气瓶破裂形式

1、过程设备安全工程 第三章 破裂形式 主讲教师：吴俊飞 压力容器的破裂形式 破裂形式 延 性 破 裂 脆 性 破 裂 腐 蚀 破 裂 压 力 冲 击 破 裂 蠕 变 破 裂 疲 劳 破 裂 第一节 延性破裂 概念 压力容器在内部压力作用下，器壁 上产生的应力达到材料的强度极限，从 而发生断裂破坏的一种形式。这种形式 的破坏属于韧性断裂,因此,也称韧性破 坏。 一、机理 压力较小时，容器器壁的当量应力也较小，器壁 产生弹性变形，容器的容积与压力成正比增加，二者 保持线性关系。如果卸除载荷，即把容器内的压力降 下，其容积即恢复原来的大小，基本上不产生容积残 余变形。 破坏 过程 弹性变形阶段 弹塑性

2、变形阶段断裂阶段 小 应力 大 当压力升高至使容器器壁的当量应力超过材料 的弹性极限时，容器容积变形不再与压力成正比关 系，且在压力载荷卸除之后，容器不能完全恢复原 来的形状而保留小量残余变形。 当压力升高至使器壁上的当量应力达到材料的 屈服点时，由于器壁产生明显的塑性变形，容器容 积将迅速增大，在压力不再增高甚至下降的情况下， 容积变形仍在继续增加。这种现象与材料在拉伸时 的屈服现象是相同的，即容器进入全面屈服状态。 如果承压设备在全面屈服后承受的压力继续增 加，容积变形也将继续增加，至承压设备壁上的当 量应力达到材料的抗拉强度时，承压设备即发生韧 性断裂。 二、特征 特征一 承压部件在延性

3、破裂前产生大量容积变形有利于防止某些锅炉、容器或管道的 断裂。例如，充装过量的液化气体气瓶会因温度升高而使介质压力剧增，此时气瓶 的大量变形可有效缓解瓶内压力的增高，有时还会避免气瓶的破裂。对于一些瓶壁 严重减薄的气瓶或其它容器，有时会在充气或水压试验中，因压力表突然停止不动 而使试验操作者意识到屈服及破裂的危险。如果在压力超过屈服压力之后卸压，容 器会留下较大的容积残余变形，有时用肉眼或直尺检查即可发现。圆筒形容器的变 形总是呈现为中部直径增大的腰鼓形，因而发生屈服变形的容器是不难发现的。 器壁有明显的塑性变形。因环向应力比轴向应力 大一倍，所以明显的塑性变形主要表现在容器直径增 大、容积增

4、大、壁厚减薄，而轴向增长较小产生“腰 鼓形”变形。从许多爆破试验和爆炸事故的承压设备 上所测得的数据表明，韧性断裂的承压设备，最大圆 周伸长率常达10以上，容积增大率也往往高于10， 有的甚至达20到30。 有 利 于 特征二 延性破裂的断口为切断撕裂，一般呈暗灰色纤维状， 断口不平齐，形成锯齿形的纤维状断口，断裂的宏观 表面平行于最大剪应力方向而与最大主应力成45。 韧性断裂的容器，一般不破碎成块或者碎片，而 是只裂开一个裂口。壁厚比较均匀的圆筒形容器，常 常是在中部沿轴向裂开，裂口的大小与容器破裂时释 放的能量有关，释放的能量越大，裂口越大。 特征三 特征四 延性破裂时的爆破压力接近理论爆

5、破压力，属于超 压或超载破坏。其实际爆破压力往往与计算爆破压力 相接近，远远超过了承压设备的许用压力及正常工作 压力，属于超压或超载破坏（设备壁因腐蚀或磨损减 薄时例外）。 延性破裂时，容器器壁的应力值一般达到 或接近材料的强度极限。 三、原因 承压设备承压部件的大量塑性变形和韧性断裂，只有在部件整个截面 上的材料都处于屈服状态后才会发生，而这种情况在正确设计制造及合理 使用的设备中一般是不会出现的，因而韧性断裂事故也是完全可以避免的。 但实际使用中承压设备的韧性断裂事故并不少见，这类断裂常发生于以下 情况： 原因一：液化气体容器充装过量。 对盛装液化气体介质的容器，应按规定的充装系数充装，即

6、留有一 定的气相空间，这是因为液化气体随环境温度的增高，其饱和蒸汽压显 著增大。如液氯钢瓶充装满液后，当温度每升高1度，瓶内压力增加将超 过1MPa。随温度继续升高，瓶内压力不断增大，器壁上的应力也不断增 大，当达到强度极限时即发生断裂。 造成充装过量主要是由于操作疏忽、计量错误或其它原因，在运输 或使用过程中，容器内介质温度因环境温度影响或太阳曝晒而升高，介 质体积膨胀满液后使器内压力急剧上升，最终导致容器韧性断裂。 原因二：使用中的压力容器超温超压运行。 原因三：容器壳体选材不当或容器安装不符合安全要求。 原因四：维护保养不当。 由于违反操作规程、操作失误或其它原因，造成设备内压力升高并超

7、过其许 用压力，而设备又没有装设安全泄压装置或安全泄压装置失灵，或因投料不当， 造成反应速度过快，引起温度压力急剧升高，最终造成韧性断裂。 若压力容器壳体材料选用的强度较低，或压力容器安装错误（如几台工作压 力不同的容器共用一个压力源），压力来源处的压力高于压力容器的设计压力或 最高工作压力，而又无可靠的减压装置，则可能导致破坏。 因维护保养不当，压力容器器壁发生大面积腐蚀，壁厚减薄，在正常工作压 力下器壁一次薄膜应力超过材料的屈服极限，造成受压部件整体屈服而发生破裂。 四、事故预防 措施一：在设计制造压力容器时，要选用有足够强度和厚度的材料， 以保证压力容器在规定的工作压力下安全使用。 措施

8、二：压力容器应按照核定的工艺参数运行，安全附件应安装齐全、 正确，并保证灵敏可靠。 措施三：使用中加强巡回检查，严格按照工艺参数进行操作，严禁压 力容器超温、超压、超负荷运行，防止过量充装。 措施四：加强维护保养工作，采取有效措施防止腐蚀性介质及大气对 压力容器的腐蚀。若发现压力容器器壁被严重腐蚀以致变薄，或运行 中器壁产生明显塑性变形时，应立即停止使用。 第二节 脆性破裂 概念 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， 这种破坏与脆性材料的破裂很相似，故称为 脆性破裂。由于这种破坏是在较低的应力状 态下发生的，所以又称

9、为低应力破坏。 一、机理 机理一：钢在低温下其冲击韧性显著降低，表明温度低时钢对缺口的 敏感性增大，这种现象称为钢的冷脆性。钢由韧性状态转变为低温脆 性状态极易产生断裂，这种现象称为低温脆性断裂。 机理二：低碳钢在300左右会出现一个强度升高、塑性降低的区域， 这种现象称为材料的蓝脆性。若在压力容器制造和使用时，正好在蓝 脆温度范围内经受变形应力，就有可能产生蓝脆，导致断裂事故。 机理三：某些钢材长期停留在400-500 温度范围内以后冷却至室温， 其冲击值有明显下降，这种现象称为钢的热脆性。此时压力容器经受 变形应力，也有可能导致脆性断裂。 尽管压力容器材料一般具有较好的塑性和韧性，但由于钢

10、材在不同的使用 条件下有各种产生脆性及脆化的可能，所以脆性断裂是承压设备一种常见的破坏 形式。特别是高参数、厚截面的大型容器，通常采用低合金高强钢制造，在高压、 低温、三向应力状态、缺口、残余应力等因素的影响下，脆性断裂成为其主要的 失效形式之一。 二、特征 特征一 压力容器发生脆性破坏时无明显外观变化和外观预兆， 破坏后的容器器壁无明显的伸长变形，壁厚一般也无减 薄，因此脆性断裂后的容器没有明显的残余变形。许多 在水压试验时脆性断裂的承压设备，其试验压力与容积 增量的关系在断裂前基本上还是线性关系，即处于弹性 变形状态。有些脆裂成块的承压设备，将碎块拼组起来 基本上还是原承压设备的形状。 特

11、征二 脆性破坏的断口平齐，呈金属光泽的结晶状，并 与最大主应力方向垂直。容器纵向脆断时裂口与器壁 表面垂直，环向脆断时裂口与容器中心线相垂直。脆 断往往是晶界断裂，所以断口呈闪烁金属光泽的结晶 状。在设备壁很厚的脆性断口上，还常有人字形放射 花纹，其尖端指向裂纹源，始裂点往往是缺陷处或形 状突变处。 特征三 特征四 常破裂成碎块。由于承压设备脆性断裂时材料韧性 较差，脆性断裂的过程又是裂纹迅速扩展的过程，破坏 往往在一瞬间发生，设备内的压力和能量无法通过一个 裂口释放，因此脆性断裂的设备常裂成碎块，且常有碎 片飞出，造成的后果常比韧性断裂严重得多。 脆性破坏断裂速度极快，材料内部的微裂纹很快扩

12、 展达到临界长度，几乎不经历裂纹亚稳扩展阶段就进入 裂纹失稳扩展阶段，裂纹扩展阻力小，扩展速度很快， 最大可达声音在该材料中的传播速度，可高达1800m/s。 特征五 厚壁容器和较低温度的容器最易发生脆性破坏， 且断裂时的名义应力较低，往往低于钢材的屈服极 限。这类断裂可在正常操作压力或水压试验压力下 发生。 三、原因 原因一：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。 原因二：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，变为三向拉伸应力。在这个区 域，实际的应力要比按常规方式计算的数值高得多，材料的实际 强度比无裂纹

13、的理想材料的强度低得多。所以即使材料具有较高 的冲击韧性，但当裂纹缺陷的尺寸达到一定值时，仍可能发生脆 性断裂。 四、事故预防 措施一：提高容器制造质量特别是焊接质量，是防止容器脆性破坏的重 要措施。 因为容器结构尺寸的突变、不连续以及焊缝中裂纹性缺陷的存在， 会造成容器局部区域应力集中，易形成脆性断裂源。 措施二：容器材料在使用条件下，应有较好的韧性。 材料韧性差是造成脆性破坏的另一个主要因素。因此在选择材料 时应选择在使用温度下仍能保持较好韧性的材料。由于材料的断裂韧 性不仅与其化学成分有关，而且还与其金相组织有关。因此制造过程 中的焊接及热处理工艺必须合理；使用过程中也应防止容器材料韧性

14、 的降低。如防止使用温度低于设计温度；开停车时避免压力的急剧变 化，防止材料断裂韧性因加载速度过快而降低。 措施三：加强压力容器的维护保养和定期检验工作，及时消除检验中 发现的裂纹性缺陷，确保容器安全运行。 第三节 疲劳破裂 概念 指压力容器器壁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 容器断裂的一种破坏形式。疲劳破裂是突然发生的， 因此具有很大的危险性。 疲劳断裂是承压设备承压部件较为常见的一种断裂方式。据英国统 计，在运行期间发生破坏事故的容器，有89.4是由裂纹引起的；而在 由裂纹引起的事故中，疲劳裂纹占39.8。国外还有资料估计，压力容 器运行中的破

15、坏事故有75以上是由疲劳引起的。由此可见，承压设备 的疲劳断裂是绝不能忽视的。 一、机理 机理一：低应力高周疲劳 材料循环周次在105以上，而相应的应力值在材料的弹 性范围内，可以承受高周次的交变载荷作用而不会产生疲 劳破坏。但当外载荷超过这个弹性范围内的应力极限后， 材料就易发生断裂。 机理二：高应力低周疲劳 材料承受的应力水平较高，交变应力幅度较大，但交变 周次较少，当容器材料在较高应力水平下承受交变周次超 过了102 - 105之后，材料就容易发生断裂。 v 承压部件的疲劳断裂，绝大多数属于金属的低承压部件的疲劳断裂，绝大多数属于金属的低 周疲劳周疲劳。许多承压设备都具备产生低周疲劳的条

16、件： v 存在较高的局部应力存在较高的局部应力。承压部件的接管、开 孔、转角及其它几何形状不连续的部位，焊缝及其 它隐含缺陷之处，都有程度不同的应力集中。应力 集中处的局部应力往往比设计应力大好几倍，可能 达到并超过材料的屈服点。反复的加载和卸载，将 会在受力最大处产生伸缩塑性变形并产生裂纹，裂 纹逐步扩展最终导致断裂。 v 存在交变载荷及反复应力存在交变载荷及反复应力。承压部件承受的 交变载荷及设备壁中的反复应力可产生于：a、间歇 操作的设备经常进行反复的加压和卸压；b、在运行 过程中设备压力在较大范围内变动；c、设备介质温 度及设备壁温度反复变化；d、部件强迫振动并引起 较大局部附加应力；

17、e、气瓶多次充装等。 二、特征 特征一 容器破坏时没有明显的塑性变形。 这是由于疲劳断裂首先是在局部应力较高的部位或材料缺 陷处产生微细裂纹，然后在交变载荷作用下，微裂纹逐渐扩展 为疲劳裂纹，最后剩余截面上的应力达到材料的抗拉强度或超 过材料断裂韧度而发生突然开裂。它和脆性断裂相似，在破坏 过程中总体应力水平较低，处于弹性范围之内，一般没有明显 的塑性变形。即使它的最后断裂区是韧性断裂，也不会造成部 件整体的塑性变形，破裂后部件的直径没有明显的增大，大部 分壁厚也没有明显的减薄。 特征二 断口存在两个区域，一个是疲劳裂纹产生与扩展区，另 一个是最后断裂区。 大多数压力容器的应力变化周期较长，裂

18、纹扩展较为缓 慢，所以有时仍能见到裂纹扩展的弧形纹路。如果断口上的 疲劳线比较清晰，还可以根据它找到疲劳裂纹的策源点。这 个策源点和断口的其他地方的形貌不同，策源点往往产生在 应力集中的地方，特别是容器的接管处。 特征三 特征四 容器的疲劳破坏一般是疲劳裂纹穿透器壁而泄漏 失效。 疲劳断裂一般不像韧性破裂时形成撕裂，也不象脆 性断裂那样整体破坏产生碎片，而只是开裂一个破口， 使设备或部件因泄漏而失效。开裂部位常是开孔接管处 或其它应力集中及温度交变部位。 疲劳破坏总是在经过多次的反复加压和卸压以 后发生。 疲劳断裂是和交变载荷相关联的，是需要循环交 变一定周次和持续一定时间的。疲劳断裂的过程要

19、比 脆性断裂缓慢得多。容器开停车一次可视为一个循环 周次，在运行过程中容器内介质压力的波动也是一种 载荷，若交变载荷变化较大，开停车次数较多，就容 易发生疲劳破坏。 三、原因 原因一：内部因素 即存在着局部高应力区，其峰值应力会超过材料的屈服极限， 随着载荷的周期性变化，该部位将产生很大的应力变化幅，具备 了微裂纹向疲劳裂纹扩展开裂的条件 原因二：外部因素 即压力容器存在着反复交变 载荷，这种交变载荷的形式不是 对称循环型，而是变化幅较大的非对称循环载荷。例如：间歇式 操作的容器，器内压力、温度波动较大；周围环境对压力容器造 成的强迫振动；外界风、雨、雪、地震对容器造成的周期性外载 荷等，都会

20、导致疲劳破坏。 四、事故预防 措施一：压力容器的制造质量应符合要求，避免先天性缺陷，以减少过 高的局部应力 措施二：在压力容器安装中应注意防止外来载荷源的影响，以减少压 力容器本体的交变载荷。 措施三：在运行中要注意操作正确性，尽量减少升压、卸压的次数， 操作中要防止温度压力波动过大。 措施四：对无法避免外来载荷、无法减少开停次数的压力容器，制造 前应做疲劳设计，以保证压力容器不致发生疲劳破坏。 第四节 腐蚀破裂 概念 指压力容器材料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。 一、分类 按腐蚀机理 化学腐蚀 电化学腐蚀

21、 按腐蚀环境 介质腐蚀 海水腐蚀 土壤腐蚀 按腐蚀破坏 形态分类 局部腐蚀 晶间腐蚀 均匀腐蚀（或称全面腐蚀） 电偶腐蚀 孔蚀 选择性腐蚀 磨损腐蚀 缝隙腐蚀等 疲劳腐蚀等 断裂腐蚀 氢腐蚀等 脱碳、渗碳 氢脆 应力腐蚀 氢鼓包 氢损伤 二、形态 指在金属整个暴露表面上或者是大部分面积 上产生程度基本相同的化学或电化学腐蚀。均匀 腐蚀也称全面腐蚀，遭受全面腐蚀的容器是以金 属的厚度逐渐变薄的形式导致最后破坏。 从工程角度看，全面腐蚀并不是威胁很大的 腐蚀形态。 1、均匀腐蚀 指材料表面的区域性腐蚀。这是一种危害性较 大的腐蚀形态之一，并经常在突然之间导致事故。 2、局部腐蚀 （1）电偶腐蚀 只

22、要有两种电极电位不同的金属互相接触或用导体连 通，在电解质存在的情况下就有电流通过。通常是电极电 位较高的金属腐蚀速度降低甚至停止，电极电位较低的金 属腐蚀速度增大。 （2）孔蚀 指金属表面产生小孔的一种局部腐蚀。孔蚀一般容易 在静止的介质中发生，通常沿重力方向发展。 （3）选择性腐蚀 当金属合金材料与某种特定的腐蚀性介质接触时，介 质与金属合金材料中的某一元素或某一组分发生反应，使 其被脱离出去，这种腐蚀称为选择性腐蚀。选择性腐蚀一 般在不锈钢、有色金属和铸铁等材料中发生。 （4）磨损腐蚀 指由于腐蚀性介质与金属之间的相对运动，而使腐蚀 过程加速的现象，又称为冲刷腐蚀。 如：冷凝器管壁的磨损

23、腐蚀，腐蚀流体既对金属表面 的氧化物产生机械冲刷破坏，又与不断露出的金属新鲜表 面发生剧烈的化学或电化学腐蚀，故腐蚀速度加快。 （5）缝隙腐蚀 暴露于电解质溶液中的金属表面上的缝隙和其他隐蔽区 域内常常发生强烈的局部腐蚀。这种腐蚀与孔洞、垫片底面、 搭接缝、表面沉积物、螺母和铆钉帽下的缝隙内积存少量的 静止溶液有关。 定义：金属的腐蚀局限在晶界或晶界附近，而晶粒本身的腐蚀较小 的一种腐蚀形态称之为晶间腐蚀。 3、晶间腐蚀 后果：这种腐蚀造成晶粒脱落，使容器材料的强度和伸长率显著降 低，但仍保持原由的金属光泽而不易被发现，故危害很大。 例子：奥氏体不锈钢经常发生晶间腐蚀。这种腐蚀往往发生在不锈

24、钢由高温缓慢冷却或在敏感温度范围内（450 - 850 ），晶粒中铬离 子与过饱和的碳化合成碳化铬在晶界析出，由于铬的扩散速度较慢，这 样生成碳化铬所需的铬必然要从晶界附近获取，造成晶界附近区域含铬 量降低，即“贫铬”现象，从而降低了不锈钢的耐蚀性能，导致晶间腐 蚀。由于焊接过程中热影响区正处于敏感温度范围，所以易造成晶间腐 蚀。因此，在对不锈钢容器施焊时，应严格控制焊接电流、返修次数， 以减小热量输入。 断裂腐蚀主要有应力腐蚀和疲劳腐蚀，它是材料在腐 蚀性介质和应力共同作用下产生的，两者缺一不可。其中， 应力可以是静载拉伸应力，也可以是交变应力。 4、断裂腐蚀 （1）应力腐蚀 金属在拉应力和

25、特定的腐蚀性介质共同作用下发生的断裂破坏。 这是一种极危险的腐蚀形态，长在没有先兆的情况下发生局部腐蚀，裂 纹一旦出现，它的扩展速度比其他局部腐蚀速度快得多。其裂纹大体向 垂直于拉应力方向发展，裂纹形态有晶间型、空晶型或两者兼有的混合 型。 （2）疲劳腐蚀 金属在交变应力和腐蚀性介质的同时作用下产生的破裂。这种破 裂常产生于震动部件，在动载荷应力作用下，所有的金属材料，即使是 纯金属也会发生疲劳腐蚀。疲劳腐蚀可以是多条裂纹，裂纹通常发源于 一个深蚀孔，一般是穿晶型无分枝，通常呈锯齿形，尖端尖锐。 穿晶型应力腐蚀裂纹金相与断口穿晶型应力腐蚀裂纹金相与断口 穿晶型应力腐蚀裂纹金相与断口穿晶型应力腐

26、蚀裂纹金相与断口 穿晶型应力腐蚀裂纹金相与断口穿晶型应力腐蚀裂纹金相与断口 应力腐蚀中常见的沿晶断口应力腐蚀中常见的沿晶断口冰糖状冰糖状 200 由于氢渗进金属内部而造成金属性能恶化的现象称为氢损伤，也称 为氢破坏。由于氢的原子半径最小，最容易渗入钢或其他金属内部，氢 离子被还原成初生态的氢，随后复合生成分子氢。当初生态氢复合成氢 分子的过程受到阻碍时，就促进了初生氢向钢或其他金属内部渗透，引 起渗氢。 5、氢损伤 （1）氢鼓包 由于氢进入金属内部而产生，结果造成局部变形，甚至器壁遭到破坏。 （2）氢脆 由于氢进入金属内部而产生，结果引起韧性和抗拉强度降低 。 （2）脱碳 由于湿氢进入钢中，使

27、钢中碳含量减少，其结果是钢的强度下降。 （2）氢腐蚀 在高温下氢与合金中的组分反应造成腐蚀 。 三、机理 1、化学腐蚀 化学腐蚀是指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。这类腐蚀主要包括金属在干燥或高温气体中的腐蚀以及在非 电解质溶液中的腐蚀。典型的化学腐蚀有高温氧化、高温硫化、钢的 渗碳与脱碳、氢腐蚀等 例子：化工行业中各种炉管，其外壁受到严重的高温氧化。 硫酸工业中的高温二氧化硫、炼油工业中高温硫化氢对设备的 严重腐蚀。 合成氨及石油工业中高温高压下氢气等气体的严重腐蚀。 按腐蚀产生的机理来讲，腐蚀通常分为化学腐蚀和电化 学腐蚀两大类。 指金属在高温下与介质或周围环境中的氧

28、作用而形成金属氧化物 的过程。 例如:钢在空气中加热,在较低的温度(200-300 )下表面出现可见 的氧化膜。氧化速度随温度的升高而加快。当温度达到800-900 时， 氧化速度明显增加。除氧气外，CO2、H2O、SO2等介质的存在也能引起 高温氧化，特别是水蒸气的氧化作用较强。 1、高温氧化 指金属在高温下与含硫介质（如硫蒸汽、硫化氢、二氧化硫）作 用生成硫化物的过程。 后果:硫化作用较氧化作用更强。硫化物不稳定、易剥离、晶格缺 陷多、熔点低，而且与氧化物、硫酸盐及金属生成不稳定价的低熔点 共晶物，因此在高温下易造成材料破裂。 2、高温硫化 渗碳：高温下某些碳化物碳化物与钢接触时发生分解生

29、成游离碳分解生成游离碳渗入钢 内生成碳化物称渗碳渗碳，它降低了钢材的韧性。 脱碳：钢的脱碳是由于钢中的渗碳体渗碳体在高温下与介质作用被还原被还原 成铁成铁发生脱碳反应脱碳反应，使得钢表面渗碳体减少，导致金属表面硬度和疲 劳极限降低。 3、钢的渗碳与脱碳 概念：指钢受高温高压氢高温高压氢的作用引起组分的化学变化引起组分的化学变化，使钢材的 强度和塑性下降，断口呈脆性断裂的现象。 机理：氢腐蚀的机理是氢分子扩散到钢的表面氢分子扩散到钢的表面，分解为氢原子或 氢离子而被化学吸附，扩散到钢材内部在空穴处生成甲烷扩散到钢材内部在空穴处生成甲烷。甲烷的扩扩 散能力低散能力低，随着反应继续进行，甲烷逐渐积聚

30、逐渐积聚，形成局部高压局部高压，引起 应力集中并发展为裂纹。产生氢腐蚀需要一个起始温度起始温度与一个起始分起始分 压压，碳钢起始温度为220 ，起始氢分压为1.38MPa左右。当氢分压低 于起始分压时只发生表面脱碳而不发生氢腐蚀。 4、氢腐蚀 2、电化学腐蚀 电化学腐蚀是由于金属在周围介质中因发生电化学作用而产生的 腐蚀，例如金属与酸、碱、盐等电解质溶液接触时发生作用而引起的 腐蚀即为电化学腐蚀。它与化学腐蚀不同，在腐蚀过程中有电流产生， 即所谓微电池作用。两种金属或合金，例如锌和铜在稀硫酸溶液中的 表现，可以说明化学的腐蚀过程。 图中是锌铜电池示意图。锌和铜在H2SO4稀溶液中 构成丁一个电

31、池， 因为锌的电极电位低于铜的电位， 所以构成为阳极。阳极反应是锌被溶解 阳极释放出的电子经过外部导线移动到阴极上， 流来的电于被能吸收电子的物质所吸收，在这里即被溶 液中的阳离子H+所吸收，而在阴极上放出氢气 整个电池的反应是 若阳、阴两极的反应能继续地进行下去，则锌 将不断地被溶解，也即锌被稀硫酸腐蚀了。 实际生产中微电池形成原因 v制造容器的碳钢或不锈钢中含有夹杂物含有夹杂物，当其与电 解质接触时，由于夹杂物的电位高夹杂物的电位高成为阴极，而铁铁 的电位低的电位低时成为阳极，这就形成许多微小的电池， 造成腐蚀； v金属表面和介质总是不均一，只是程度不同； v金属表面有微孔，孔内金属是阳极

32、孔内金属是阳极； v金属表面被划伤时，划伤处是阳极划伤处是阳极； v金属内应力分布不均匀时，应力较大处为阳极应力较大处为阳极； v温度和介质浓度不均一浓度不均一等等，也会构成微电池而造成 电化学腐蚀。 四、原因 原因一：压力容器维护保养不当 原因二：选材不当或未采取有效防腐措施 原因三：结构不合理，或焊接不符合规范要求 原因四：介质中杂质的影响 五、事故预防 措施一：根据介质选用合适厚度的防腐蚀材料选用合适厚度的防腐蚀材料的容器 措施二：对奥氏体不锈钢容器应严格控制氯离子含量，并避免在不锈钢敏避免在不锈钢敏 感温度下使用感温度下使用，防止破坏不锈钢表面的钝化膜和防止晶间腐蚀的产生。 措施三：选

33、用有防腐隔离措施的容器选用有防腐隔离措施的容器，以避免腐蚀介质对容器壳体产生腐 蚀。如内表面涂防腐层，加衬里，或采用复合钢板。 措施四：选用结构合理、设计制造质量符合国家标准和要求的容器选用结构合理、设计制造质量符合国家标准和要求的容器。由于 结构不合理、焊接工艺不合理、焊接质量差、强行组装、表面粗糙等都会 造成较大残余应力较大残余应力，最终可能导致腐蚀破裂。 措施五：使用中采取适当的工艺措施降低腐蚀速度采取适当的工艺措施降低腐蚀速度。如在容器使用和维护 中避免机械损伤，避免或减小外部附加应力，避免介质直接冲刷容器壳体 及受压部件，也可采用阴极保护等方法。 第五节 压力冲击破裂 概念 压力冲击

34、破裂压力冲击破裂是指容器内的压力压力由 于各种原因而急剧升高急剧升高，使壳体受到高 压力的突然冲击而造成的破裂爆炸。 一、类型与机理 1、可燃气体与助燃气体（氧、空气）反应爆炸 如果两种气体（可燃气体与助燃气体）在压力容器内的混合比例混合比例 在爆炸极限的范围内在爆炸极限的范围内，遇到适当的条件即会被点燃而形成燃烧波，并 在容器内以极高的速度扩延和传播，形成压力冲击。 造成可燃气体与助燃气体同时混入同一容器内的原因： （1）阀门零件泄漏阀门零件泄漏，使可燃气体通过关闭着的阀门流进空气或氧气容 器内，或者可燃气体储罐的连接密封结构失效，漏入空气等； （2）操作失误操作失误而造成可燃气体与助燃气体

35、混合； （3）两种气瓶混装两种气瓶混装。常见的是氧气瓶充装氢气或用氢气瓶充装氧气。 在压力容器内突然发生高速的冲击压力，大部分是由于不正常情况不正常情况 下的化学反应引起的下的化学反应引起的，也有些是由于物质相变等物理现象引起的。常见 的压力冲击类型及其产生的原因如下： 2、聚合釜的“爆聚” 单分子的聚合大都是放热反应，因此必须适当控制其反应速率， 并进行充分冷却。如果釜内反应失控，将会迅速聚合，放出大量的热如果釜内反应失控，将会迅速聚合，放出大量的热 量，使压力急速上升，造成量，使压力急速上升，造成“爆聚爆聚”，使聚合设备受压力冲击而断裂。 常见的原因： （1）催化剂使用不当； （2）冷却装

36、置失效。 3、压力容器内的反应失控 化工生产中很多工艺过程是放热的，特别是放热的分解反应。如果如果 反应失控，反应后气体体积将会增加并伴随着产生大量的热反应失控，反应后气体体积将会增加并伴随着产生大量的热，产生压 力冲击，使容器破裂。 常见的原因： （1）原料投入时计量错误或器具失灵； （2）原料不纯，特别是含有对反应起加速作用的杂质等； （3）搅拌或冷却装置失效。 4、液化气体的“爆沸” 盛装液化气体液化气体的压力容器，器内液化气体处于气、液 两相相对平衡状态，但如果器内压力突然释放压力突然释放，如气态空 间与大气相通，则器内的饱和蒸汽压聚减饱和蒸汽压聚减，气液平衡被打 破，器内液体出现过热

37、现象而瞬间急剧蒸发液体出现过热现象而瞬间急剧蒸发产生大量的气 体，而冲击器壁也会造成容器的压力冲击断裂。 可能产生气体“爆沸” 的原因： （1）在容器上误装爆破片误装爆破片，因器内压力升高，爆破片断裂； （2）容器壳体局部开裂局部开裂； （3）两种沸点相差悬殊的液化气体两种沸点相差悬殊的液化气体突然混入一个容器内。 二、特征 特征一 壳体碎裂 压力冲击破裂的容器，常常产生大量的碎块常常产生大量的碎块，这是其 主要特征。它的碎裂程度一般都超过脆性断裂的壳体超过脆性断裂的壳体， 如果是可燃性混合气体可燃性混合气体在器内爆炸而造成的压力冲击断 裂，还有可能是粉碎性爆炸粉碎性爆炸。 特征二 壳体内壁常

38、附有化学反应产物或痕迹 因为压力冲击破裂大多是由于器内物料发生燃烧或 其他非正常化学反应而产生的，所以在壳体或碎片的 内壁常可发现反应产物或观察到金属有经过高温烘烤 的痕迹。 特征三 特征四 断裂时常伴有高温产生 放热反应产生的高温气体高温气体在壳体被压力冲击而断裂 后随即排出排出，会使周围的物料燃烧或被烘烤，还常常因 此发生火灾火灾。断裂时壳体或碎块的温度也比较壳体或碎块的温度也比较高 断口形貌类似脆性断裂 压力冲击破裂的断面一般没有或只有很薄的一层剪断面一般没有或只有很薄的一层剪 切唇，断口是平直的，开裂的方向也无一定的规律性切唇，断口是平直的，开裂的方向也无一定的规律性。 特征五 容器释

39、放的能量较大 发生压力冲击破裂的压力容器，可根据周围所造可根据周围所造 成的破坏情况估算破坏能量成的破坏情况估算破坏能量，往往要比理论计算能比理论计算能 量大很多量大很多。 三、事故预防 措施一：完善规程和管理制度措施一：完善规程和管理制度 压力冲击破裂是在瞬间发生的，危害相当严重危害相当严重，必须加以预防，这 种事故其实就是压力容器在非正常工况状态下引起的爆炸事故在非正常工况状态下引起的爆炸事故，因此 必须从根本上加以预防。 （1）生产工艺设计、操作规程的管理制度 （2）检修检测规程和管理制度 （3）仪器仪表安全附件保养规程 措施二：加强现场的管理和作业人员的培训措施二：加强现场的管理和作业人员的培训 第六节 蠕变破裂 概念 蠕变破裂指压力容器的壁温高于某一限度时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。 此种破坏较少见，但对高温容器不可忽视。 锅炉中的锅筒、锅壳、炉胆锅筒、锅壳、炉胆等大型结构，尽管接触火焰或受热介质，但由 于介质的可靠冷却及介质温度较低可靠冷却及介质温度较低，使