化工壓力容器的破裂形式與預防

龐志孝

摘 要：壓力容器是化工生產中的重要設備，金屬腐蝕也是化工生產中最容易出現的一種缺陷，壓力容器的破壞往往會釀成嚴重的安全事故，所以，確保化工壓力容器設備的安全在化工生產工作中至關重要，本文就針對化工生產中壓力容器的破裂形式進行剖析，并提出一些預防壓力容器破壞的措施及建議。

關鍵詞：化工壓力容器；破裂形式；預防

化學容器在我國的工業生產、日常生活及科學研究方面都得到了廣泛的應用。由于其經常由于盛裝有毒、有腐蝕性的物質，加之其工作環境通常比較惡劣，因此對其的強度和密封性有著極高的要求。而一旦因為質量控制不好引發事故，則會造成重大的社會經濟損失和對人民財產造成嚴重威脅。而它的破壞形式主要以破裂形式為主。因此研究化學容器的破裂機理及其預防措施，對其的安全生產控制顯得尤為重要。

1化工壓力容器簡介

化工壓力容器廣泛應用與化學工業生產，主要用于化學物質的儲藏、反應、運輸、分離等。屬于一種密閉性設備，根據其承壓力可分為低、中、高以及超高壓幾種，根據所承載的化學物質特性不同而選用不同壓力等級的容器；反應化工壓力容器主要作為化工物質間的化學反應或物理反應的反應器使用，而分離化工壓力容器則主要用于化工物質間的分離、洗滌、吸收等，換熱化工壓力容器則主要是起到熱交換器以及冷卻器的作用，用于化工介質的熱能交換。

2化工壓力容器的破裂形式

2.1韌性破裂

容器器壁所承受的應力超過了其極限強度，使得容器發生破裂的現象稱為韌性破裂。由于容器承受的應力過大，使得整個器壁發生明顯的塑性變形，使得容器器壁厚度變薄，直徑增大，使得整個變形呈現“腰鼓形”的形狀。由于其承受的壓力太大，往往釋放大量的能量，使斷裂口呈現出切斷形的破壞形式，斷口一般不平整，由于撕裂原因通常與主應力方向成45度夾角，破壞時一般為一個整體，不產生碎片[1]。由于材料的破壞通常要經歷幾個階段，即彈性階段、塑性階段、屈服階段以及破壞階段。韌性破壞往往是由于材料處于屈服階段時發生的，因此當容器由于選材不當或是使容器一直處于超負荷運轉以及施工安裝不符合規定以及維修不到位時都會導致韌性破壞的發生。

2.2脆性破壞

化工壓力容器器壁破壞時并沒有發生顯著的塑性變形，在所受的平均應力遠遠低于材料的極限強度時發生的破壞稱為脆性破壞。發生脆性破壞時容器的破壞特征正好與韌性破壞相反。材料通常在達到屈服狀態以前即發生破壞，斷口通常較為平直且有金屬光澤。通常發生在溫度較低的情況，由于其破壞時不發生明顯的塑性變形，破壞時無明顯征兆，給預防工作帶來很大的難度，通常破壞性極大。脆性破壞的發生往往是由于器壁材料的韌性太差，低溫時韌性下降明顯，由于材料缺陷及焊縫等原因，造成材料所受應力過于集中等原因造成的。

2.3疲勞破壞

疲勞破壞是一種壓力容器較為常見的破壞形式。由于容器器壁的承壓部位長時間的經受應力的重復作用，使得材料達到極限疲勞強度，在應力集中部位產生微裂縫，隨著作用時間和次數的增加，微裂縫逐漸擴大，最終產生較大的裂縫，發生疲勞破壞。疲勞破壞的產生總是需要一個較長的演變過程，所受應力低于材料的極限抗拉強度時發生破壞，通常不發生明顯的塑性變形，通常發生在應力集中區域，破壞時只產生裂紋。

2.4腐蝕破裂

大多數的化工壓力容器是用來盛裝腐蝕性物質的。容器器壁在腐蝕性介質的作用下，與材料發生反應，使得容器器壁由厚變薄，降低了材料的整體性能，使得器壁承壓能力不足而發生破裂。同時容器一般用來盛裝物體，使其承受拉伸應力，而在焊縫、開口等部分通常產生不同程度的應力集中。而壓力容器的腐蝕破裂通常是由拉伸應力和腐蝕介質共同作用。腐蝕介質使器壁變薄使得產生應力集中區域，而拉伸應力則會加速這種腐蝕破壞，最終導致容器發生腐蝕破壞。由于容器器壁材料大多不是純金屬材料，而是采用合金材料，由于合金材料內部或多或少都會殘留雜質，因此在特定的組合下，器壁就會和腐蝕性介質發生反應，從而使容器結構發生破壞。由于金屬材料的組成和成為、溶液的濃度及所處環境的溫度等因素都會對腐蝕破壞產生影響，使得其防護措施變得復雜多樣化。

2.5蠕變破壞

在應力和高溫的共同作用下，使得金屬材料發生緩慢而持續的塑性變形現象稱為蠕變。當容器承壓部件長期在應力和高溫的作用下，發生蠕變變形，使得器壁材料的厚度降低，嚴重時使得材料喪失機械性能，從而導致蠕變破裂的發生。蠕變破裂的產生主要是由于選材不當，使得材料無法承受局部高溫環境，或是由于設計及養護不當，使得材料的抗蠕變能力下降，從而發生蠕變破裂。其破壞形式通常具有明顯的塑性變形特征。

3壓力容器破裂預防措施

3.1韌性破裂預防措施

韌性破壞的產生主要是由于材料所受應力過大，超過了容器的極限抗壓強度，因此在設計生產容器時，要確保所用材料具有足夠厚度和強度，以滿足實際工作需要[2]。同時嚴格按照容器的設計參數進行操作，避免容器超負荷運行情況的發生，同時在應注重日常養護維修工作，保證各監測儀器的靈敏可靠度，使其真正發揮險前預警作用，同時在發現容器有明顯塑性變形的情況下，應立即停止使用容器。

3.2脆性破裂的預防措施

容器發生脆性破壞主要是由于材料的韌性太低造成的。因此在設計時應選用韌性良好的材料設計容器。同時應嚴格執行施工流程，盡量消除容器內部缺陷的產生。在實際使用中要加強監測發現問題及時消除。

3.3疲勞破裂的預防措施

疲勞破裂的產生是由于長期受到重復應力的作用，使得應力集中，在薄弱面產生裂縫引起的。因此在實際使用中應避免不必要的加壓和卸載操作。同時在設計生產時要保證質量，使其能夠發揮應有的功能。

3.4腐蝕破裂預防措施

造成腐蝕破裂的原因是由于腐蝕介質與容器器壁接觸發生反應，因此在實際使用中可以采取措施，避免介質與承壓部件的接觸，同時加強日常防護，將隱患消除與萌芽之中。

3.5蠕變破裂的預防措施

蠕變破裂通常是在高溫與應力共同作用的結果。在設計時要選擇合適的材料，設計合理受力結構，滿足高溫與應力作用的要求。同時在使用中應盡量避免容器局部產生高溫。同時經常養護維修，防止蠕變破裂事故的發生。

總之，化工壓力容器的破裂往往會造成重大的安全事故，并對環境造成嚴重污染，研究其破裂形式，針對其破裂形式提出有效的預防措施，對于確保化學容器設備在實際生產生活中的安全是至關重要的。因此，在化工壓力容器運行時，要時刻監測容器的運行情況，注意容器的細微變化，從而采取相應措施，及時防范化工事故的發生。

參考文獻：

[1]張建偉.化工壓力容器的破裂形式與預防[J].中國化工貿易，2012，（8）：295

[2]李偉平.化工壓力容器的破裂形式與預防[J].中國科技博覽，2012，（34）：18