论文部分内容阅读
【摘要】在新时期，化工压力容器设备的破裂依然是我们面临的问题，化工压力容器设备的破裂有可能造成非常严重的后果。预防化学压力容器发生破裂，我们必须掌握壓力容器设备的破坏原理。
【关键词】压力容器 破裂形式 预防措施
压力容器在航天、科研、军工、能源工业、和石油化学工业等国家重要的经济部门都起着举足轻重的作用。化学压力容器由封头、筒体、法兰、开孔和接管、密封元件、支座等六部分构成。除此之外，压力容器还配有表计、安全装置和生产工艺作用各不相同的内件。化学压力容器因为密封性、承压作用及生产介质等原因，非常容易发生破裂、燃烧起火、爆炸等危险。因此危及到工作人员、生产设备和财产的安全，这样的事故还有可能造成严重的污染事故。所以世界各国都对压力设备的检验有着非常严格的检验标准。
1 常见压力容器缺陷及预防措施
1.1 压力容器在组装过程中引起的缺陷及预防
压力容器在组装过程中引起的缺陷主要有容器表面的不平整、容器横截面圆形不规则、焊接过程出错、接缝角不规则、不平整等，使压力容器不必要的产生强大的附加应力，造成局部应力过高，导致发生破裂。在容器组装过程中，应注禁止强拉、对组装卡具例如吊耳、筋板等，应使用与外壳同样的材料和焊条，并且使用同样的焊接方法进行，焊接后留下的焊疤一定要打磨平整、光滑。
1.2 压力容器在焊接过程中的缺陷及预防
压力容器在焊接过程中，会出现的缺陷有以下几点：
（1）压力容器焊接过程中，焊接的电流小、速度过快，容器被焊接地方的坡口角度相对比较小、焊接缝隙的间隙小，焊条的连接位置有误，焊弧角度偏移等都有可能导致应力集中，从而在交变载荷的作用下产生各种裂纹，成为压力容器的缺陷。
为了防止压力容器焊接过程中产生未焊透和未熔合，一定要有准确的设定制备坡口、正确的装配间隙、合适的电流、以及适当的焊接速度，焊接缝隙根部和坡口两侧材料金属要熔透，清根要彻底。
（2）压力容器在焊接过程中，焊接电流过大，焊接速度不当容易导致应力集中，最终形成应力腐蚀裂纹和应力集中裂纹，这就是通常所说的咬边。预防咬边，在焊接过程中，焊接电流一定要适当，焊条分布要均匀，焊条角度要准确，焊接电弧一定要短。
（3）压力容器焊接过程中由于焊条潮湿、接口冷却速度过快，导致气体不能及时排出会形成气孔。焊条熔渣粘度过大、焊接过程中电流过小、焊条成分不当等会导致夹渣。焊接过程中如果气孔和夹渣存在，那焊接接头的承载能力就会下降。为了预防出现夹渣，一定要注意不使用质量不过关的焊条，并且按要求的准确的温度和时间去烘干。焊接坡口两侧一定要注意清理干净，并且彻底的清除外表渣壳和焊接坡口边缘多层焊道的焊渣。
（4）压力容器焊接过程中由于工作环境温度相对比较低，或者焊条质量不过关、焊接接口出强制装配应力过大，原材料含碳量不符合相关要求等都会导致压力容器的表面裂纹。在焊接过程中要预防裂纹，必须严格控制材料钢中的磷和硫的含量、降低焊接缝隙的冷却速度、使用优质的低氢焊接材料、使用质量可靠的焊条，力求最大程度降低焊接应力等。
2 化学压力容器的破坏形式以及预防措施
化学压力容器的破裂形式可以根据压力容器的破裂特点分为韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂等；
2.1 韧性破坏[1]
2.1.1 定义
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。2.1.2 特点
（1）容器如果发生爆破，一般不产生爆破碎片，只是裂了一个口子。
（2）容器外形有明显地宏观变形。
（3）容器破坏的断口为一条长缝，一般是灰暗色，没有金属光泽。2.1.3 预防韧性破裂
（1）避免压力容器的过量充装，这样可能导致超压爆炸。
（2） 避免设计及安装的错误，保持各种安全装置、仪器仪表完好灵敏。
（3）经常检查装置，防止容器壁大面积腐蚀使壁厚减小，导致容器耐压力降低。
（4）在设计和制造压力容器时，一定要选用有足够强度和厚度的原材料，保证承压设备在规定的工作压力下安全使用。
2.2 脆性破坏
2.2.1 定义
压力容器在正常压力的范围之内，在没有塑性变形的情况下突然发生的爆炸称为脆性破例。一般情况下发生脆性断裂要具备几个条件：首先是容器本身设计存在缺陷，其次因为温度升高使原材料变脆，再者因为低温导致材料的韧性降低。
2.2.2 特点
（1）压力容器发生脆性破裂时没有明显的外观变化，因此大部分是在没有任何外观预兆的情况下突然发生破裂现象。
（2）压力容器发生脆性破裂时会瞬间发生，一般情况下会有许多碎片飞出。
（3）材料脆化而破坏，破裂断口成富有光泽金属晶粒状。
（4）脆性破裂事故多在温度较低的情况下发生，因为金属材料断裂韧性随温度的降低而减小。
2.2.3 预防脆性破裂
（1）确保压力容器材料有非常好的韧性，尤其是在高温或低温情况下。
（2）焊接容器时，尽量避免或降低压力容器的应力集中，例如焊接接管根部必须焊透且焊缝表面打磨平滑等。
（3）焊接之后采用热处理的方式消除残余应力。
（4）在压力容器试用期间定期按规定进行无损检测。
2.3 疲劳破坏
2.3.1 定义
压力容器的疲劳破裂是化工压力容器长时间反复工作过程中，器壁载荷多次发生变化，致使器壁应力集中部位出现裂纹并逐渐延伸，导致疲劳破裂。[2]
2.3.2 特点
（1）压力容器的疲劳破裂发生时就一般是在结构不连续处发生，例如开孔处、接管的根部、或者是有裂纹类缺陷的焊接缝隙的地方。
（2）压力容器疲劳断裂的基本方式是爆破和泄漏。原材料强度较高但韧性较差的时候，其表现为爆破；如果材料强度相对较低而韧性相对较好，则因为疲劳裂纹扩展泄漏。
2.3.3 预防疲劳破坏
（1）在设计制作压力容器时，选用合适的抗疲劳材料使用分析设计法设计。
（2）使用压力容器过程中，注意容器结构的抗疲劳性。
（3）在压力容器试用期间定期按规定进行质量检测。
2.4 腐蚀破坏
2.4.1 定义
压力容器在腐蚀介质的作用下，导致容器壁厚减薄或材料组织结构发生变化，容器耐压性能降低，使压力容器的承压能力不够而产生的破坏，称为腐蚀破裂。
2.4.2 腐蚀破坏的特点
因为腐蚀材料不同，所以腐蚀破坏的特点也都不相同。2.4.3 预防
（1）在压力容器使用过程中，让容器和腐蚀介质隔离。
（2）消除引起腐蚀的因素，避免拉伸应力导致应力腐蚀。
参考文献
[1] 姜建凯.化工压力容器的破裂形式与预防[J].河北化工.2009年第32卷第2期
[2] 李伟平.化工压力容器的破裂形式与预防[J].中国科技博览.2012年34期
【关键词】压力容器 破裂形式 预防措施
压力容器在航天、科研、军工、能源工业、和石油化学工业等国家重要的经济部门都起着举足轻重的作用。化学压力容器由封头、筒体、法兰、开孔和接管、密封元件、支座等六部分构成。除此之外，压力容器还配有表计、安全装置和生产工艺作用各不相同的内件。化学压力容器因为密封性、承压作用及生产介质等原因，非常容易发生破裂、燃烧起火、爆炸等危险。因此危及到工作人员、生产设备和财产的安全，这样的事故还有可能造成严重的污染事故。所以世界各国都对压力设备的检验有着非常严格的检验标准。
1 常见压力容器缺陷及预防措施
1.1 压力容器在组装过程中引起的缺陷及预防
压力容器在组装过程中引起的缺陷主要有容器表面的不平整、容器横截面圆形不规则、焊接过程出错、接缝角不规则、不平整等，使压力容器不必要的产生强大的附加应力，造成局部应力过高，导致发生破裂。在容器组装过程中，应注禁止强拉、对组装卡具例如吊耳、筋板等，应使用与外壳同样的材料和焊条，并且使用同样的焊接方法进行，焊接后留下的焊疤一定要打磨平整、光滑。
1.2 压力容器在焊接过程中的缺陷及预防
压力容器在焊接过程中，会出现的缺陷有以下几点：
（1）压力容器焊接过程中，焊接的电流小、速度过快，容器被焊接地方的坡口角度相对比较小、焊接缝隙的间隙小，焊条的连接位置有误，焊弧角度偏移等都有可能导致应力集中，从而在交变载荷的作用下产生各种裂纹，成为压力容器的缺陷。
为了防止压力容器焊接过程中产生未焊透和未熔合，一定要有准确的设定制备坡口、正确的装配间隙、合适的电流、以及适当的焊接速度，焊接缝隙根部和坡口两侧材料金属要熔透，清根要彻底。
（2）压力容器在焊接过程中，焊接电流过大，焊接速度不当容易导致应力集中，最终形成应力腐蚀裂纹和应力集中裂纹，这就是通常所说的咬边。预防咬边，在焊接过程中，焊接电流一定要适当，焊条分布要均匀，焊条角度要准确，焊接电弧一定要短。
（3）压力容器焊接过程中由于焊条潮湿、接口冷却速度过快，导致气体不能及时排出会形成气孔。焊条熔渣粘度过大、焊接过程中电流过小、焊条成分不当等会导致夹渣。焊接过程中如果气孔和夹渣存在，那焊接接头的承载能力就会下降。为了预防出现夹渣，一定要注意不使用质量不过关的焊条，并且按要求的准确的温度和时间去烘干。焊接坡口两侧一定要注意清理干净，并且彻底的清除外表渣壳和焊接坡口边缘多层焊道的焊渣。
（4）压力容器焊接过程中由于工作环境温度相对比较低，或者焊条质量不过关、焊接接口出强制装配应力过大，原材料含碳量不符合相关要求等都会导致压力容器的表面裂纹。在焊接过程中要预防裂纹，必须严格控制材料钢中的磷和硫的含量、降低焊接缝隙的冷却速度、使用优质的低氢焊接材料、使用质量可靠的焊条，力求最大程度降低焊接应力等。
2 化学压力容器的破坏形式以及预防措施
化学压力容器的破裂形式可以根据压力容器的破裂特点分为韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂等；
2.1 韧性破坏[1]
2.1.1 定义
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。2.1.2 特点
（1）容器如果发生爆破，一般不产生爆破碎片，只是裂了一个口子。
（2）容器外形有明显地宏观变形。
（3）容器破坏的断口为一条长缝，一般是灰暗色，没有金属光泽。2.1.3 预防韧性破裂
（1）避免压力容器的过量充装，这样可能导致超压爆炸。
（2） 避免设计及安装的错误，保持各种安全装置、仪器仪表完好灵敏。
（3）经常检查装置，防止容器壁大面积腐蚀使壁厚减小，导致容器耐压力降低。
（4）在设计和制造压力容器时，一定要选用有足够强度和厚度的原材料，保证承压设备在规定的工作压力下安全使用。
2.2 脆性破坏
2.2.1 定义
压力容器在正常压力的范围之内，在没有塑性变形的情况下突然发生的爆炸称为脆性破例。一般情况下发生脆性断裂要具备几个条件：首先是容器本身设计存在缺陷，其次因为温度升高使原材料变脆，再者因为低温导致材料的韧性降低。
2.2.2 特点
（1）压力容器发生脆性破裂时没有明显的外观变化，因此大部分是在没有任何外观预兆的情况下突然发生破裂现象。
（2）压力容器发生脆性破裂时会瞬间发生，一般情况下会有许多碎片飞出。
（3）材料脆化而破坏，破裂断口成富有光泽金属晶粒状。
（4）脆性破裂事故多在温度较低的情况下发生，因为金属材料断裂韧性随温度的降低而减小。
2.2.3 预防脆性破裂
（1）确保压力容器材料有非常好的韧性，尤其是在高温或低温情况下。
（2）焊接容器时，尽量避免或降低压力容器的应力集中，例如焊接接管根部必须焊透且焊缝表面打磨平滑等。
（3）焊接之后采用热处理的方式消除残余应力。
（4）在压力容器试用期间定期按规定进行无损检测。
2.3 疲劳破坏
2.3.1 定义
压力容器的疲劳破裂是化工压力容器长时间反复工作过程中，器壁载荷多次发生变化，致使器壁应力集中部位出现裂纹并逐渐延伸，导致疲劳破裂。[2]
2.3.2 特点
（1）压力容器的疲劳破裂发生时就一般是在结构不连续处发生，例如开孔处、接管的根部、或者是有裂纹类缺陷的焊接缝隙的地方。
（2）压力容器疲劳断裂的基本方式是爆破和泄漏。原材料强度较高但韧性较差的时候，其表现为爆破；如果材料强度相对较低而韧性相对较好，则因为疲劳裂纹扩展泄漏。
2.3.3 预防疲劳破坏
（1）在设计制作压力容器时，选用合适的抗疲劳材料使用分析设计法设计。
（2）使用压力容器过程中，注意容器结构的抗疲劳性。
（3）在压力容器试用期间定期按规定进行质量检测。
2.4 腐蚀破坏
2.4.1 定义
压力容器在腐蚀介质的作用下，导致容器壁厚减薄或材料组织结构发生变化，容器耐压性能降低，使压力容器的承压能力不够而产生的破坏，称为腐蚀破裂。
2.4.2 腐蚀破坏的特点
因为腐蚀材料不同，所以腐蚀破坏的特点也都不相同。2.4.3 预防
（1）在压力容器使用过程中，让容器和腐蚀介质隔离。
（2）消除引起腐蚀的因素，避免拉伸应力导致应力腐蚀。
参考文献
[1] 姜建凯.化工压力容器的破裂形式与预防[J].河北化工.2009年第32卷第2期
[2] 李伟平.化工压力容器的破裂形式与预防[J].中国科技博览.2012年34期