化工压力容器的破裂形式与预防.doc

行业资料：_化工压力容器的破裂形式与预防单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 13 页化工压力容器的破裂形式与预防压力容器的破裂事故可能造成严重的后果，要防止压力容器发生这类事故，必须了解它的破坏机理。根据压力容器的破裂特点，可将压力容器的破裂形式分为韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂和蠕变破裂等。一、韧性破坏韧性破坏系指承压特种设备器壁承受过高的应力达到了器壁材料的强度极限，而发生断裂破坏。这种破坏形式称为韧性破坏。1、韧性破坏的特征1）器壁有明显的塑性变形由于容器筒体器壁受力时，其环向应力比轴向应力大1倍，所以，明显的塑性变形主要表现在承压特种设备直径增大、壁厚减薄，而轴向增长较小，从而产生“腰鼓形”变形。当容器发生韧性破坏时，圆周长的最大增长率和容积变形率达1020。2）韧性破坏的断口为切断型撕裂，一般呈暗灰色纤维状，断口不平齐，且与主应力方向成45交角。韧性破坏时不产生碎片。3）韧性破坏时的爆破压力接近理论爆破压力爆破口的大小随承压特种设备破坏时膨胀能量大小而异，释放的能量越大，爆破口越大。4）韧性破坏时，承压特种设备器壁的应力值很高。5）断口的电镜分析断口的微观形貌为韧窝花样，韧窝的实质就是一些大小不等的圆形、椭圆形凹坑，是材料微区塑性变形后在异相点处形成空洞、长大聚集、互相连接并最后导致断裂的痕迹。宏观形貌是显微窝坑的概貌。韧窝几乎都为金相中的二次相界面、非金属夹杂物、位错堆积区或晶界处等，因此非金属夹杂物愈多，愈易形成显微空洞和韧窝。2、发生韧性破坏的原因承压特种设备的韧性破坏只有在器壁整个截面上材料都处于屈服状态下才会发生，所以，发生韧性破坏的主要原因：(1)盛装液化气体的压力容器充装过量。(2)使用中的压力容器超温超压运行。(3)压力容器壳体选材不当。(4)压力容器安装不符合安全要求。(5)维护保养不当。3、韧性破坏的预防在设计制造压力容器时，要选用有足够强度和厚度的材料，以保证承压特种设备在规定的工作压力下安全使用。压力容器应按核定的工艺参数运行，安全附件应安装齐全、正确，并保证灵敏可靠。使用中加强巡回检查，严格按照工艺参数进行操作，严禁压力容器超温、超压、超负荷运行，防止过量充装。加强维护保养工作，采取有效措施防止腐蚀性介质及大气对承压特种设备的腐蚀，若发现承压特种设备器壁被严重腐蚀以致变薄或运行中器壁产生明显塑性变形时，应立即停止使用。二、脆性破裂并不是所有的压力容器械在破裂时都经过显著的塑性变形，有些容器在破裂后经检查并没有发现可见的塑性变形现象，而且器壁的平均应力远低于材料的强度极限。这种破裂现象和脆性材料的破裂相似故称为脆性破裂，有时也称为低应力破裂。1、脆性破裂特征压力容器发生脆性破裂时，在破裂形状、断口形式等方面都具有一些与韧性破裂正好相反的特征：(1)容器器壁几乎没有塑性变形；(2)在应力低于材料的屈服强度时破坏；(3)容器常常裂成碎块；(4)断口呈金属光泽的结晶状，平直；(5)在温度较低的情况下发生；(6)破坏前无预兆，危害性大，难以预防。2、产生脆性破坏的原因产生脆性破坏的原因主要是材料的韧性差，特别是在低温时下降很快。此外承压部件存在缺陷时，在此区域应力增强，易产生应力集中。3、脆性破裂的预防防止压力容器产生脆性破裂最基本的措施是减少或消除构件的缺陷，要求材料具有很好的韧性。设计时选用在低温下仍保持较好韧性的材料；并注意设计的结构合理，在制造时采取严格的工艺措施减小应力集中；在使用中加强检验，及早发现并消除缺陷。三、疲劳破裂疲劳破裂是压力容器常见的一种破裂形式。据英国的一个联合调查组统计，在运行期间发生破坏事故的压力容器有近90是由裂纹引起的，而在由裂纹引起的事故中，疲劳裂纹约占40。可见压力容器的疲劳破裂是绝对不能忽视的。压力容器的疲劳破裂，绝大多数属于金属的低周疲劳，即承受较高的交变应力，而应力交变的次数并不是太高。一般情况下，压力容器的承压部件在长期反复交变载荷作用下，在应力集中处产生微裂纹，随着交变载荷的继续作用，裂纹逐渐扩大，导致破裂。1、疲劳破裂的特征(1)容器没有明显的塑性变形；(2)破坏总是产生在应力集中的地方；(3)只产生开裂，不产生碎片；(4)从裂纹的形成、扩展到破坏有一个较为缓慢的发展过程；(5)破坏总是经过长期的反复载荷作用后发生，应力低于抗拉强度；(6)断面呈两个区域，即裂纹的形成和扩展区与脆断区。2、疲劳破裂的预防压力容器的疲劳破裂既然是由于反复的交变载荷以及过高的局部应力引起的，那么要防止它发生这类事故，除了在运行中尽量避免那些不必要的频繁加压和卸压、过分的压力波动和悬殊的温度变化等因素外，主要还在于设计时采用合理的结构。一方面要避免产生应力集中，使容器器壁的个别部位的局部应力不致于超过材料的屈服强度。另一方面，如果容器上确实难以避免地要出现较高的局部应力，则应做疲劳分析和疲劳设计。此外在制造时要按正确的工艺进行，确保质量。四、腐蚀破裂腐蚀破裂系指承压特种设备材料在腐蚀性介质作用下，引起承压特种设备器壁由厚变薄或材料组织结构改变、机械性能降低，使承压特种设备承载能力不够而发生的破坏，这种破坏形式称为腐蚀破裂。压力容器的腐蚀破裂都是应力腐蚀，因为压力容器一般都承受较大的拉伸应力，而它的结构也常常难以避免地有程度不同的应力集中处，如设备的开孔焊缝等，且容器的工作介质又常常是带腐蚀性的。压力容器的应力腐蚀破裂是指容器壳体由于受到腐蚀介质的腐蚀而产生的一种破裂形式，是在腐蚀介质和拉伸应力的共同作用下产生的。腐蚀使金属材料的有效截面积减小和表面形成缺口，产生应力集中；而应力则可加速腐蚀的进行，使表面缺口向深处扩展，最后导致断裂，所以应力腐蚀可使压力容器在应力低于它的强度极限时破坏。应力腐蚀是种相当危险的破裂形式，因为它常常是在未被发现的情况下突然断裂而发生损坏。1、腐蚀断裂的特征(1)引起应力腐蚀的应力必须是拉应力，且应力可大可小，极低的应力水平也可能导致应力腐蚀破坏。应力既可由载荷引起，也可由焊接、装配或热处理引起的残余应力。(2)纯金属不发生应力腐蚀，但几乎所有的合金在特定的腐蚀环境中都会产生应力腐蚀裂纹。极少量的合金或杂质都会使材料产生应力腐蚀。各种工程实用材料几乎都有应力腐蚀敏感性。(3)产生应力腐蚀的材料和腐蚀性介质之间有选择性和匹配关系，即当二者是某种特定组合时才会发生应力腐蚀。(4)应力腐蚀是一个电化学腐蚀过程，包括应力腐蚀裂纹萌生、稳定扩展、失稳扩展等阶段，失稳扩展即造成应力腐蚀破裂。影响应力腐蚀断裂的因素很多，比如介质的种类、介质浓度、环境温度、构件所处的应力状态、金属所用材料的成分与组织。设备的防腐蚀措施是各式各样的，需要根据不同的设备条件和不同的工作介质采用不同的方法。2、腐蚀断裂的预防(1)选择合适的抗腐蚀材料；(2)采取必要的保护措施，使承压部件与腐蚀介质隔离；(3)进行合理设计，避免高应力区；(4)制造时制定合理的工艺，消除残余应力；(5)使用中加强管理，定期检查维修。五、蠕变破裂蠕变是指金属材料在应力和高温的双重作用下产生的缓慢而连续的塑性变形。当承压部件长期在金属蠕变的高温下工作，壁厚会减小，材料的强度有所降低，严重时会导致压力容器高温部件发生蠕变破裂。产生蠕变破裂的原因主要是未选用抗蠕变性能好的合金钢来制造高温部件、结构设计不合理而使局部区域过热、制造时改变了材料的组织而降低了材料的抗蠕变性能以及由于操作或维护不当，使承压部件局部过热。材料发生蠕变破裂时，一般都有明显的塑性变形，断口表面形成一层氧化膜。预防压力容器高温承压部件蠕变破裂主要从以下几个方面来考虑：(1)设计时根据使用温度选用合适的材料；(2)合理设计结构，避免局部高温；(3)制定正确的加工工艺，避免因加工而降低材料的抗蠕变性能；(4)在使用中防止容器局部过热。经常维护保养，清除积垢、结碳，可有效防止蠕变破坏事故的发生。压力容器在运行和使用过程中，要受到反复升压、卸压等疲劳荷载的影响，又经常受外部环境的影响，还要受到有腐蚀性介质的腐蚀，或在高温深冷等工艺条件下工作，其力学性能会随之发生变化，容器制造过程中的小缺陷也会随之扩展增大，对压力容器进行定期的全面地技术检验，是及早发现容器存在的缺陷，消除隐忠，从而保证压力容器安全运行，避免发生事故的一项行之有效的措施。第 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页化工压力容器管理规定第一章总则第一条为确保压力容器安全、稳定、长周期运行，保障人民生命安全和化工生产顺利进行，根据国家有关规定，特制定本规定。第二条本规定适用于固定式压力容器和液化气体槽（罐）车。化工行业固定式压力容器和液化气体槽（罐）车的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造全过程应遵守本规定。第二章行业管理第三条压力容器设计单位必须具备与所承担设计范围相适应的技术力量和设计手段。应对其所设计的压力容器的安全技术性能负责。第一、二类压力容器设计单位由化工部确认受理后，由省级化工主管部门审查批准，送省级劳动部门锅炉压力容器安全监察机构备案。第三类压力容器设计单位由化工部审查批准，送劳动部锅炉压力容器安全监察机构备案。压力容器设计蓝图上必须盖有设计单位资格印章。第四条压力容器的制造单位，必须具备保证产品制造质量所必需的加工设备、技术力量和检验手段。焊接工人必须经过考试，取得相应认证机构颁发的合格证，才准焊接受压元件。制造一、二类压力容器的单位须经所在省级化工主管部门和劳动部门锅炉压力容器安全监察机构审查批准。制造三类压力容器的单位须经化工部和劳动部锅炉压力容器安全监察机构审查批准。未履行上述手续的单位，不准制造压力容器和液化气体槽（罐）车。压力容器制造单位必须按照有关规定，严格执行原材料验收制度、工艺管理制度和产品检验制度，不合格的产品不准出厂。对于产品质量低劣又无有效改进措施的制造单位，取消其制造资格。压力容器制造单位的检验部门，应对本单位制造的压力容器逐台进行产品质量检验，出具检验报告，并对其检验结果负责。压力容器制造单位应接受劳动部门锅炉压力容器安全监察机构的监督检查。压力容器、液化气体槽（罐）车的新产品，必须经过试制和省级以上（含省级）化工主管部门鉴定才准批量生产。第五条压力容器安全附件的制造单位，必须持有制造许可证才准生产。安全附件的技术性能必须符合国家有关规范、标准的要求。压力容器安全附件的新产品必须经过试制并经省级以上（含省级）化工主管部门鉴定才准批量生产。第六条压力容器安装前须经检查验收，合格后方可安装。安装压力容器的单位必须具备与其所承担项目相应的施工机具、技术力量和必要的检验手段，并经审查批准后，方可从事压力容器安装施工。安装工作必须严格遵守国家有关标准、规范，保证施工质量。压力容器安装竣工后，应进行全面检查验收，经试运行合格后，办理竣工交接手续。第七条使用压力容器的单位，办理压力容器使用手续后方可投入运行。使用单位应根据压力容器的拥有量及其对安全技术性能的要求，设置专职技术人员、建立健全各项管理制度、加强日常管理，抓好压力容器设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造直至报废的全过程。使用压力容器的单位必须对操作人员进行技术培训和考核工作，经考核合格由使用单位的安全管理部门发合格后，方可上岗独立操作。第八条使用压力容器的单位，要按照有关规定实行役前检验、定期检验和综合评定工作。检验工作由使用单位自行选择具备相应检验资格的单位进行。从事化工企业检验工作的人员，除经有关部门考核，资格认证外，还须经企业或主管部门进行安全知识考试后，方可从事规定项目范围内的压力容器检验。检验单位必须保证检验质量，检验后应出具检验报告，并对检验结果负责。任何部门的压力容器检验单位和检验人员在化工行业进行检验工作，必须执行在用化工压力容器检验规程，并接受化工主管部门的管理和劳动部门锅炉压力容器安全监察机构的监督。企业自主选择的压力容器检验单位对压力容器进行的检验，由企业缴纳检验费。由国家及有关部门选择检验单位圣企业进行监督检验，企业不承担检验费。第九条修理和改造压力容器的单位，必须具备必要的工装设备、技术力量和检验手段。对压力容器的受压部件进行修理和改造应符合压力容器安全技术监察规程和有关标准的要求，重大修理和改造方案报当地主管部门和劳动部门锅炉压力容器安全监察机构备案。第十条压力容器损坏严重，难以保证安全运行，又无修复价值时，应做报废处理，并将使用证交回发证机构，同时报当地化工主管部门和锅炉压力容器安全监察机构备案。已报废的压力容器不得再做承压设备使用。第三章机构与职责第十一条化工行业各级主管部门必须有专业人员负责本地区化工企业压力容器的管理和监督检查。化工企业应根据本单位压力容器的拥有量配备相应的专业技术人员负责本企业压力容器的管理工作。第十二条化工行业主管部门的主要职责：、贯彻执行国家有关安全生产的方针、政策和压力容器有关法规、标准和规范，督促化工企业和有关单位贯彻执行；、根据化工生产特点制定有关化工压力容器的安全技术法规、标准和规范；、对化工行业压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造单位进行监督检查，发现违反国家有关压力容器安全技术法规、标准和规范的情况时，有权责令该单位予以纠正。、检查压力容器使用情况，发现不安全因素，有权责令使用单位限期解决；、组织或参与化工行业压力容器的事故调查、分析，提出处理意见。第十三条压力容器使用单位的职责、必须坚决执行国家有关压力容器的法规，按要求做好压力容器的全过程管理工作；、有计划地安排提高压力容器安全状况等级，确保安全生产；、企业法定代表人对本企业的压力容器安全使用、管理全面负责；、自觉接受主管部门和劳动行政部门的监督检查。第四章事故处理第十四条压力容器发生事故后，发生事故的单位必须按规定及时上报主管部门、劳动部门。第十五条压力容器发生特大事故后，为防止事故扩大或抢救人员而采取必要的措施外，要保护好现场。第十六条压力容器发生特大、重大事故后，使用单位的主管部门、当地锅炉压力容器监察机构，必要时应邀请科研等有关单位，共同调查分析事故，有关单位应积极协助。事故分析中的试验费用，由事故主要责任单位承担。第十七条因设计、制造、安装、检验、修理、改造的原因，发生压力容器事故而造成重大损失时，事故主要责任单位应向使用单位赔偿经济损失。第十八条对严重违反压力容器安全法规，造成损失的责任人员，企业化工主管部门、锅炉压力容器安全监察机构有权提请有关部门追究行政责任、经济责任直至刑事责任。第五章附则第十九条本规定由化学工业部负责解释。第二十条本规定自发布之日起执行。第 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