淺析化工設備壓力容器的破壞及預防措施

曲偉東

【摘 ?要】隨著經濟的不斷發展，我國科學技術在化工方面也在不斷進步。壓力容器在化工行業有著廣泛的應用，是化工生產的重要設備，但是壓力容器在長時間使用之后會出現各種問題，包括金屬腐蝕以及破裂等等問題，可能引發嚴重的安全事故，對企業和工作人員造成不可預估的損失。因此，如何采取有效的預防措施防止壓力容器出現破壞等問題，進而降低安全事故發生的概率是當前急需解決的問題。本文通過對壓力容器的主要破壞類型及原因進行分析，然后針對性的提出一些預防措施，進而保證化工設備壓力容器的正常使用。

【關鍵詞】壓力容器;破裂;預防策略

引言

壓力容器無論在航天，能源方面，還是在石油工業中，均發揮著重要作用。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介質等因素影響，會出現破裂、爆炸等問題，因而會對工作人員及生產設備的安全產生重要影響，而且還會引發嚴重的污染事故，因此，世界各國對于壓力容器的檢驗，均制定了嚴格的執行標準。

1疲勞損傷的特點

壓力容器的疲勞損傷不易被發現，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。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別，主要體現為以下幾個方面。首先，疲勞損傷導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現有疲勞裂紋出現，這些裂紋分布于應力較為集中的位置，在不斷升降的壓力變化作用下，逐步發展到足以使壓力容器被破壞的程度。其次，疲勞損傷發生后，其斷口處有兩個區域較為明顯，一是裂紋的聚集與擴展區，二是斷裂區，明顯區別于脆性斷裂的斷口。裂紋的起始點的形態不同于斷裂口的其它地方，其主要出現于應力集中處，如壓力容器的內壁焊縫，劃傷處，以及其它使外形表明不連續的地方。再次，壓力容器的應力集中處，在疲勞損傷產生之后，高低壓循環往復，裂紋的擴張將加劇。在壓力容器使用過程中，壓力的波動是裂紋擴展的主要原因。最后，疲勞損傷不同于脆性破裂產生金屬碎片，也不同于韌性破裂那樣產生撕裂，而是在交變載荷的作用下，逐漸形成裂紋貫穿于金屬，而導致設備泄露失穩失效。

2壓力容器的破裂形式

2.1韌性破裂

容器內部承受的壓力比極限強度要高，容器會出現破裂情況，也就是韌性破裂，容器承受太大的壓力，會造成容器內部出現塑性變形，而且直徑還會增加，會讓整個變形出現腰鼓形情況，除此之外，因承受壓力過大，可能會出現能量釋放，使斷裂口出現切斷性破壞情況;另外，斷口不夠平整，撕裂會與主應力方向形成夾角，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，當容器材質選擇不當，或者是超負荷運行，再或者是維修不到位，都會導致這種韌性破壞問題的產生。

2.2脆性破裂

壓力容器在正常使用的過程中，其承載的壓力遠遠小于壓力容器的最大承載壓力，這時候可能會出現脆性破裂，但是并不會出現塑性變形。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到相應的標準，導致長時間使用后出現脆性破裂。

2.3腐蝕破裂

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

3壓力容器預防破裂措施

3.1韌性破裂預防措施

產生韌性破壞的主要原因就是材料受到太大應力，而且此應力大于容器的極限抗壓強度，因此，在設計容器時，要保證材料具備足夠厚度，而且強度也要能夠滿足實際工作需要，要依據容器的設計參數進行設計，這樣才能避免容器出現超負荷運行，同時也要積極地開展日常養護工作，這樣才能夠使安全附件變得更加靈敏化，才能發揮出應有的效果。

3.2脆性破裂的預防措施

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

3.3蠕變破裂的預防措施

蠕變破裂一般是在高溫和應力共同作用下出現，在設計的過程中，要使用比較優質材料，設計結構要合理，并且能夠滿足高溫、高強度應力作用的使用需求。在使用的過程中，應避免容器出現局部高溫情況，做好養護與維修工作，避免蠕變破裂事故發生。

3.4壓力容器制造前的質量檢驗

首先，重視施工圖紙的審查。圖紙是壓力容器投入生產的重要依據和技術參考。因此要對壓力容器的設計圖進行審查確保其符合制造標準、技術要求、制造條件以及我國相關的規范要求。其次，編制加工工藝流程。壓力容器的制造工藝和生產流程必須按照相應的工藝流程來實施。對于批量生產的壓力容器的加工工藝可以進行統一的編制，使加工流程能夠順利的進行，提高生產效率。而對于應用新材料、新工藝、新技術的壓力容器，應專門制定有針對性的符合加工需求的工藝流程。第三，原材料的質量檢驗。壓力容器選用的材料應符合生產條件和加工工藝的要求。生產企業應建立健全的監管制度和體制，確保對材料的質量進行集中監管。

3.5壓力容器疲勞損傷的防護

首先，在壓力容器的制造與檢驗過程中，應嚴格把握質量，從材料、焊接以及裝配環節等進行質量的監督與控制，把好設備質量的第一關，做到精益求精。其次，設備的使用單位在進行驗收時，應嚴格按照規程驗收。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，避免異常震動的產生。再次，針對大型的塔式壓力容器，在設計過程中，由于高度的限制而無法避免外部環境對載荷的影響，應將疲勞失穩因素考慮在內，以避免疲勞損傷的發生。最后，壓力容器在使用過程中也應當盡力的避免疲勞損傷產生，嚴格執行設備的相應操作規范，保障設備的平穩運行，減少壓力的頻繁波動，防止壓力與溫度的大幅波動，給設備一個穩定的運行環境。

結語

總之，在化工工業中，工作人員要提升自己對壓力容器使用的認知度，有效控制密封質量，并深入了解壓力容器破裂的類型及形式，這樣才能有效預防壓力容器破裂情況發生，才能提升壓力容器的安全性能?，F階段，雖然中國有些化工企業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技術及管理技術的不斷提升，壓力容器質量的不斷提高，壓力容器破裂問題定會得到有效解決。

參考文獻：

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（作者單位：煙臺市特種設備檢驗研究院）