压力容器缺陷与破坏形式(2).ppt

第三章压力容器缺陷与破坏形式,压力容器常见的缺陷压力容器破裂形式分析,主要内容,压力容器的常见缺陷,3.1压力容器制造过程中产生的缺陷,3.2压力容器使用过程中产生的缺陷,3.2压力容器使用过程中产生的缺陷,一、腐蚀腐蚀是压力容器在使用过程中最容易产生的一种缺陷。从产生部位来说，可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀。从腐蚀机理来说，腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。由于金属与所接触的气体或液体介质发生化学反应所造成的腐蚀，即化学腐蚀。金属与电解质相互作用使金属阳极部位溶解损伤的现象，叫电化学腐蚀，即伴有微电流现象的化学腐蚀。压力容器运行中经常产生的腐蚀有腐蚀性介质引起均匀和局部腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀、氢脆腐蚀等。,二、裂纹裂纹常常是导致压力容器爆炸或爆破，造成极其严重后果的一种危险性缺陷。压力容器承压部件的裂纹，按其产生原因可以分为原材料裂纹、焊接裂纹、过载裂纹、疲劳裂纹、热应力裂纹、热疲劳裂纹、蠕变裂纹、腐蚀裂纹等。不同裂纹产生的部位不同,并具有不同的形貌。,3.3压力容器破裂形式分析,应力分析是压力容器安全问题的基础。,“失效”是指压力容器的承压部件由于承受过高的载荷，包括压力、温度或其他附加载荷，而丧失设计的正常工作能力。,3.3压力容器破裂形式分析,破裂机理,预防措施,产生原因,主要特征,分析思路,按金属材料破裂的现象,韧性破裂,脆性破裂,按破裂面对外力的取向,正断,切断,按裂纹发展和扩张途径,穿晶破裂,晶间破裂,破裂形式分类,疲劳破裂,腐蚀破裂,蠕变破裂,3.3压力容器破裂形式分析,一、韧性破裂,韧性破裂是压力容器在内部压力作用下，器壁上产生的应力达到器壁材料的强度极限，从而发生断裂破坏的一种形式。,1.韧性破裂的机理,一、韧性破裂,弹性变形阶段,弹塑性变形阶段,断裂阶段,2.韧性破裂的特征,一、韧性破裂,破裂容器器壁有明显的伸长变形,断口呈暗灰色纤维状,容器一般不是碎裂,容器实际爆破压力接近计算爆破压力,一、韧性破裂,一、韧性破裂,3.韧性破裂的原因,一、韧性破裂,液化气体容器充装过量,容器在使用中超压,容器维护不良以致器壁减薄,4.韧性破裂的预防,设计时选用足够强度和厚度的材料,按核定工艺参数运行，安全附件齐全,防止超温、超压、超负荷运行,加强维护保养，防止发生腐蚀,二、脆性破裂,脆性破裂指压力容器在破裂时没有显著的塑性变形，破裂时器壁的压力也远远小于材料的强度极限，有的甚至还低于材料的屈服极限。,1.脆性破裂的机理,二、脆性破裂,开裂阶段,裂纹扩展阶段,发生低应力脆性破裂的必须条件有：,容器本身存在缺陷或几何形状发生变化；,存在一定的水平应力；,材料韧性较差。,脆性断裂总是由宏观裂纹的扩展引起的。,2.脆性破裂的特征,二、脆性破裂,破裂容器器壁没有明显的伸长变形,裂口齐平、断口呈金属光泽的结晶状,容器常破裂成碎块,破裂事故多数在温度较低的情况下发生,二、脆性破裂,3.脆性破裂的原因,二、脆性破裂,温度,因为钢在低温下或在某一特定温度范围内其冲击韧性将急剧下降。,裂纹性缺陷,压力容器受压元件一旦产生裂纹，其尖端前缘产生很高的应力峰值，且应力状态也发生变化。,4.脆性破裂的预防,二、脆性破裂,减少部件结构及焊缝的应力集中,部件材料在使用条件下要具有较好的韧性,消除残余应力,加强对部件缺陷的检验,两种破裂形式对比,表4-1两种形式破裂特征对比,三、疲劳破裂,疲劳破裂指压力容器在反复加压和卸压过程中受到交变载荷的长期作用，没有经过明显的塑性变形而导致容器断裂的一种破裂形式。,1.疲劳破裂的机理,三、疲劳破裂,1.疲劳破裂的机理,三、疲劳破裂,疲劳裂纹核心的产生,疲劳裂纹的扩展,金属疲劳断口,疲劳裂纹产生与扩展区，象贝壳一样的同心弧线花纹,最后断裂区，与静载荷下带有尖锐缺口的构件断口相似,金属疲劳断裂的过程,表面、晶界及非金属夹杂物处滑移,同一疲劳断口，一般都有明显的光滑区域和颗粒状区域。,疲劳失效特征,1.疲劳破裂的机理,三、疲劳破裂,低应力高周疲劳,高应力低周疲劳,循环周次在105以上，外载超过材料的弹性应力极限值,应力水平较高，交变周次在102105,2.疲劳破裂的特征,三、疲劳破裂,容器没有明显的变形,破裂断口存在两个区域,容器常因开裂泄漏而失效,破裂总是在容器经过反复的加压和卸压以后发生,3.疲劳破裂的原因,三、疲劳破裂,内部因素,例如，容器的接管、开孔、转角以及其他几何形状不连接处，在焊缝附近以及钢板原有缺陷的应力集中,外部因素,间歇式操作的容器，器内压力、温度波动较大，振动；外界的风、雪、雨、地震造成的周期性外载荷,局部高应力区,反复交变载荷,4.疲劳破裂的预防,制造质量应符合要求，避免先天性缺陷,安装中要防止外来载荷源的影响,正确操作，减少升压、降压的次数，防止压力温度波动过大,制造前做疲劳设计,三、疲劳破裂,四、腐蚀破裂,腐蚀破裂指压力容器在腐蚀性介质作用下，引起容器壁由厚变薄或材料组织结构改变、力学性能降低，使压力容器承载能力不够而发生的破坏形式。,按腐蚀破坏形态分,均匀腐蚀,局部腐蚀（孔蚀）,按腐蚀机理分,化学腐蚀,电化学腐蚀,按腐蚀环境分,介质腐蚀,海水腐蚀,腐蚀破裂分类,晶间腐蚀,应力腐蚀,氢损伤,土壤腐蚀,1.腐蚀破裂的机理,化学腐蚀,电化学腐蚀,容器金属与周围介质直接发生化学反应而引起的金属腐蚀。高温氧化、高温硫化、钢的渗碳与脱碳、氢腐蚀等。,容器金属在电解质中，由电化学引起的腐蚀称为电化学腐蚀。既有电子得失，又有电流形成。,四、腐蚀破裂,应力腐蚀断裂在拉应力和特定的腐蚀环境共同作用下,所导致的脆性断裂称为金属的应力腐蚀断裂。应力腐蚀断裂的特点：1)应力腐蚀断裂属脆性断裂,即使是延性材料,也是脆性形式的断裂。2)应力腐蚀是一种局部腐蚀,裂纹常被腐蚀产物所覆盖,发生应力腐蚀断裂时,常常是事先没有明显预兆而突然发生,危害极大。,2按腐蚀破坏形态分,均匀腐蚀,局部腐蚀（孔蚀）,晶间腐蚀,应力腐蚀,氢损伤,2.腐蚀破裂的原因,二、脆性破裂,压力容器维护保养不当,结构不合理，或焊接不符合规范要求,四、腐蚀破裂,选材不当或未采取有效防腐措施,介质中杂质的影响,3.腐蚀破裂的预防,二、脆性破裂,选用合适的防腐蚀材料,使容器壳体与腐蚀性介质隔离,消除能引起应力腐蚀的因素,使用中采取适当的工艺措施降低腐蚀速度,四、腐蚀破裂,五、压力冲击破裂,压力冲击破裂是指容器内由于各种原因而急剧升高，使壳体受到压力的突然冲击而造成的破裂爆炸。,1.破裂的类型与机理,五、压力冲击破裂,可燃气体与助燃气体反应爆炸,聚合釜的“爆聚”,压力容器内的反应失控,液化气体的“爆沸”,在容器上误装爆破片，因器内压力升高，爆破片断裂；容器壳体局部开裂；两种沸点液化气体混装,阀门零件泄漏；操作失误；两种气瓶混装。,催化剂使用不当；冷却装置失效。,计量错误或器具失灵；原料不纯；搅拌或冷却装置失效。,2.冲击破裂的特征,壳体破裂,壳体内壁附有化学反应产物或痕迹,断裂时常伴有高温产生,断口形貌类似脆性断裂,五、压力冲击破裂,容器释放的能量较大,3.冲击破裂的预防,完善规程和管理制度,加强现场的管理和作业人员的培训,五、压力冲击破裂,生产工艺设计、操作规程的管理制度；检修检测规程和管理制度；仪器仪表安全附件保养规程,六、蠕变破裂,蠕变破裂指压力容器的壁温高于某一限度时，即使应力低于屈服极限，容器材料也会发生缓慢的塑性变形，这种塑性变形经长期积累，最终会导致压力容器的破坏。,1.蠕变破裂的机理,六、蠕变破裂,金属材料,高温,金相组织发生变化,晶粒长大、珠光体、球化、析出石墨、晶间开裂或疏松微孔,韧性下降,2.蠕变破裂的特征,一般有明显的塑性变形,断口为粗糙的颗粒状，无金属光泽,六、蠕变破裂,高温脆性断裂，断口呈脆性形貌,3.蠕变破裂的原因,选材不当,操作不正常、维护不当，致使容器局部过热,六、蠕变破裂,结构不合理,4.蠕变破裂的预防,合理选材,容器结构合理，制造质量符合标准,在使用中防止容器局部过热,六、蠕变破裂,1、焊接接头组成包括哪几个部分？2、压