化工設(shè)備壓力容器破壞原因及預(yù)防分析

沈俊 陳偲 潘學(xué)明

摘要：壓力設(shè)備是化工生產(chǎn)中最為常用的設(shè)備，而壓力容器是否能夠正常使用直接關(guān)系到化工企業(yè)的正常運(yùn)行，甚至影響到周?chē)h(huán)境和相關(guān)工作人員的安全，所以對(duì)化工設(shè)備壓力容器進(jìn)行保養(yǎng)，防止其遭到破壞是十分必要的。化工壓力容器的破壞主要表現(xiàn)為韌性破裂、脆性破裂、疲勞破裂以及腐蝕破裂等，如何根據(jù)不同的破壞因素而制定出相應(yīng)的預(yù)防措施是本文的探討的主題。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備;壓力容器;破壞;預(yù)防措施

引言：壓力容器屬于化工設(shè)備中的特殊存在，通常應(yīng)用于環(huán)境惡劣的化工生產(chǎn)過(guò)程中，容易受到生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)物質(zhì)腐蝕等外界環(huán)境的干擾，極易發(fā)生破壞，加之化工生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用到的壓力容器有著多樣化的種類(lèi)，其用量也是不計(jì)其數(shù)。對(duì)此，需要化工企業(yè)做好定期的檢查養(yǎng)護(hù)工作，發(fā)現(xiàn)已損壞的壓力容器需及時(shí)更換，同時(shí)做好預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，確保工作中的壓力容器時(shí)刻保持安全狀態(tài)。

1化工壓力容器破壞的原因

1.1過(guò)度塑性變形

一旦化工壓力容器自身的壓力荷載超過(guò)已經(jīng)既定的數(shù)值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致化工設(shè)備的壓力容器壁漸漸變薄，甚至處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。容器也會(huì)由于其過(guò)度的塑形而成現(xiàn)形變，甚至導(dǎo)致容器直接破裂，如果過(guò)度塑形而產(chǎn)生的破裂，其斷口的狀態(tài)是一種撕裂的效果，而容器中也會(huì)伴隨著少量的碎塊，或者是不產(chǎn)生破片。與此同時(shí)，化工設(shè)備壓力容器爆破的能量，直接決定了容器爆破口的大小。

1.2脆性破裂

壓力容器制造材料的韌性無(wú)法滿(mǎn)足工作要求;在壓力容器的加工過(guò)程中，沒(méi)有對(duì)焊接接頭進(jìn)行妥善的處理，造成其存在一定程度的力學(xué)和物理性能方面的缺陷;在加工過(guò)程中沒(méi)有嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn)，其冷加工變形無(wú)法滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的要求;壓力容器自身存在一定的殘余應(yīng)力，在長(zhǎng)時(shí)間的工作過(guò)程中得以釋放。

1.3韌性破壞

金屬材料最容易發(fā)生的就是塑性變形，在該變形處產(chǎn)生較小的細(xì)孔，而細(xì)孔很容易被雜質(zhì)填充，在外力的作用下，細(xì)孔中的雜質(zhì)和基體界分離，形成裂紋，最終出現(xiàn)容器破裂。金屬容器出現(xiàn)塑性變形時(shí)發(fā)生破裂的前兆，并且緩解壓力、延遲破裂時(shí)間的形式，若在此過(guò)程中不及時(shí)的采取想用措施，隨著時(shí)間的推移壓力容器發(fā)生破裂的可能性就不斷增大。壓力容器出現(xiàn)韌性破裂的主要原因是由于容器的液化氣壓出現(xiàn)充裝過(guò)量，或者在容器的使用過(guò)程中超壓以及在維護(hù)過(guò)程中由于某些不正確的操作導(dǎo)致的容器壁變薄，使其的承受力降低，大大增加容器破裂的概率。

1.4化學(xué)物質(zhì)腐蝕

眾所周知，化工產(chǎn)品的原材料都帶有一定程度的腐蝕性，而長(zhǎng)期裝載有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的壓力容器就會(huì)不斷被腐蝕，使得器壁逐漸變薄。這時(shí)，如果繼續(xù)使用該容器承受過(guò)大壓力，就極易出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。但現(xiàn)研發(fā)出的高質(zhì)量壓力容器可以很好地克服腐蝕問(wèn)題，因此要想預(yù)防化學(xué)物質(zhì)腐蝕造成的容器破壞，就必須提高容器的材料質(zhì)量與制作品質(zhì)。

1.5蠕變

金屬容器容易受到應(yīng)力與外部溫度的影響而出現(xiàn)變化，這類(lèi)持續(xù)性的變化經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間累計(jì)就容易產(chǎn)生器壁的破損。這樣的情況被稱(chēng)為蠕變，它與塑性變形不同。在蠕變中，溫度是重要的影響因素，高溫會(huì)使得金屬材料失去剛性，再加上生產(chǎn)中產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力，就會(huì)使得壓力容器的性能與質(zhì)量逐漸減弱，最終出現(xiàn)損壞。

2壓力容器破壞預(yù)防措施

2.1脆性破裂的預(yù)防

首先，對(duì)于壓力容器的構(gòu)成材料，要充分結(jié)合壓力容器的工作要求，優(yōu)選韌性較高的金屬材料，并且還要采取可靠地控制措施避免焊縫應(yīng)力過(guò)于集中，同時(shí)，還要進(jìn)一步消除殘留在金屬壓力容器上的殘余應(yīng)力;其次，要嚴(yán)格按照壓力容器的使用規(guī)范進(jìn)行各項(xiàng)操作，在其工作過(guò)程中要對(duì)壓力容器的溫度和壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)其超過(guò)壓力容器的規(guī)定值時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整工作條件，為壓力容器創(chuàng)造良好的工作條件。[1]

2.2韌性破壞的預(yù)防措施

要想預(yù)防壓力容器出現(xiàn)的韌性破裂首先要做的就是要正確的設(shè)計(jì)壓力容器，并且相關(guān)人員進(jìn)行操作時(shí)一定要嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)章制度進(jìn)行，在容器的外部設(shè)置一個(gè)超壓泄放的裝置，該裝置在容器的壓力超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)自動(dòng)幫助容器泄壓，保證容器的安全運(yùn)行。另外在對(duì)其進(jìn)行維護(hù)時(shí)，工作人員也要注意選擇適當(dāng)?shù)姆绞剑M量不出現(xiàn)失誤，保證容器的維護(hù)工作順利完成。最后就是要加強(qiáng)對(duì)容器的檢查，工作人員要時(shí)刻注意容器的變化，觀察其是否有出現(xiàn)破裂的前兆，如若發(fā)現(xiàn)上述前兆，就要立即對(duì)壓力容器采取預(yù)防措施，防止容器破裂。

2.3預(yù)防腐蝕性破壞

化工企業(yè)在壓力容器的投入使用前，建議在器壁內(nèi)安裝阻隔材料，避免容器壁直接接觸有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)。使用完畢后及時(shí)清理，做好工業(yè)設(shè)備壓力容器的檢查養(yǎng)護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與替換處理出現(xiàn)裂縫的壓力容器。從防腐作業(yè)入手分析，可有效解決工業(yè)設(shè)備壓力容器的表面腐蝕現(xiàn)象，表面防腐以表面噴砂和表面噴劑的兩種方案為主，在表面防腐作業(yè)前，需利用噴砂機(jī)去除表面鋼材上的銹跡與氧化物等預(yù)處理操作，確保表面干凈清潔無(wú)異物后，再合理調(diào)配防腐劑，嚴(yán)格控制調(diào)配的比例。防腐作業(yè)步驟與方法，需嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2.4預(yù)防蠕變破裂的方法

首先要做的就是按照國(guó)家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行容器的制造，盡量選擇滿(mǎn)足高溫力學(xué)性能相關(guān)的材料，且在容器的使用過(guò)程中不能讓其長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下運(yùn)行，控制好容器壁的溫度，一旦容器出現(xiàn)塑性變形的痕跡，就要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理，防止容器破裂發(fā)展為蠕變破裂，最后就是要加強(qiáng)工作人員的檢查力度，時(shí)刻觀察容器的情況，一旦有出現(xiàn)破裂的痕跡，就要立即采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

3壓力容器破壞的質(zhì)量控制

3.1控制焊接質(zhì)量

首先，從焊接材料的質(zhì)量控制入手分析。焊接材料的管理控制環(huán)節(jié)較多，涉及采購(gòu)與驗(yàn)收和復(fù)驗(yàn)及烘干與發(fā)放等控制點(diǎn)。嚴(yán)格按照壓力容器材料的規(guī)定選用焊接材料，要求焊接材料的質(zhì)量符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。其次，從焊接工藝控制入手分析。要求焊工具備焊工合格證件，能夠得心應(yīng)手的展開(kāi)焊接工作。嚴(yán)格按照焊接工藝書(shū)或焊接工藝卡施焊。壓力容器施焊前，合理編制焊接工藝方案，方案內(nèi)容涉及坡口形式與焊接方法選定、焊接材料、無(wú)損檢測(cè)等內(nèi)容。要想確保工藝的貫徹執(zhí)行與焊縫的質(zhì)量，要求責(zé)任工程師加強(qiáng)對(duì)工藝規(guī)程執(zhí)行情況的監(jiān)督，嚴(yán)格控制焊接順序和焊前預(yù)熱及焊材選擇等細(xì)節(jié)問(wèn)題。

3.2合理選擇材料

一方面，力學(xué)性能要求。V型缺口試樣的沖擊功規(guī)定值應(yīng)該達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并且材料斷裂伸長(zhǎng)率應(yīng)該超過(guò)鋼板標(biāo)準(zhǔn)較高值。另一方面，通用要求。設(shè)計(jì)運(yùn)用的材料應(yīng)該與國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相符，具備清晰壓力容器質(zhì)量與規(guī)格標(biāo)志，還應(yīng)該有相應(yīng)的質(zhì)量證明書(shū);專(zhuān)用鋼帶制造單位必須具備特種設(shè)備制造的許可證書(shū)：使用要求與《規(guī)程》要求相符：材料質(zhì)量證明書(shū)內(nèi)容必須清晰、完整，并具備相應(yīng)的質(zhì)檢章。此外，若用戶(hù)提出了壓力容器變薄新要求，那么設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重新分析容器受力情況，并獲得最大減薄程度;若用戶(hù)要求壓力容器變厚，那么設(shè)計(jì)人員則要對(duì)各方向拉應(yīng)力進(jìn)行考慮，避免出現(xiàn)脆性干裂問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)：壓力容器在正常的使用過(guò)程中也容易產(chǎn)生破損情況，這是屬于可控范圍內(nèi)的。但如果化工企業(yè)相關(guān)人員對(duì)壓力容器的破損不予以重視，就可能引發(fā)更為嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，不僅會(huì)對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益與品牌形象造成影響，還有可能威脅工人的生命安全。為規(guī)避上述現(xiàn)象，必須做好壓力容器的檢查與預(yù)防工作。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉光.淺析化工設(shè)備壓力容器破壞原因及預(yù)防措施[J].節(jié)能，2019，38（7）：146-147.