压力容器破坏失效类型

1、压力容器破坏失效类型在实际工程使用中，各类容器的操作条件是复杂多样的，所以失效的形态也是复杂多样的。常见的失效类型有：高温下的蠕变破坏，低温或有缺陷时的脆性断裂，交变载荷作用下的疲劳破坏，腐蚀条件下的破坏等。韧性破裂压力容器的韧性破裂是在容器受到一定的内压力作用下，先出现不能恢复其原来形状的塑性变形，并在继续增大压力的情况下而产生的破裂。也就是说容器承受的压力先是超过材料的屈服极限，使材料组织发生变化，然后在更大压力下，达到超过材料的强度极限而断裂。它的断裂先后经过了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和最后的断裂。这种属于因外力过大而使材料断裂的情况，往往在水压试验中能明显的看到。发生韧性破裂的容器

2、，由于在爆破之前发生大量的变形，故容器的直径有明显的增大，器壁明显减薄。发生破裂时一般无碎片飞出，只是裂开一个口，口的大小与容器爆破时所释放的能量有关。一般由气压引起的破裂比液压引起的破裂的裂口要宽。脆性破裂压力容器的爆破事故，并不是都属于韧性破裂的范围。有很多压力容器在试验或使用过程中，并没有达到规定的压力，即在正常压力范围内，在没有发现塑性变形的情况下突然发生爆炸。这种爆炸的形式与脆性材料的破裂很相似，即出现许多碎片，所以把这种低于材料的屈服极限，更低于强度极限时发生的爆炸称为脆性破裂。材料由韧性状态转变为脆性状态并不是绝对均匀和连续的，总难免存在微裂纹（对于其它缺陷，如夹渣、气孔、未焊造

3、，大块杂物等也作为裂纹来看待），当受到外力作用时，裂纹尖端附近区域就产生应力应变集中效应。当此区域的应力应变达到一定数值，超过材料的强度极限时，裂纹就迅速扩展，致使整个物件发生突然断裂。脆性破裂的特点与韧性破裂恰恰相反。脆性破裂的容器并无塑性变形，器壁也没有减薄，爆破是在材料还处在弹性阶段中发生的，即出现在容器正常操作或进行水压试验的过程中，由于微裂纹的失稳扩展是在一瞬间发生的，而容器内的压力又无法通过一个裂口释放，故容器裂成许多碎片。另外，由于温度材料韧性的影响，容器在低温时发生脆性破裂可能性要大一些。压力容器是否会发生脆性破裂与材料性能指标、微裂纹尺寸的大小、容器所承受的压力、容器的结构是

4、否合理等许多因素有关。虽然所有的材料或多或少地存在微裂纹等缺陷，但并不是说所有容器都会发生脆性破裂。疲劳破裂压力容器在频繁的加压、卸压使用过程中，材料受到交变应力的作用，在长期的交变应力的作用下，容器较高应力的部位会产生细微的裂纹等缺陷，并在裂纹的两端形成高度的应力集中。由于应力集中存在，使微裂纹逐渐扩大，同时，由于应力继续不断的交变，在裂纹扩大到一定程度后，如果载荷达到一定数值，或碰到冲击或振动时，容器就会沿着裂纹产生破裂，这种破裂就是所谓疲劳破裂。长期处于交变应力下工作的容器，虽然其最大工作应力低于材料的屈服极限，也会出现突然破裂，造成严重事故。而且即使是使用塑性较好的材料来制造压力容器，

5、在长期交变应力作用下也会发生破裂。疲劳破裂的容器不是破裂成碎片，而通常是开裂一个裂口。而其承受的应力在破裂时并没有超过材料的屈服极限，器壁没有减薄的现象。疲劳破裂的位置往往是在容器存在高度应集中的部位，例如容器的接管处等等。要防止疲劳破裂主要是在设计中尽量减少应力集中，采用合理的结构及制造工艺。同时，在使用中在应减少不必要的加压、卸压或超过规定的压力波动及温度波动。蠕变破裂金属材料在长期的高温下受到拉应力的作用，尽管拉应力小于材料的屈服极限，材料也会产生缓慢的塑性变形，这种变形称为蠕变。不过，要发生蠕变必须同时具备三个条件：高温长时间与受拉应力作用。发生蠕变的容器体积变大，器壁明显减薄。最后导

6、致容器的破坏。相对而言，容器的蠕变破裂较为少见，因为工作温度在400450度以上的容器所占比例较少。另外，蠕变破裂一般发生在容器的某个部件，例如接管等部位。为了防止容器蠕变破裂的发生，除了要正确选材和结构设计外，在制造时，要避免使用降低材料抗蠕变的方法，在使用过程中要避免超温及局部过热现象。腐蚀破坏晶间腐蚀晶间腐蚀发生在材料内金属晶粒的边缘上，腐蚀沿晶粒边缘向深度发展，使晶粒间的连接遭到破坏，材料的强度及塑性几乎完全消失。这样即使在很小的外力作用下，材料也会被破坏。晶间腐蚀从材料的外表不易被发现，材料的厚度也没有变薄，材料的破坏是突然的，因此这是最危险的一种腐蚀。晶间腐蚀常发生在用不锈钢制造的

7、容器中，发生的位置大都是在容器的焊缝处。因为不锈钢的晶间锈蚀倾向受加热和加热时间两个因素的影响。焊缝附近达到400850度重复加热，并经过长时间停留后，则材料内部晶界处因不能抵抗介质的腐蚀作用而发生晶间腐蚀。应力腐蚀当拉应力与电化学腐蚀同时存在时，就产生应力腐蚀。它的理论很多，大致是：局部电化学腐蚀使金属表面沟形微缝，当此微缝向深处发展时，裂纹尖端存在很高的峰值拉应力，产生塑性区，使晶格歪扭而降低电极电位，钝化膜在拉应力作用下又不易生成，于是此处就变为阳极而加速腐蚀，裂纹就不断向深处扩展，形成恶性循环，很快导致断裂。另外，若腐蚀过程中有氢原子形成，由于氢原子扩散涌入，裂纹前缘塑性区更加快扩展，

8、导致氢裂纹和滞后断裂即氢脆，更为危险。常见的应力腐蚀有：钢结构在海水中的脆裂，贮存含H2S溶液的容器的脆裂，锅炉汽包焊缝及铆接处的“碱脆”现象，高温高压氢气中的螺栓脆断等。腐蚀疲劳在腐蚀介质中，构件若承受交变载荷，即使较小的应力，裂纹也会慢慢扩展而最后脆断，称为“腐蚀疲劳”。一般而言，水蒸汽和氢均会加速扩展，而氧则基本无影响。硫化氢腐蚀硫化氢对设备和管线的腐蚀是一个非常严重的问题。目前它的腐蚀形态和机理尚无统一定论，下面仅对几种情况作一简介。高温硫腐蚀原油中存在各种硫化物，但只有活性硫化物才有腐蚀作用。高温下（约260480度），非活性硫化物分解成H2S，因此，炼油设备高温部位的硫腐蚀较严重。

9、防止高温硫腐蚀的材料有0Cr13、1Cr13、Cr6AlMo、316L、18-8钢或渗铝钢等。硫化氢和氯化氢的联合腐蚀原油在炼制过程中，除会生成H2S外，其中的氯化物还会受热水解而生成HCL。它们随着水分一同从塔顶逸出。在冷凝时就会形成HClH2SH2O型腐蚀介质，对金属有严重腐蚀作用。此时不宜用抗硫腐蚀的钢材。因为氯离子对它们有强烈的腐蚀作用。主要用“一脱四注”的工艺防护措施，此外，采用蒙乃尔合金作衬里、钛衬里等。 硫化氢水溶液的腐蚀常温下干燥硫化氢对金属几乎无腐蚀，但硫化氢的水溶液却有明显的腐蚀作用。其腐蚀机理较复杂，一般可分为硫化氢应力腐蚀开裂及氢诱发开裂两种。前者在外加拉应力作用下产生，后者是没有外加应力也会产生与钢板表面平行的内部裂纹，产生时可呈阶梯状扩展，直至贯穿全板厚。连多硫酸腐蚀炼制含硅原油的设备在停工检修时，附着FeS的金属表面的湿空气接触，FeS与水及氧发生化学反应，产生连多硫酸H2SxO6(X35)，引起奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。对于铁素体或马氏体不锈钢的设备则不会出现这类腐蚀。在检修奥氏体不锈钢类设备时，打开前先用碱液冲洗设备内部，将H2SxO6中和掉。在运行前则用氯离子含量小于25PPM的水冲洗设备使之干燥，以防碱液积聚和浓缩而引起碱脆破裂。氢腐蚀 炼油厂的加氢装置用设备是在高温高压的氢气氛围下操作的，会产