浅析化工设备压力容器的破坏及预防措施

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　　【摘  要】随着经济的不断发展，我国科学技术在化工方面也在不断进步。压力容器在化工行业有着广泛的应用，是化工生产的重要设备，但是压力容器在长时间使用之后会出现各种问题，包括金属腐蚀以及破裂等等问题，可能引发严重的安全事故，对企业和工作人员造成不可预估的损失。因此，如何采取有效的预防措施防止压力容器出现破坏等问题，进而降低安全事故发生的概率是当前急需解决的问题。本文通过对压力容器的主要破坏类型及原因进行分析，然后针对性的提出一些预防措施，进而保证化工设备压力容器的正常使用。
　　【关键词】压力容器;破裂;预防策略
　　引言
　　压力容器无论在航天，能源方面，还是在石油工业中，均发挥着重要作用。压力容器由封头、筒体、法兰、开孔和接管、密封元件、支座等部分构成。除上述部件外，还配备有安全连锁装置。压力容器受密封性及生产介质等因素影响，会出现破裂、爆炸等问题，因而会对工作人员及生产设备的安全产生重要影响，而且还会引发严重的污染事故，因此，世界各国对于压力容器的检验，均制定了严格的执行标准。
　　1疲劳损伤的特点
　　压力容器的疲劳损伤不易被发现，然而，因疲劳损伤而引起的压力容器失效的案例并不在少数。虽然不像脆性形变那样突然，但疲劳破坏却是所有破坏形式中最不可避免的。疲劳损伤与破坏在特点上与其它失效形式存在明显的区别，主要体现为以下几个方面。首先，疲劳损伤导致的压力容器失效通常观察不到较为明显的塑性变形。容器的壁厚和直径都没有明显的变化。在这一点上，其与腐蚀破坏和塑性变形不同。在显微镜观察下，疲劳失效的部分会发现有疲劳裂纹出现，这些裂纹分布于应力较为集中的位置，在不断升降的压力变化作用下，逐步发展到足以使压力容器被破坏的程度。其次，疲劳损伤发生后，其断口处有两个区域较为明显，一是裂纹的聚集与扩展区，二是断裂区，明显区别于脆性断裂的断口。裂纹的起始点的形态不同于断裂口的其它地方，其主要出现于应力集中处，如压力容器的内壁焊缝，划伤处，以及其它使外形表明不连续的地方。再次，压力容器的应力集中处，在疲劳损伤产生之后，高低压循环往复，裂纹的扩张将加剧。在压力容器使用过程中，压力的波动是裂纹扩展的主要原因。最后，疲劳损伤不同于脆性破裂产生金属碎片，也不同于韧性破裂那样产生撕裂，而是在交变载荷的作用下，逐渐形成裂纹贯穿于金属，而导致设备泄露失稳失效。
　　2压力容器的破裂形式
　　2.1韧性破裂
　　容器内部承受的压力比极限强度要高，容器会出现破裂情况，也就是韧性破裂，容器承受太大的压力，会造成容器内部出现塑性变形，而且直径还会增加，会让整个变形出现腰鼓形情况，除此之外，因承受压力过大，可能会出现能量释放，使断裂口出现切断性破坏情况;另外，断口不够平整，撕裂会与主应力方向形成夹角，而且其所造成的破坏还是整体性的，不会出现各种碎片;针对材料破坏来讲，其主要包含如下阶段，即弹性阶段、塑性阶段、吸附阶段与破坏阶段，针对韧性破坏来讲，其主要是指材料在屈服阶段而造成的破坏，当容器材质选择不当，或者是超负荷运行，再或者是维修不到位，都会导致这种韧性破坏问题的产生。
　　2.2脆性破裂
　　压力容器在正常使用的过程中，其承载的压力远远小于压力容器的最大承载压力，这时候可能会出现脆性破裂，但是并不会出现塑性变形。主要是由于制备压力容器的材料属于脆性材料，其抗变形能力比较差，而且在焊接的过程中没有达到相应的标准，导致长时间使用后出现脆性破裂。
　　2.3腐蚀破裂
　　压力容器装的大多是有腐蚀性的介质，而且在腐蚀性介质作用下，混合材料会出现各种反应，造成容器内部由厚变薄，不利于材料整体性能的提高，而且会让容器内部的承压能力不足，进而出现破裂情况，此外，容器内部由于承受拉伸应力作用，会在焊接、开口等地方，产生各种应力，并且压力容器会产生腐蚀破裂，这是由于拉伸应力和腐蚀介质共同影响导致的，腐蚀介质会导致内壁变薄，并且拉伸应力会加速破坏，最终会出现容器腐蚀。因容器内壁材料主要是使用合金材料，合金材料内部都会残留杂质，受此影响，杂质与腐蚀性介质之间便会发生反应，破坏容器。
　　3压力容器预防破裂措施
　　3.1韧性破裂预防措施
　　产生韧性破坏的主要原因就是材料受到太大应力，而且此应力大于容器的极限抗压强度，因此，在设计容器时，要保证材料具备足够厚度，而且强度也要能够满足实际工作需要，要依据容器的设计参数进行设计，这样才能避免容器出现超负荷运行，同时也要积极地开展日常养护工作，这样才能够使安全附件变得更加灵敏化，才能发挥出应有的效果。
　　3.2脆性破裂的预防措施
　　需要选择高强度的材料作为容器的制备原材料，从而有效的避免发生脆性破裂。此外，在正常使用的过程中，需要规范作业流程，避免由于压力容器的不恰当使用而发生脆性破裂。
　　3.3蠕变破裂的预防措施
　　蠕变破裂一般是在高温和应力共同作用下出现，在设计的过程中，要使用比较优质材料，设计结构要合理，并且能够满足高温、高强度应力作用的使用需求。在使用的过程中，应避免容器出现局部高温情况，做好养护与维修工作，避免蠕变破裂事故发生。
　　3.4压力容器制造前的质量检验
　　首先，重视施工图纸的审查。图纸是压力容器投入生产的重要依据和技术参考。因此要对压力容器的设计图进行审查确保其符合制造标准、技术要求、制造条件以及我国相关的规范要求。其次，编制加工工艺流程。压力容器的制造工艺和生产流程必须按照相应的工艺流程来实施。对于批量生产的压力容器的加工工艺可以进行统一的编制，使加工流程能够顺利的进行，提高生产效率。而对于应用新材料、新工艺、新技术的压力容器，应专门制定有针对性的符合加工需求的工艺流程。第三，原材料的质量检验。压力容器选用的材料应符合生产条件和加工工艺的要求。生产企业应建立健全的监管制度和体制，确保对材料的质量进行集中监管。
　　3.5压力容器疲劳损伤的防护
　　首先，在压力容器的制造与检验过程中，应严格把握质量，从材料、焊接以及装配环节等进行质量的监督与控制，把好设备质量的第一关，做到精益求精。其次，设备的使用单位在进行验收时，应严格按照规程验收。压力容器的固定零部件，例如地脚螺栓等必须牢靠，盡量保证压力容器使用过程中的平稳，避免异常震动的产生。再次，针对大型的塔式压力容器，在设计过程中，由于高度的限制而无法避免外部环境对载荷的影响，应将疲劳失稳因素考虑在内，以避免疲劳损伤的发生。最后，压力容器在使用过程中也应当尽力的避免疲劳损伤产生，严格执行设备的相应操作规范，保障设备的平稳运行，减少压力的频繁波动，防止压力与温度的大幅波动，给设备一个稳定的运行环境。
　　结语
　　总之，在化工工业中，工作人员要提升自己对压力容器使用的认知度，有效控制密封质量，并深入了解压力容器破裂的类型及形式，这样才能有效预防压力容器破裂情况发生，才能提升压力容器的安全性能。现阶段，虽然中国有些化工企业在压力容器使用的过程中，仍存在一些问题与不足，但随着压力容器生产技术及管理技术的不断提升，压力容器质量的不断提高，压力容器破裂问题定会得到有效解决。
　　参考文献：
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　　（作者单位：烟台市特种设备检验研究院）
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