[压力容器的失效和控制] 压力容器考试题2017年
时间：2020-03-06 07:41:30 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】压力容器的广泛使用和事故的多发以及事故发生的严重性，促使我们不断的寻求压力容器事故的根源和针对这些根源而采取的预防措施。 【关键词】压力容器;疲劳缺陷;腐蚀;氢损;失效;预防
2000年3月27日上午,某某市某磷肥厂一台400m3氮气球罐因检修需要,在降压放空排气时 (当时罐内压力为1.9MPa),其顶部的放空管与人孔盖封头的连接处突然断裂,断开后的放空管从两个操作人员之间飞过坠入地面,幸无人伤亡,但造成氮气供应长时间中断,严重影响了该厂化肥的正常生产。
2001年10月26日14时56分，某饲料厂蒸罐车间发生压力容器(蒸罐)爆炸事故，造成3人死亡，直接经济损失约15万元。
2004年5月12日12时31分，某公司发生一起浸出槽（压力容器）爆炸重大事故，造成1人死亡，1人受伤，直接经济损失455.5万元，间接经济损失1800.8万元。
2006年7月19日22时30分左右，某建材公司生产车间发生一起压力容器重大安全事故，造成4人死亡，5人受伤。
随着生产力的提高，压力容器越来越多的接近我们的生产和生活，而压力容器的事故却也一直居高不下，并且这些事故往往是让人触目惊心的。
历年来事故调查的结果表明，压力容器事故原因有超压，超温，容器局部损坏、安全装置失灵等，绝大多数是人为操作不当或失误引起的，压力容器本身质量问题引起的事故比例很小，但是为了保护国家公民的人身安全和国家财产的不必要损失，我们更应该缩小这个比例，避免和预防压力容器事故的发生。
压力容器因自身质量问题引发的事故，我们这里称这个自身质量问题为失效，压力容器的失效主要表现为裂纹的扩展，最后导致断裂破坏。主要形式有疲劳断裂、腐蚀破坏（应力腐蚀、点蚀、硫腐蚀等）、氢损伤开裂等。
（1）金属疲劳的研究至今也有近150年的历史了，国内外投入人力物力不余遗力的研究这方面的工作，可见疲劳问题的重要性和复杂性。疲劳失效有疲劳断裂、低周疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳等，最主要的是疲劳断裂。金属都有自身的疲劳载荷和疲劳抗力，在没有达到疲劳极限（金属材料经受无限多次应力循环而不发生断裂的交变应力就是疲劳极限）的时候，材料金属都是可以正常使用的。不同的材料和不同的应力状态有着不同的疲劳极限，比如弯曲疲劳极限、拉压疲劳极限、扭转疲劳极限。对于各种不同状态的疲劳极限，可以按照理论计算得出相应的数据，也可以提早的进行预防和更正，但是有些因素可以是疲劳极限显著的降低，那就是应力集中。而从宏观和微观的疲劳断口特征可以看出，引起疲劳的最终原因也是应力集中。金属的疲劳断裂本身就是一个裂纹萌生和断裂扩展的渐进过程，在没有应力集中的状态下，疲劳裂纹的起始萌生通常集中在金属的表面、晶界、孪界、非金属夹杂和第二相质点等处，往往表面形成挤入和挤出的沟脊现象，这样显然产生了应力集中，然后在变交应力的作用下逐渐萌生疲劳裂纹，产生的疲劳裂纹核心不断扩展并相互连接，便形成了宏观裂纹源点，最终形成裂纹缺陷的失效。而金属材料表面本身的质量缺陷或者金属焊接过程中形成的一些应力集中现象，如果不及时、准确的处理，疲劳源点过早的出现，直接导致疲劳裂纹的过早出现和产品、设备的过早失效及寿命缩短。而低周疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳一定意义上是在特殊过程中产生的疲劳破坏导致疲劳极限的降低而导致产品设备的失效。
（2）腐蚀破坏有钢材腐蚀和应力腐蚀，钢材腐蚀按照外部几何特征可分为全面腐蚀（均匀腐蚀）、局部腐蚀和集中腐蚀（选择性腐蚀），按腐蚀的理化机制又可分为物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀，晶间腐蚀是常见的选择性腐蚀，特指晶粒边界处比晶粒本体腐蚀更快的不均匀腐蚀，是危害性非常大的局部腐蚀，在宏观上没有明显的变化，而且不易察觉。应力腐蚀是指材料在拉应力和腐蚀共同作用下发生的破断失效，应力腐蚀由于事先没有宏观表征，不易发现，而在压力容器的失效中又占有相当大的份额，而且危害性很大，所以需要引起重视。应力腐蚀的破断机理十分复杂，只能概要的介绍一下，金属在应力的作用下产生滑移，是表面的钝化膜破裂，在腐蚀介质的作用下，促成某些元素和杂质在滑移带内聚集，产生阳极极化，重新形成钝化膜，由于应力集中又使新的钝化膜破裂，如此反复作用，使应力腐蚀破裂持续不断的发生，直至最后突然瞬断。应力腐蚀的危害性虽然极大，但是它形成的条件也很复杂，应力腐蚀只能出现在拉应力部位，并非是设计应力，往往是外加的载荷或者是工艺过程中的残余应力，而且还要在腐蚀的环境下；同时介质的匹配也是构成应力腐蚀的必要条件，比如普通钢在氢氧化物溶液、含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液等，奥氏体不锈钢在酸性和中性的氯化物溶液、氟化氢等条件下，值得指出的是真正决定应力腐蚀的，是裂纹尖端的极小区域的介质。
（3）氢致损伤是指与氢的行为有关的金属损伤，金属从冶炼，经铸造、轧制、锻造、热处理、机加工、焊接等过程直到使用过程，都有可能进入氢。由于氢在金属中的复杂行为和脆性破坏，长期以来导致了很多灾难性破坏事故。氢损伤的种类有氢脆、氢腐蚀、发纹和白点，氢脆具有可逆性，是可以消氢处理后恢复韧性的，但是氢腐蚀和发纹和白点却属于不可逆氢脆，当这时发生氢脆出现了微裂纹等缺陷，材料的塑性和韧性是无法回复的。由于腐蚀、电镀、热加工等因素使钢中含氢量在0.1-10ppm时，受到慢速应变时出现的脆化、开裂就是氢脆，氢脆发生的温度范围是-100～100°C，在碳钢和低合金中也会出现氢脆的现象，尤其是高强钢；氢腐蚀也称氢反应脆化，是指具备很高活性的氢与钢中的碳发生反应生成氢化物，有强烈的腐蚀作用，一方面引起脱碳，一方面使钢脆化，并在钢板的表面形成鼓泡，其发生温度在205～595°C；发纹和白点通常发生在大型钢锻件中，在热工艺过程中融入钢中的氢，由于冷却速度快而来不及逸出，聚集在缩孔和微缩孔等缺陷处，过量的氢和锻件中的内应力共同作用导致内部微裂纹出现，就是发纹和白点。
综上为压力容器失效事故原因的一些理论研究和说明，针对疲劳开裂、腐蚀破坏和氢损伤对压力容器使用安全的重要性，笔者简要的作以下的预防措施：
（1）在设计上，应采用合理的结构，使用合理的材料和工艺，尽量避免应力集中的出现和弥补不可避免的缺陷出现后的纠正预防措施。
（2）制造，修理、安装、改造时，加强材料管理，避免采用有缺陷的材料或用错钢材、焊接材料，同时要加强材料现场管理，保证按标准堆放材料，做到黑白分开，防止不锈钢材料在存放和制作过程中的铁离子污染；加强焊接管理，规范焊工按照焊接工艺要求施焊，提高焊接质量并按规范要求对焊接缺陷进行处理。
（3）加强使用管理，避免操作失误，对重要、关键的设备进行动态监控，避免超温、超压、超负荷运行、失检、失修、安全装置失灵等，同时加强对操作员工的培训和管理。
（4）加强检验工作，包括对生产设备的定期检验，原材料和外购外协件的进厂入库检验，产品制作过程的检验，压力容器压力试验的检验和设备使用过程中的定期监测和检验，及时发现缺陷并采取有效措施。
结论：随着科技的进步，压力容器在生活和生产中的广泛使用，鉴于压力容器设备具备危险性的特点和经济、社会生活中的特殊的重要性，寻求压力容器的事故源和保证压力容器质量安全始终是刻不容缓的一个重要课题，在认识本篇所提及的压力容器的失效原因和潜在因素，在增强质量意识的前提下，我们必须把压力容器生产过程中所涉及的质量考核以及一般容易忽视的外观质量放在重点提高，避免这些应力集中源的产生和潜在的隐患。从而保证人民生命财产的安全，促进经济发展。
【参考文献】
［１］金相检验.中国机械出版社.2001.
［２］事故案例.安全管理网.
［３］GB150-1998.钢制压力容器.中国标准出版社出版.2006.
［４］固定式压力容器安全技术监察规程.新华出版社出版.2010.
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