xùn)、提出整改措施對(duì)事故責(zé)任者依法追究責(zé)任防止和減少類(lèi)似壓力容器事故的重復(fù)發(fā)生基本步驟：1知識(shí)點(diǎn)1基于斷裂形式的分析①根據(jù)斷裂特征，確定斷裂類(lèi)型②分析斷裂的基本條件是否存在。③通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)，分析產(chǎn)生的直接原因或間接原因。2知識(shí)點(diǎn)2基于斷裂時(shí)載荷狀態(tài)的分析載荷狀態(tài)工作壓力狀態(tài)超壓狀態(tài)容器內(nèi)爆炸反應(yīng)狀態(tài)判別方法：查看壓力記錄儀表記錄的斷裂時(shí)壓力；容器斷裂后的形態(tài)和安全附件的狀況；破壞能量估算?；跀嗔褧r(shí)載荷狀態(tài)的分析（1）工作壓力下斷裂①容器無(wú)超壓的可能性或可能性甚小。②計(jì)算爆破壓力與容器最高工作壓力大體相近，或者是容器存在低應(yīng)力破壞的條件。③容器的安全附件狀態(tài)正常。④估算爆破能量：工作壓力>總破壞能量。判別基于斷裂時(shí)載荷狀態(tài)的分析①由于設(shè)計(jì)差錯(cuò)或運(yùn)行中的嚴(yán)重腐蝕，容器壁厚過(guò)薄。②制造過(guò)程中誤用材料。③容器存在較嚴(yán)重的材料缺陷或制造缺陷。④容器經(jīng)受過(guò)多次的反復(fù)載荷，且存在較高的局部應(yīng)力。⑤異常操作或環(huán)境劣化，構(gòu)成金屬與介質(zhì)環(huán)境的特殊組合，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。（1）工作壓力下斷裂原因基于斷裂時(shí)載荷狀態(tài)的分析（2）超壓斷裂①容器有超壓的可能性。②明顯塑性變形，計(jì)算破裂壓力遠(yuǎn)大于容器最高工作壓力。③沒(méi)有按規(guī)定裝設(shè)安全泄壓裝置或安全泄壓裝置嚴(yán)重失效。④估算爆破能量：工作壓力<總破壞能量<計(jì)算破裂。判別基于斷裂時(shí)載荷狀態(tài)的分析（2）超壓斷裂①壓縮氣體儲(chǔ)罐正常的排氣受阻塞，在高溫及超壓下斷裂②液化氣體容器意外受熱，充裝過(guò)量③分離、換熱（蒸發(fā)）容器高壓氣體進(jìn)入低壓容器④放熱或體積增大的化學(xué)反應(yīng)容器。原因基于斷裂時(shí)載荷狀態(tài)的分析（3）容器內(nèi)爆炸反應(yīng)造成破裂①存在可能發(fā)生