淺析壓力容器破壞預(yù)防與維護(hù)措施

姬紅理 (中藍(lán)連海設(shè)計(jì)研究院 上海 201204)

壓力容器的制造、維護(hù)關(guān)系到化工企業(yè)的發(fā)展，對(duì)壓力容器進(jìn)行有效維護(hù)能夠降低化工生產(chǎn)的成本； 提高壓力容器的安全系數(shù)能有效降低工作人員和周圍居民的安全風(fēng)險(xiǎn)； 對(duì)壓力容器維護(hù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)、分析、研究能有效促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展；有效維護(hù)壓力容器，延長(zhǎng)壓力容器的使用壽命，能避免重復(fù)制造，節(jié)省材料， 節(jié)約資源。 下面我們對(duì)壓力容器破壞的各種形式進(jìn)行分析，并思考相應(yīng)的預(yù)防、維護(hù)措施。

一、韌性破裂

金屬材料的韌性破裂首先是發(fā)生大量的塑性變形， 在塑性變形嚴(yán)重處產(chǎn)生微孔，微孔容易夾雜雜質(zhì)，在拉力作用下，微孔夾雜物容易與基體界分離，形成裂紋，最后造成斷裂。 塑性變形是壓力容器破裂的前兆，是緩解壓力、推遲破裂的形式，若不及時(shí)對(duì)壓力容器的變形采取措施， 隨著變形的加重和時(shí)間的推移破裂隨時(shí)可能發(fā)生。 壓力容器產(chǎn)生韌性破裂主要是因?yàn)閴毫θ萜鞯囊夯瘹鈮后w充裝過量，或者在使用過程中超壓，在維護(hù)過程中不恰當(dāng)?shù)木S護(hù)措施導(dǎo)致器壁變薄，承受壓力能力降低，更容易發(fā)生變形，產(chǎn)生破裂。

預(yù)防壓力容器產(chǎn)生韌性破裂首先需要正確設(shè)計(jì)壓力容器，操作時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，并對(duì)壓力容器設(shè)置超壓泄放裝置，當(dāng)壓力容器承受壓力超過一定范圍時(shí)， 泄壓裝置啟動(dòng)幫助容器泄壓。 再者在壓力容器維護(hù)過程中，要選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ā?最后加強(qiáng)壓力容器的檢查工作，對(duì)壓力容器的變形及時(shí)采取有效措施，預(yù)防破裂或爆破。

二、脆性破裂

壓力容器發(fā)生脆性破裂的主要原因首先是壓力容器制造選擇的材料韌性較差；其次在制作工程中，焊接接頭存在力學(xué)、物理、化學(xué)性能缺陷，不符合要求；再者，加工時(shí)不滿足冷加工變形技術(shù)要求；最后壓力容器內(nèi)部本身存在一定的殘余應(yīng)力。 在低溫壓力條件下，壓力容器承受的荷載主要為靜荷載，溫度的降低會(huì)造成壓力容器構(gòu)成材料的韌性降低， 容易產(chǎn)生剪切斷裂或者解理斷裂。 壓力容器產(chǎn)生脆性破裂前外觀上往往沒有明顯的征兆，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重塑性變形的情況， 只是偶爾會(huì)出現(xiàn)很小的局部變形，在檢查過程中不容易發(fā)現(xiàn)。 壓力容器的破壞常發(fā)生在低溫情況，此時(shí)材料的韌性較差，破裂往往從缺陷出開始。

預(yù)防壓力容器發(fā)生脆性破裂， 首先在容器的設(shè)計(jì)和制造上需要保證容器的質(zhì)量，選用韌性較好的材料，進(jìn)行焊接時(shí)減少焊縫應(yīng)力集中，并消除容器內(nèi)部的殘余應(yīng)力，制造完成后需要對(duì)容器進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保壓力容器的質(zhì)量。 其次在容器的使用過程中，需要按照規(guī)范使用，不在低于其設(shè)計(jì)溫度的情況下使用壓力容器，啟動(dòng)和停止壓力容器時(shí)需要注意壓力和溫度的變化，防止過大變化導(dǎo)致壓力容器的脆性破裂。 最后在維護(hù)過程中，需要按照《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》定期進(jìn)行嚴(yán)格檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)容器缺陷和違規(guī)操作，盡快消除缺陷，防止裂紋的擴(kuò)大。

三、疲勞破裂

壓力容器的疲勞破裂首先是在金屬表面形成駐留滑移帶，隨后裂紋順著切應(yīng)力方向向容器內(nèi)部擴(kuò)展， 逐漸轉(zhuǎn)向與主應(yīng)力垂直的方向，裂紋擴(kuò)展速度較為緩慢。 裂紋得不到適當(dāng)處理，隨著時(shí)間的推移，裂紋穿過晶面迅速向與主應(yīng)力垂直方向擴(kuò)展。 壓力容器產(chǎn)生疲勞破裂主要因?yàn)閴毫θ萜鞒惺苎h(huán)荷載變化大，局部應(yīng)力過高，超過壓力容器的承受能力。 另外壓力容器制作中應(yīng)用高強(qiáng)度低合金鋼和一些特厚的材料，導(dǎo)致焊接難度大，焊接質(zhì)量低，容易產(chǎn)生疲勞破裂。 壓力容器產(chǎn)生疲勞破裂前一般沒有明顯的變形。 壓力容器容易在操作溫度和承載壓力變化大的情況下發(fā)生， 產(chǎn)生疲勞破裂的部位往往是承受應(yīng)力較大的部位或者存在缺陷的部位，疲勞裂紋往往能穿透器壁。

預(yù)防壓力容器產(chǎn)生疲勞破裂首先需要保證容器的制造質(zhì)量，選擇抗疲勞材料，對(duì)容器進(jìn)行疲勞分析；其次要避免頻繁地停開車，避免壓力、溫度變化過大，保證容器穩(wěn)定運(yùn)行。

四、腐蝕破裂

高溫容易造成壓力容器局部過熱， 處理一氧化碳和二氧化碳烴類介質(zhì)時(shí)容易產(chǎn)生滲碳腐蝕， 在高壓和多水分的條件下或處理氫和硫等物質(zhì)時(shí)容易發(fā)生腐蝕， 在多種混合氣體中添加水也容易產(chǎn)生腐蝕。 高溫、高壓情況下含碳量高的壓力容易發(fā)生氫脆。 腐蝕的內(nèi)型主要分為應(yīng)力腐蝕、滲碳腐蝕、疲勞腐蝕等。

針對(duì)不同的腐蝕破裂應(yīng)采取不同的預(yù)防措施， 對(duì)應(yīng)力腐蝕的預(yù)防需要選擇對(duì)應(yīng)力腐蝕不敏感的材料，添加緩蝕劑；容器在設(shè)計(jì)和制造過程中盡量減少應(yīng)力集中；降低材料脆性敏感性，避免氫環(huán)境等。

五、蠕變破裂

壓力容器在高溫條件下長(zhǎng)時(shí)間工作， 材料的性能會(huì)出現(xiàn)退化，器壁逐漸出現(xiàn)變形，容器的體積逐漸增大。 隨著時(shí)間的推移，材料的韌性降低， 容易產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷， 嚴(yán)重時(shí)則出現(xiàn)蠕變破裂。 高溫容器遇到荷載變化大的情況，容易破壞另一類容器，產(chǎn)生蠕變疲勞破壞。

預(yù)防蠕變破裂首先需要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造壓力容器，選擇滿足高溫力學(xué)性能的材料，在操作過程中盡量避免長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行，控制器壁的溫度，在出現(xiàn)塑性變形的情況時(shí)及時(shí)處理，降低蠕變破裂發(fā)生的概率。

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