化工壓力容器的破裂形式與預(yù)防

龐志孝

摘 要：壓力容器是化工生產(chǎn)中的重要設(shè)備，金屬腐蝕也是化工生產(chǎn)中最容易出現(xiàn)的一種缺陷，壓力容器的破壞往往會(huì)釀成嚴(yán)重的安全事故，所以，確?；毫θ萜髟O(shè)備的安全在化工生產(chǎn)工作中至關(guān)重要，本文就針對(duì)化工生產(chǎn)中壓力容器的破裂形式進(jìn)行剖析，并提出一些預(yù)防壓力容器破壞的措施及建議。

關(guān)鍵詞：化工壓力容器；破裂形式；預(yù)防

化學(xué)容器在我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)、日常生活及科學(xué)研究方面都得到了廣泛的應(yīng)用。由于其經(jīng)常由于盛裝有毒、有腐蝕性的物質(zhì)，加之其工作環(huán)境通常比較惡劣，因此對(duì)其的強(qiáng)度和密封性有著極高的要求。而一旦因?yàn)橘|(zhì)量控制不好引發(fā)事故，則會(huì)造成重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)人民財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)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(xué)容器的破裂機(jī)理及其預(yù)防措施，對(duì)其的安全生產(chǎn)控制顯得尤為重要。

1化工壓力容器簡(jiǎn)介

化工壓力容器廣泛應(yīng)用與化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)，主要用于化學(xué)物質(zhì)的儲(chǔ)藏、反應(yīng)、運(yùn)輸、分離等。屬于一種密閉性設(shè)備，根據(jù)其承壓力可分為低、中、高以及超高壓幾種，根據(jù)所承載的化學(xué)物質(zhì)特性不同而選用不同壓力等級(jí)的容器；反應(yīng)化工壓力容器主要作為化工物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)或物理反應(yīng)的反應(yīng)器使用，而分離化工壓力容器則主要用于化工物質(zhì)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(zhì)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(yīng)力超過(guò)了其極限強(qiáng)度，使得容器發(fā)生破裂的現(xiàn)象稱為韌性破裂。由于容器承受的應(yīng)力過(guò)大，使得整個(gè)器壁發(fā)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(gè)變形呈現(xiàn)“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(xiàn)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(yīng)力方向成45度夾角，破壞時(shí)一般為一個(gè)整體，不產(chǎn)生碎片[1]。由于材料的破壞通常要經(jīng)歷幾個(gè)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(shí)發(fā)生的，因此當(dāng)容器由于選材不當(dāng)或是使容器一直處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以及施工安裝不符合規(guī)定以及維修不到位時(shí)都會(huì)導(dǎo)致韌性破壞的發(fā)生。

2.2脆性破壞

化工壓力容器器壁破壞時(shí)并沒(méi)有發(fā)生顯著的塑性變形，在所受的平均應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的極限強(qiáng)度時(shí)發(fā)生的破壞稱為脆性破壞。發(fā)生脆性破壞時(shí)容器的破壞特征正好與韌性破壞相反。材料通常在達(dá)到屈服狀態(tài)以前即發(fā)生破壞，斷口通常較為平直且有金屬光澤。通常發(fā)生在溫度較低的情況，由于其破壞時(shí)不發(fā)生明顯的塑性變形，破壞時(shí)無(wú)明顯征兆，給預(yù)防工作帶來(lái)很大的難度，通常破壞性極大。脆性破壞的發(fā)生往往是由于器壁材料的韌性太差，低溫時(shí)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(yīng)力過(guò)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(jiàn)的破壞形式。由于容器器壁的承壓部位長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)受應(yīng)力的重復(fù)作用，使得材料達(dá)到極限疲勞強(qiáng)度，在應(yīng)力集中部位產(chǎn)生微裂縫，隨著作用時(shí)間和次數(shù)的增加，微裂縫逐漸擴(kuò)大，最終產(chǎn)生較大的裂縫，發(fā)生疲勞破壞。疲勞破壞的產(chǎn)生總是需要一個(gè)較長(zhǎng)的演變過(guò)程，所受應(yīng)力低于材料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞，通常不發(fā)生明顯的塑性變形，通常發(fā)生在應(yīng)力集中區(qū)域，破壞時(shí)只產(chǎn)生裂紋。

2.4腐蝕破裂

大多數(shù)的化工壓力容器是用來(lái)盛裝腐蝕性物質(zhì)的。容器器壁在腐蝕性介質(zhì)的作用下，與材料發(fā)生反應(yīng)，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(fā)生破裂。同時(shí)容器一般用來(lái)盛裝物體，使其承受拉伸應(yīng)力，而在焊縫、開(kāi)口等部分通常產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力集中。而壓力容器的腐蝕破裂通常是由拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用。腐蝕介質(zhì)使器壁變薄使得產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)域，而拉伸應(yīng)力則會(huì)加速這種腐蝕破壞，最終導(dǎo)致容器發(fā)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(nèi)部或多或少都會(huì)殘留雜質(zhì)，因此在特定的組合下，器壁就會(huì)和腐蝕性介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而使容器結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。由于金屬材料的組成和成為、溶液的濃度及所處環(huán)境的溫度等因素都會(huì)對(duì)腐蝕破壞產(chǎn)生影響，使得其防護(hù)措施變得復(fù)雜多樣化。

2.5蠕變破壞

在應(yīng)力和高溫的共同作用下，使得金屬材料發(fā)生緩慢而持續(xù)的塑性變形現(xiàn)象稱為蠕變。當(dāng)容器承壓部件長(zhǎng)期在應(yīng)力和高溫的作用下，發(fā)生蠕變變形，使得器壁材料的厚度降低，嚴(yán)重時(shí)使得材料喪失機(jī)械性能，從而導(dǎo)致蠕變破裂的發(fā)生。蠕變破裂的產(chǎn)生主要是由于選材不當(dāng)，使得材料無(wú)法承受局部高溫環(huán)境，或是由于設(shè)計(jì)及養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，使得材料的抗蠕變能力下降，從而發(fā)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(yù)防措施

3.1韌性破裂預(yù)防措施

韌性破壞的產(chǎn)生主要是由于材料所受應(yīng)力過(guò)大，超過(guò)了容器的極限抗壓強(qiáng)度，因此在設(shè)計(jì)生產(chǎn)容器時(shí)，要確保所用材料具有足夠厚度和強(qiáng)度，以滿足實(shí)際工作需要[2]。同時(shí)嚴(yán)格按照容器的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行操作，避免容器超負(fù)荷運(yùn)行情況的發(fā)生，同時(shí)在應(yīng)注重日常養(yǎng)護(hù)維修工作，保證各監(jiān)測(cè)儀器的靈敏可靠度，使其真正發(fā)揮險(xiǎn)前預(yù)警作用，同時(shí)在發(fā)現(xiàn)容器有明顯塑性變形的情況下，應(yīng)立即停止使用容器。

3.2脆性破裂的預(yù)防措施

容器發(fā)生脆性破壞主要是由于材料的韌性太低造成的。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用韌性良好的材料設(shè)計(jì)容器。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行施工流程，盡量消除容器內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。在實(shí)際使用中要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)消除。

3.3疲勞破裂的預(yù)防措施

疲勞破裂的產(chǎn)生是由于長(zhǎng)期受到重復(fù)應(yīng)力的作用，使得應(yīng)力集中，在薄弱面產(chǎn)生裂縫引起的。因此在實(shí)際使用中應(yīng)避免不必要的加壓和卸載操作。同時(shí)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)要保證質(zhì)量，使其能夠發(fā)揮應(yīng)有的功能。

3.4腐蝕破裂預(yù)防措施

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

3.5蠕變破裂的預(yù)防措施

蠕變破裂通常是在高溫與應(yīng)力共同作用的結(jié)果。在設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合適的材料，設(shè)計(jì)合理受力結(jié)構(gòu)，滿足高溫與應(yīng)力作用的要求。同時(shí)在使用中應(yīng)盡量避免容器局部產(chǎn)生高溫。同時(shí)經(jīng)常養(yǎng)護(hù)維修，防止蠕變破裂事故的發(fā)生。

總之，化工壓力容器的破裂往往會(huì)造成重大的安全事故，并對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，研究其破裂形式，針對(duì)其破裂形式提出有效的預(yù)防措施，對(duì)于確?；瘜W(xué)容器設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)生活中的安全是至關(guān)重要的。因此，在化工壓力容器運(yùn)行時(shí)，要時(shí)刻監(jiān)測(cè)容器的運(yùn)行情況，注意容器的細(xì)微變化，從而采取相應(yīng)措施，及時(shí)防范化工事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建偉.化工壓力容器的破裂形式與預(yù)防[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2012，（8）：295

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