压力容器失效分析
压力容器和压力管道的失效(破坏)与事故分析
压力容器和压力管道的失效（破坏）1．失效的定义：完全失去原定功能；虽还能运行，但已失去原有功能或不能达到原有功能；虽还能运行，但已严重损伤而危及安全，使可靠性降低。
2．失效的方式：1）从广义上分类：过度变形失效：由于超过变形限度而失效。
断裂失效：由于出现裂口而失效。
表面损伤失效；因表面腐蚀而导至失效。
2）一般分类：可分为a)过度变形失效：失效后存在较大的变形。
b)断裂失效：失效是由于存在缺陷如裂纹、腐蚀等缺陷而引起的。
c)表面损伤失效：因腐蚀、表面损伤、材料表面损伤等原因引起的失效。
3．失效的原因1）韧性失效：容器所受应力超过材料的屈服强度发生较大的变形而导致失效，原因为设计不当、腐蚀减薄、材质劣化强度下降、超压、超温。
断口有纤维区、放射纹区、剪切唇区。
2）脆性失效：容器在无明显变形情况下出现断裂导致失效，开裂部位存在较大的缺陷（主要是裂缝），材质劣化变脆、应力腐蚀、晶间腐蚀、疲劳、蠕变开裂。
断口平齐，有金属光泽，断口和最大主应力方向垂直。
3）疲劳失效：容器长期受交变载荷引起的疲劳开裂导致疲劳失效。
原因为容器长期受交变载荷、开裂点应力集中、开裂点上有小缺陷。
断口比较平齐光整，有三个区萌生区、疲劳扩展区和瞬断区。
其中扩展区有明显的贝壳样条纹。
4）腐蚀失效：因腐蚀原因导致失效。
均匀腐蚀减薄导致强度不够；应力腐蚀导致断裂；晶间腐蚀导致开裂；氢蚀导致开裂、点蚀造成的泄漏；缝隙腐蚀造成的泄漏或开裂；冲蚀造成局部减薄，泄漏；双金属腐蚀造成局部减薄。
晶间腐蚀：金属材料均属多晶材料，晶粒间存在晶界，晶间腐蚀是指晶界发生腐蚀。
应力腐蚀：金属材料的材质、介质、和拉应力三个因素共同作用下发生的裂纹不断扩大。
裂纹的发展可以是沿晶的也可以是串晶的。
氢蚀：在高温下氢气常形成原子状态氢极易渗透到钢材内部，进入钢材的氢与渗碳体中的碳生成甲烷，使渗碳体脱碳材料变软，生成的甲烷在金属中体积增大，使金属内压力增大金属表面形成鼓包。
腐蚀失效的形式：韧性失效、脆性失效、局部鼓胀、爆破、泄漏、裂纹泄漏、低应力脆断、材质劣化。
几种常见压力容器的失效形式
⼏种常见压⼒容器的失效形式2019-09-16【摘要】介绍压⼒容器失效形式，重点介绍储罐、换热器、塔等⼏种常见的压⼒容器的失效机理，分析原因并提出相应的修复措施及设计准则。
【关键词】压⼒容器；失效；应⼒腐蚀；设计准则1、引⾔压⼒容器是承载压⼒的密闭设备，⼴泛应⽤在⽯化、能源、核电、军⼯等各个领域，由于介质腐蚀性、载荷压⼒、材料缺陷等各种原因，压⼒容器易发⽣各种形式的失效，导致⽣产停产、设备损坏、介质泄露，甚⾄会导致爆炸，造成灾难性事故。
因此，了解压⼒容器失效形式，找出引起失效的因素并提出预防措施，具有重⼤现实意义。
本⽂针对⼏种在⼯业⽣产中常⽤的压⼒容器，具体介绍其普遍发⽣的失效形式，分析产⽣失效的原因并给出相应的预防措施，以求设备安全运⾏。
2、储罐失效储罐的失效形式主要有表⾯损伤失效、断裂失效、泄露失效等。
2.1表⾯损伤失效磨损、接触疲劳、腐蚀等均可造成表⾯损伤，由于储存的⽓体或液体中⼤多含有氢、硫、氯离⼦等，储罐最容易发⽣的是应⼒腐蚀引起开裂。
常见的液化⽯油⽓储罐，介质中含有⽔和硫化氢，形成具有腐蚀条件的湿硫化氢环境，在焊缝及附近的影响区，存在焊接残余应⼒和冷加⼯残余应⼒，同时壳体⼜受到⼯作压⼒，此时低合⾦⾼强度钢将会导致氢致开裂型应⼒腐蚀，形成微裂纹，在外加拉伸及残余拉伸应⼒作⽤下，最终扩展成裂纹导致破坏。
为防⽌应⼒腐蚀发⽣，⾸先应合理选材。
Ni、Mn、Si、S、P等元素有利于应⼒腐蚀的发⽣，设计中要限制其含量。
其次要降低焊缝及热影响区的硬度，消除焊接残余应⼒。
在容器焊后进⾏热处理，可以残余应⼒，降低淬硬组织硬度，提⾼抗腐蚀性。
此外还应按要求对储罐及时进⾏全⾯检查，掌握设备发⽣应⼒腐蚀的程度，及时消除隐患。
2.2断裂失效韧性断裂失效是因储罐承受的压⼒超过材料的屈服极限，材料发⽣屈服或全⾯屈服，当压⼒超过材料的强度极限时，则发⽣断裂。
最经常导致储罐韧性断裂失效的原因是过量充装，因此应严格按照《压⼒容器安全技术监察规程》，装填量不得⼤于0.95。
压力容器年度故障分析报告
压力容器年度故障分析报告本报告旨在分析压力的年度故障情况，以便为日后维护和改进提供参考。
以下是我们对过去一年内压力故障情况的分析结果：故障类型及频率根据对压力故障的统计和分类，我们发现以下几种故障类型最为常见：1. 泄漏故障：占故障总数的40%，主要由密封失效或破损导致。
2. 疲劳断裂：占故障总数的25%，主要是由于长时间的压力循环加载引发的。
3. 腐蚀和腐蚀裂纹：占故障总数的15%，主要由介质的腐蚀和材料的腐蚀引发。
4. 焊接缺陷：占故障总数的10%，主要由于焊接工艺不合格或焊缝质量不达标导致。
5. 其他故障：占故障总数的10%，包括制造缺陷、设计不合理等。
故障影响分析根据对不同故障类型的影响分析，我们得出以下结论：1. 泄漏故障：可能导致介质泄露，造成环境污染或人身伤害。
2. 疲劳断裂：可能导致破裂，引发爆炸事故，对人员和设备造成严重威胁。
3. 腐蚀和腐蚀裂纹：可能导致强度降低，增加了失效的风险。
4. 焊接缺陷：可能导致焊缝破裂，失效。
5. 其他故障：各种其他故障可能引发的性能下降或不可靠。
解决措施建议基于以上分析结果，我们提出以下对策建议以预防和减少压力的故障：1. 加强检修和维护工作：定期对压力进行检查，确保密封、焊缝和材料的完整性。
2. 增加压力的监测装置：安装相应的监测装置，及时发现泄漏、应力集中等问题。
3. 优化设计和制造工艺：设计和制造过程中注重防腐、抗疲劳和焊接质量等关键点。
4. 定期培训和安全意识提高：加强员工对压力使用和安全操作的培训，提高意识。
总结通过对压力年度故障进行分析，我们可以更好地理解故障的类型和影响，并提出相应的解决措施。
我们建议按照上述对策进行操作，以确保压力的安全性和可靠性。
以上是本报告的内容，希望对您有所帮助。
化工设备压力容器破坏及预防措施
化工设备压力容器破坏及预防措施化工设备中的压力容器是承受高压和高温的关键设备，一旦发生破坏，将给生产安全和环境造成严重影响。
加强压力容器破坏的预防工作，对保障工厂安全生产至关重要。
本文将从压力容器破坏的原因和预防措施两方面进行分析和探讨。
一、压力容器破坏的原因1. 设计不合理压力容器的设计不合理是导致破坏的重要原因之一。
包括壁厚不足、受力不均、缺乏支撑、不合理的结构等等，都会导致压力容器在工作中出现应力集中，进而产生破坏。
2. 制造工艺不当压力容器在制造过程中，如果工艺不当、材料质量不达标、焊接缺陷等，都有可能导致压力容器的破坏。
3. 金属材料变质随着使用时间的增加，压力容器内的金属材料可能会发生腐蚀、疲劳、变形等情况，进而导致破坏。
4. 运输安装不符合规范在压力容器的运输和安装过程中，如果操作不符合规范，容器可能会受到外力作用而受损。
5. 过载和超压在使用过程中，如果超出了压力容器的承受范围，会导致压力容器的破坏。
例如压力过高、温度突然变化等情况。
6. 异常情况包括地震、火灾等外部异常情况，都有可能对压力容器产生破坏影响。
二、压力容器破坏的预防措施1. 加强设计与制造压力容器的设计和制造是预防破坏的第一道防线。
在设计时应当考虑材料、结构、受力情况等因素，确保容器具备足够的承压能力。
制造过程中，要进行严格的材料检测和工艺控制，确保所有生产的压力容器质量合格。
2. 定期检测与维护对于已经投入使用的压力容器，需要定期进行检测和维护。
包括检查壁厚、焊接质量、腐蚀情况等，及时发现问题并进行修理。
同时也要做好记录和档案管理，确保每一台压力容器都有明确的使用和检测记录。
3. 加强培训和管理压力容器的使用和维护需要专业知识和技能，对操作人员进行培训并制定相应的管理制度非常重要。
确保操作人员严格按照操作规程进行使用，避免出现过载或超压情况。
4. 设立安全阀和报警装置在压力容器中设置安全阀和报警装置，可以在压力达到设计范围时及时释放压力，避免发生超压状况。
压力容器与管道失效分析和安全评价
失效模式：断裂、变形、腐蚀、 泄漏等
失效预防措施：加强设计审查、 提高制造质量、加强使用维护等
安全评价
01
失效原因分析： 材料缺陷、设计 不合理、制造工
艺问题等
02
失效后果评估： 人员伤亡、经济 损失、环境污染
等
03
安全措施建议： 加强材料检测、 优化设计、改进
优化结构设计： 采用合理的结 构设计，提高 容器和管道的 强度和稳定性
优化制造工艺： 采用先进的制 造工艺，提高 容器和管道的 质量和可靠性
优化检测与维 护：定期进行 检测和维护， 及时发现和处 理问题，确保
安全运行
材料选择
01
选用耐腐蚀、 耐高温、耐 高压的材料
02
选用具有良 好韧性和延 展性的材料
06
气蚀失效：由于流体高速 流动引起的材料气蚀损伤
失效后果
设备损坏：可能导致设备 无法正常工作，甚至造成 设备报废
生产中断：可能导致生产 过程被迫中断，影响生产 效率和效益
人员伤亡：可能导致操作 人员或其他相关人员受伤 甚至死亡
环境污染：可能导致有毒 有害物质泄漏，污染环境， 影响生态环境和人类健康
03
选用具有良 好焊接性能
的材料
04
选用具有良 好抗疲劳性
能的材料
维护保养
定期检查压力容器 和管道的腐蚀情况， 及时处理腐蚀问题
定期检查压力容器 和管道的密封情况， 确保密封性能良好
定期检查压力容器 和管道的支撑情况， 确保支撑结构稳定 可靠
定期检查压力容器 和管道的仪表和阀 门，确保仪表和阀 门性能良好
安全评价
2
评价方法
风险评估：对压力容 器和管道的潜在风险 进行评估
压力容器事故发生机理及其分析
1概述 近年来压⼒容器爆炸事故时有发⽣，如1997年6⽉26⽇北京东⽅化⼯⼚⼄烯球罐发⽣爆炸，1998年3⽉5⽇陕西省西安市煤⽓公司液化⽯油汽贮罐爆炸事故等。
压⼒容器爆炸时，不但会造成极⼤的⼈⾝伤亡事故，⽽且有时还会引起⽕灾或更强烈的爆炸。
因此，研究分析压⼒容器爆炸事故，找出事故原因，对预防事故、保障设备安全有着极其重要作⽤。
2压⼒容器的破坏形式 根据国际《压⼒容器、锅炉和管道委员会》提出的⽅法，依照破坏形态和破坏原因，压⼒容器破坏形式可分以下⼏种： 2.1过度的塑性变形 当压⼒载荷⼤⼤超过设计数值时，容器的器壁变薄，最后达到不稳定点，即当压⼒稍许增加时，容器就会因过度塑性变形⽽发⽣破裂。
当容器发⽣过度塑性变形破裂时，断⼝为撕断状态，容器破坏时不产⽣碎⽚或者仅有少量碎块，爆破⼝的⼤⼩视容器爆破的膨胀能量⽽定。
除压⼒的影响以外，⾦属材料在⾼温下的蠕变也是引起塑性变形的⼀个重要原因，在蠕变过程中，材料发⽣连续的塑性变形，在塑性变形积累到相当长时间后，将以破裂⽽告终。
2.2过度的弹性变形 弹性变形是固体在外⼒的作⽤下表现出的⼀种⾏为，当外⼒撤出后，物体能够恢复原来形状的能⼒称为弹性性质，⽽具有这种可逆性的变形就叫做弹性变形，过度的弹性变形可能使容器呈现不稳定状态，甚⾄达到失稳程度。
2.3⼤应变疲劳 压⼒容器在交变应⼒的作⽤下，位于容器的某些局部区域（如开孔接管周围、局部结构不连续处等）受⼒的⾦属晶粒将会产⽣滑移并逐渐发展成为微⼩裂纹，且裂纹两端不断扩展，最终导致容器的疲劳破坏。
疲劳⾸先出现在上述⾼应⼒的局部区域，即出现在这些⾼应⼒引起的⼤应变的地⽅，这种破坏就称⼤应变疲劳。
压⼒容器的疲劳破坏⼀般具有以下特征： （1）容器没有明显的变形 （2）破裂的断⼝存在两个区域：疲劳裂纹产⽣⾄扩展区和最后断裂区 （3）容器常因开裂泄漏⽽失效 （4）疲劳破坏总是在容器经过反复的加载和卸载以后发⽣ 2.4腐蚀疲劳 腐蚀疲劳是⾦属材料在腐蚀和应⼒的共同作⽤下引起的⼀种破坏形式。
压力容器事故分析
前言作为特种设备的压力容器广泛应用于石油、化工、冶金、能源等工业领域，在国民经济发展中起着重要的作用。
•安全生产，对于任何一个国家来说都是关系民生的大事，是需要常抓不懈的重大课题。
随着我国经济的高速发展，虽然重特大安全事故死亡人数逐年有所下降，但是安全生产的形势仍然十分严峻。
本文通过一起压力容器爆炸事故，对压力容器失效机理进行分析。
吉林市煤气公司液化气站102号球罐爆炸一、事故概况及经过1979年12月18日14点7分，吉林市煤气公司液化气站的102号400立方米液化石油气球罐发生破裂，大量液化石油气喷出，顺风向北扩散，遇明火发生燃烧，引起球罐爆炸。
由于该球罐爆炸燃烧，大火烧了19个小时，致使五个400立方米的球罐，四个450立方米卧罐和8000多只液化石油气钢瓶(其中空瓶3000多只)爆炸或烧毁，罐区相邻的厂房、建筑物、机动车及设备等被烧毁或受到不同程度的损坏，400米远相邻的苗圃、住宅建筑及拖拉机、车辆也受到损坏，直接经济损失约6270000元，死36人，重伤50人。
该球罐自投用后两年零两个月使用期间，球罐经常处于较低容量，只有三次达到额定容量，第三次封装后四天，即在18日破裂。
该球罐投用后，一直没有进行过检查，破裂前，安全阀正常，排污阀正常关闭。
球罐的主体材质为15MnVR，内径9200毫米，壁厚25毫米，容积400立方米，用于贮存液化石油气。
二、失效机理（一）压力容器失效可分为：强度失效，刚度失效，失稳失效，和泄漏失效四大类，其中强度失效是最主要的失效形式。
1．强度失效是指因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，包括韧性断裂，脆性断裂，疲劳断裂，蠕变断裂和腐蚀断裂等。
（1）韧性断裂是压力容器在载荷作用下，产生的应力达到或接近所用材料的强度极限而引发的断裂。
（2）脆性断裂是指变形量很小，且在壳壁中的应力值远低于材料的强度极限时发生的断裂。
这种断裂是在较低应力状态下发生的，故又称为低应力脆断。
（3）疲劳断裂是使用中的压力容器，在交变载荷作用下，经一定循环次数后产生裂纹和突然发生断裂失效的过程。
化工设备压力容器破坏原因及预防措施
化工设备压力容器破坏原因及预防措施化工设备中的压力容器是一种承受内部气体或液体压力而具有稳定形状的容器。
在化工生产中，压力容器扮演着至关重要的角色，但是由于其特殊性质和工作环境，压力容器也容易发生破坏，从而造成严重的事故。
因此，了解压力容器破坏的原因和采取相应的预防措施对于保障生产安全至关重要。
压力容器破坏的原因主要有以下几个方面：1.材料问题：压力容器的制造材料质量直接影响到其承受压力的能力。
如果材料的强度、塑性、韧性等性能不符合要求，就容易发生破坏。
此外，材料的缺陷、裂纹、氧化腐蚀等问题也会导致压力容器的破坏。
2.设计问题：压力容器的设计不合理也是导致破坏的重要原因。
设计参数如壁厚、弯曲半径、焊接接头等是否合理，直接影响到容器的承受能力。
如果设计参数不符合标准或者存在缺陷，容器就容易发生破坏。
3.制造问题：制造工艺和技术水平不达标也会导致压力容器破坏。
例如，焊接质量不良、材料加工不当、焊接接头未经检测、装配不当等问题都可能成为破坏的隐患。
4.使用问题：在使用过程中，如果操作不当、维护不及时、检修不彻底等问题也会导致压力容器破坏。
例如，超压、超载、过热等操作错误会导致容器失效。
为了预防压力容器的破坏，化工企业可以采取以下预防措施：1.严格选择材料：在选材阶段，要选择合格的材料供应商，确保材料的质量符合要求。
对于高强度、高温度要求的容器，更要谨慎选择材料。
2.合理设计：在容器设计阶段，要确保设计参数符合标准要求，如壁厚、弯曲半径、焊接接头等要合理设计，避免设计上的缺陷。
3.严格制造：在制造阶段，要严格按照设计要求进行材料加工、焊接、装配等工艺，确保每个环节质量可控，避免制造问题导致容器破坏。
4.定期检查：定期对压力容器进行检查和维护，及时发现问题并进行修复，确保容器在正常工作状态下运行。
5.规范操作：建立相关操作规程和安全制度，对操作人员进行培训和考核，确保操作规范、适时维护保养。
6.加强监管：加强对压力容器的监管和检测，定期进行验收和检查，对于发现的问题及时进行处理，确保安全生产。
一起在用压力容器短期失效原因分析
常用的减震器
２塑料减震 器。用软质塑料制作 的减震器得到了越 ． 来越广泛 的应用 ， 一般在包装 、 运输中被经常使用 。 这类
减震器广泛应用于机械 、 建筑等领域 。一般分为以
（ ． 州大学机械 工程 学院；． １ 郑 ２上海大学 ）
减震 器可 以有效降低及 消除宽频带 的随机 振动以及多 共振峰 的机械振动 。同时 ， 也具有 良好 的缓 冲效果和 良
８＝ 、Ｃ ｌＮ９ ８０ ｒ８ ｉ
０２ Ｍ ａ ． Ｐ １０ ７ ℃
简体材料 ８ ５ ＝ ７ ０ Ｓ Ｓ ０ Ｌ ＝ 、Ｃ ｌＮ９ ＝ 、 １０ ，Ｕ ３４ ８ ２ ０ ｒ８ ｉ ８ ２ ０ ｒ８ ｉ ＝ 、Ｃ ｌＮ９
图２
介质
蒸 汽、 烟丝 、 氟利 昂
蒸汽
泄漏后去掉外保温材料检查发现 ， 在支撑环对应 简
体外 壁一周 范围 内 ， 在十几 条裂纹 ， 存 多数 为周 向 ， 但
在支撑板对 应简体外壁部位及 支脚 附近外 表面上也有
轴 向 ，５ 方 向和其 它方 向等 多条裂纹并存 ，裂纹多是 ４。
由外壁 向内壁扩 展 ， 有几处 裂纹 已经 穿透 ， 最长一条裂
纹长达 ２ ０ ｍ， ０ ｍ 多数裂纹都超过 ５ ｍ ０ ｍ。裂纹 的宏观特
四 、 议 建
（） １ 负荷交变应力 。支撑环部位 由于结构的突变 ， 除了由交 变负荷产生的一次薄膜应力外 ， 还存在很高的
峰值应力。 （ 温差交变应力 。 ２） 由于结构 、 壁厚差异等原因 ， 在
１ － 由于局部峰值应力不会引起 整个结构的明显变形 ，
而只会导致容器产生疲 劳破坏 和脆性断裂 的可能根源 。 因此 ， 对一 些 温度变 化小 、 荷循 环 次数 低的 一般条 载 件下工作 的压力 容器 ，还 都是 采用 常规 的设 计方法 。 但从 该容 器 因为 一个 不起 眼 的支撑 环 而使整 台设备 报 废来看 ， 在设计过程 中 ， 那些 可能存在局部 较高应 对 力 的地方应该严 肃对待 。如果考虑到有发 生疲劳破坏
压力容器失效分析、压力容器失效分析
压力容器定期检验
2、年度检查时，凡发现以下情况之一的，要求使用单位限期更换爆破片装 置并且采取有效措施确保更换期的安全，如果逾期仍未更换测该压力容器暂 停使用： （1）爆破片超过规定使用期限的； （2）爆破片安装方向错误的； （3）爆破片装置标定的爆破压力、温度和运行要求不符的； （4）使用中超过标定爆破压力而未爆破的； （5）爆破片装在安全阀进口侧与安全阀串联使用时，爆破片和安全阀之间 的压力表有压力显示或者截止阀打开后有气体漏出的； （6）爆破片装置泄漏的。 3、爆破片单独作泄压装置或者爆破片与安全阀并联使用的压力容器进行年 度检查时，如果发现爆破片和容器间的截止阀未处于全开状态或者铅封损坏 时，要求使用单位限期改正并且采取有效措施确保改正期间的安全，如果逾 期仍未改正则该压力容器暂停使用。
（2）压力表的定期检修维护制度，检定有效期及其封印；
（3）压力表外观、精度等级、量程、表盘直径；
（4）在压力表和压力容器之间装设三通旋塞或者针形阀的位置、开启标记
及锁紧装置；
（5）同一系统上各压力表的读数是否一致。
2、年度检查时，凡发现以下情况之一的，要求使用单位限期改正并且采取
有效措施确保改正期间的安全，如果逾期仍未改正的，应当暂停该压力容器
（1）超过规定的检定、检修期限
（2）玻璃板（管）有裂纹、破碎；
（3）阀件固死；
（4）出现假液位；
（5）液位计指示模糊不清；
（6）选型错误；
（7）防止泄漏的保护装置损坏。
13
压力容器定期检验
（三）测温仪表 1、测温仪表的年度检查，至少包括以下内容； （1）测温仪表的定期检定和检修制度。 （2）测温仪表的量程与其检测的温度范围的匹配情况； （3）测温仪表及其二次仪表的外观。 2、年度检查时，凡发现以下情况之一的，要求使用单位限期改正并且采取 有效措施确保改正期间的安全，如果逾期仍未改正则该压力容器暂停使 用； （1）超过规定的检定、检修期限； （2）仪表及其防护装置破损； （3）仪表量程选择错误。
电站压力容器失效分析
电站压力容器失效分析摘要：压力容器广泛应用于电力发电行业，是电站发电必不可少的特种设备。
由于工作条件恶劣，容易发生事故。
本文针对压力容器失效分析，介绍了相关概念、相关的失效分析技术思路及程序，研究了韧性破裂、脆性破裂、蠕变破裂等失效机理，失效原因及预防措施。
关键词：电站压力容器失效分析预防措施1 前言压力容器广泛应用于电力发电行业，是电站发电必不可少的特种设备。
迅速而准确地找到压力容器失效原因和失效规律并提出应对措施，可以大大提高设备运行的安全可靠性。
本文针对压力容器失效分析，介绍了相关概念、相关的失效分析技术思路及程序，并针对几种常见失效情况进行了分析提出了相应的预防措施。
2 常见失效机理分析目前,压力容器失效主要包括韧性破裂、脆性破裂、蠕变破裂等，系统地进行失效分析对实际生产意义重大，具体失效机理分析如下：2.1 韧性破裂失效机理在断裂之前发生明显的宏观塑性变形的断裂叫做韧性破裂。
韧性破裂是金属材料破坏的方式之一。
当韧性较好的材料所承受的载荷超过了该材料的强度极限时，就会发生韧性破坏。
(1)失效特征:断口附近有明显的宏观塑性变形；拉伸断口外貌一般呈杯锥状，杯锥底垂直于主应力，锥面平行于最大切应力，与主应力大致成45°角；断口的表面呈纤维状。
(2)失效原因:违章操作；安全附件失灵；容器内异常化学反应；强度不足，材质裂化等。
(3)预防措施:严格管理；按容规装设安全泄压装置；按工艺操作，严禁混料、串料；合理选材，改进工艺。
2.2 脆性破裂失效机理脆性破裂失效是指裂缝在稳定扩展和失稳扩展中，无明显的塑性变形过程而导致的断裂失效。
脆性破裂在工程结构中是一种非常危险的断裂。
这是由于脆性破裂之前通常无预警信号而突然发生，往往酿成严重的事故和损失。
(1)失效特征:在断裂前没有可以觉察到的塑性变形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘没有剪切“唇口”，或唇口很小。
断口的颜色有时比较光亮，有时灰暗。
过程装备的失效分析技术压力容器安全课件
疲劳失效的断口特征
箭头 萌生区 A 疲劳扩展区 B 瞬断区 C 剪切唇区
疲劳失效
三、断口特征
• 宏观特征：断口比较平齐光整；断口上有明显的分区。 • 三个区域：萌生区或原始缺陷区、疲劳扩展区和瞬断区。 • 每一循环就在断口上留下一条辉纹，因此从辉纹间测 得的间距大体可以计算出疲劳扩展速率。
3.1 强度理论简述
应力计算
P P
A
平均应力
P
A
强度理论简述
材料性能和许用应力的确定
σs σb
＝ i
n安
强度理论简述
建立强度条件
•应力计算 •许用应力的确定 •建立强度条件
强度理论简述
强度理论核心
不考虑安全系数
b
3.2 影响强度不足的因素
• 载荷变化：误操作，意外情况等 • 材料强度变化：材质问题、超温、材料劣化损伤等 • 承载截面变化：腐蚀引起的整体或局部减薄等
4.1 断裂力学简述－断裂判据
有裂纹结构
KI KIC
KIC材料性能参数
无裂纹结构 强度理论：
或
b
应力强度因子
• Stress intensity factor
形状系数
由Irwin等1957 年导出。Kies 的缩写，Irwin 的同事。
KI Y a
裂纹尺寸 载荷因素
弹性力学
线弹性断裂力学
韧性破坏断口的显微形貌特征
脆性破坏断口的显微形貌特征
4.断裂（有缺陷结构）
4.1 断裂力学简述 4.2 影响结构断裂的因素 4.3 破坏的特点 4.4 缺陷产生的原因 4.5 防止措施
4.1 断裂力学简述
有裂纹结构
，
无裂纹结构 应力分布均匀：
第8章 压力容器的故障与失效
• 盛装易于发生聚合反应的碳氢化合物的容 器，因容器内部分物料可能发生聚合作用 释放热量，使 容器内气体急剧升温而压力 升高。用于高分子聚合反应的高压釜有时 会因原料或催化剂使用不当或操 作失误， 使物料发生爆聚释放大量热能，而冷却装 置又无法迅速导热，因而发生超温，酿成 严重安全 事故。
• 2013 年 6 月四川泸沽铁矿发生的储气罐爆 破事故，事后分析空压机未带后冷却器、 油水分离器， 导致进入储气罐的压缩空气 温度超过 150℃（超温运行），储气罐内的 积炭层和机油在高温压缩空气作 用下自燃， 燃烧后产生大量气体，致使安全阀排放跟 不上，压力上升，超出储气罐的可承受压 力，使 其产生塑性变形，筒体胀粗减薄， 最后发生爆破，图 8.3 为事故后的储气罐照 片。
• 曾经在检验中碰到一台液化石油气储罐进 行水压试验，在压力表显示 0.4MPa 时， 声发射监控定 位出现大量事件信号，赶紧 停止升压查找原因，结果发现是压力表接 管堵塞，导致显示压力明显小于 实际压力， 经排污后压力迅速升至 1.0MPa，幸亏在进 行声发射检测监控，否则可能出现超压将 液化石 油气储罐打爆的事故。
8.1 压力容器常见故障
• 一般将压力容器出现与 预定生产工艺不同 的异常情况即认为发生故障，比较常见的 是超温、超压、异常变形、异常振动、异 常综合噪声、变形、泄漏、腐蚀、安全附 件损坏等。
• 当容器内的压力超过了它的实际承载极限，会造成容器破 裂或爆炸事故。如能有效地控制容器超 压，则可大大地减 少或杜绝这类事故的发生，保证容器的安全运行。 • 压力容器的超压，实际上是由于物料的流动或其能量处于 非平衡状态，使物料或能量(或二者) 在 容器内积累造成的。 从引起这种积累的途径上，可将超压分成物理超压和化学 超压两大类。物料的突 然积聚、物料受热膨胀、液化气体 受热蒸发、过热蒸汽蒸发、瞬时压力脉动等属于物理超压， 可燃汽体燃爆、粉尘燃爆、放热化学反应失控等属于化学 超压。 操作失误或控制阀失灵引起易引起物料突然积聚超 压，乙炔、氧气瓶在太阳下暴晒易受热膨胀超压，过热液 体突沸如锅炉即将烧干时突然加入冷水引起的蒸汽爆炸， 水击等瞬时脉动超压，液化石油 气受热蒸发导致储罐压力 升高等均为物理超压的实际例子；操作不当导致容器内可 燃气体、可燃粉尘 燃爆等化学超压爆炸也有实例。
压力容器与管道失效分析和安全评价(PPT55张)
2.3 湿硫化氢环境腐蚀开裂引起的重大事故
2.3.1 湿硫化氢环境腐蚀开裂机理
湿硫化氢环境促进钢的氢致开裂有多种形式，包括硫 化物应力腐蚀(SSC)、氢鼓泡(HB) 、台阶状氢致开裂 (HIC)、应力导向氢致开裂(SOHIC)。H2S的存在可以 抑制分子氢的形成，促进原子氢向金属内部扩散。湿
硫化氢在水中发生离解： 钢在硫化氢的水溶液中发生电化学反应： 阳极反应： 阴极反应： 一般认为高强度钢硫化物应力腐蚀(SSC)在80℃以下 温度发生。
2.1.3北京东方化工厂“6·27”特大火灾爆炸 事故
• 1997年6月27日北京东方化工厂罐区发生了 特大火灾爆炸事故，死亡20余人。 • 经过事故调查结论为：石脑油A罐“装满外 溢”蒸发，造成大面积的石脑油气的爆炸、 爆燃、燃烧，最后引起乙烯B罐的爆炸。 • 石脑油A罐“装满外溢”(“冒顶”)是整个事 故的起因，显然应属于违章操作引起的责任 事故。
2.1.1 西安“3·5”液化石油气站特大爆炸 事故
1998年3月5日，西安液化石油气站2个 400 m3球罐发生特大爆炸事故。 事故过程为：下午4：40发现1号球罐下部 排污管道法兰泄漏，虽然消防战士和职工 奋力抢救，但由于没有先进的堵漏技术， 泄漏持续约3h，整个厂区充满了石油气， 配电间电火花引爆，形成厂区大火，使球 罐温度急剧升高，最终物理爆炸。 法兰泄漏与一只紧固螺栓的疲劳断裂有关。 ห้องสมุดไป่ตู้故性质确定为设备事故。
2.1.2 四川七桥输气站“7·18”爆炸事故等
1998年7月18日，四川大天池气田天然气管线七桥输气站分离 器管道发生特大爆炸事故。 事故过程：7月17日在修复泄漏的法兰后，进行用天然气置换 管道系统内的空气作业，置换气流速度为20.6m/s，远大于技 术标准要求的小于5m/s，随后工作人员发现管道有升温、升压 现象，进行了水冷降温和放空处理，效果不明显，在打开管道 系统的一个阀门时发生了管道弯头处的爆炸。 爆炸管道弯头为20钢273×9无缝管弯制，材质正常。大的爆炸 碎片有6块，最重的为18.8kg，飞出318m远。爆炸源区断口为 塑性剪切，壁厚明显减薄，快速断裂区断口有人字纹，尖端指 向源区。管道内发现有硫化铁产物。为了确定爆炸性质，在现 场调查的数据基础上，进行了爆炸能量的估算，确认该事故为 化学爆炸，是管道内天然气与空气混合达到爆炸极限，起因是 管道内有氧存在使硫化物自燃。 1997年大庆油田、1998年中原油田发生的两起注天然气压缩机 出口管爆炸事故，均为天然气的化学爆炸，与七桥事故相似。
容器失效与设计准则
许用应力以内，防止容器在使用寿命内发生蠕变失效。
脆性断裂失效设计准则：
强度失效设计准则
在常温、静载作用下，屈服和断裂是压力 容器强度失效的两种主要形式。 弹性失效设计准则 塑性失效设计准则 爆破失效设计准则 弹塑性失效设计准则 疲劳失效设计准则 蠕变失效设计准则 脆性断裂失效设计准则
1. 强度失效设计准则
2. 刚度失效设计准则
在载荷作用下，构件的弹性位移和（或）转角不得超过规定 的数值。
3. 失稳失效设计准则
压力容器设计中，防止发生失稳。例如：仅受均布外压的圆 筒，外压力应当小于周向临界压力。
4. 泄漏失效设计准则
容器发生的泄漏率（单位时间内通过泄漏通道的体积或质量） 小于允许值。
压力容器设计准则大致可分为强度失效设计准则、 刚度失效设计准则、失稳失效设计准则和泄漏失效设计 准则。对于不同的设计准则，安全系数的含义并不相同。
压力容器设计时，应先确定容器最有可能发生的失 效形式，选择合适的失效判据和设计准则，确定适用的 设计规范标准，再按规范标准要求进行设计和校核。
设计准则
压力容器设计准则大致可分为：
d．泄漏失效
由于泄漏而引起的失效，称为泄漏失效。泄漏不 仅有可能引起中毒、燃烧和爆炸等事故，而且会造成 环境污染。设计压力容器时，应重视各可拆式接头和 不同压力腔之间连接接头（如换热管和管板的连接） 的密封性能。
压力容器失效
需要指出，在多种因素作用下，压力容 器有可能同时发生多种形式的失效，即交互 失效，如腐蚀介质和交变应力同时作用时引 发的腐蚀疲劳、高温和交变应力同时作用时
引发的蠕变疲劳等。
失效判据与设计准则
a．失效判据
压力容器失效准则的应用分析
０ 前
言
１ 现 行 的几 种 主要 失效 准 则
１ １ 弹 性 失 效 准 则 ．
压力 容 器在承 压状 态下工 作 ，并且 所接 触 的
介 质多 为高温 或易燃 易爆 物 。它们 在使 用过 程 中
一
认 为 当容器 内壁 金属 达到材 料 的实 际屈服 点 时 ，即 出现 塑性 变形 ，丧失 了完全弹 性状 态 。容 器 此 时 已经 失效 。该 准则把 容器 工作 限制 在完全 弹 性状态 ，它认 为材料 一旦 出现 塑性 变形 ，将会
变失 效等 。本研 究 以压 力管 道为 例 ，对 弹性 失效
准则 、塑 性失效 准则及 爆破 失效 准则进 行分 析 。
２ 有 限 元 分 析
采 用 Ａ ｓｓ０ ｎｙ １． 限元 分 析软 件 ，针对 ５种 ０有 壁厚 的管道进 行基 于弹性 失效 准则 、塑性 失效 准
则 的失 效压 力分 析 计算 ，管 道材 料 为 ２ ０钢 。其
１ ３ 塑 性 失 效 准 则 ．
应变 ｅ
认为容器 内表 面材 料 出现 塑性 变形 后 ，由于 受外 部弹性 材料 的约束 ，塑性 变形 被 限制在 较小
图 １ Ｏ钢常温下的名义应 力 一应变曲线 图 ２
的范 围 内 ，容器并 没有 达到危 险状 态 。仅 当塑性
变 形 由 内 壁 扩展 到外 壁 时 ，容 器 体 积 有 较 大 膨
胀 ，出现不 稳定 现象 。此时才 达 到承压 极 限 ，该
准则 把器壁 整体 屈服作 为容 器失效 标志 。
１ ４ 爆 破 失 效 准 则 ．
对于理 想塑 性材料 ，当容器 整体屈 服 ，即使
压力 不再升 高 ，塑性变 形仍会 不 断扩大 ，壁 厚不
海洋平台压力容器常见失效形式及检测方法分析
海洋平台压力容器常见失效形式及检测方法分析摘要：我国在压力容器检验检测方面极为重视，经过反复测试设置了针对性的标准，只有满足这一安全标准的压力容器才能够被投入使用，一旦发现不符合标准要求的压力容器，则需要立即按照相应的制度予以处理，使得压力容器在多个领域的使用都能够在安全性方面得到有效的保障。
不过在压力容器的检验检测的过程中也存在着一定的误差问题，这也就使得压力容器的使用存在着一定的隐患，想要改变这一现状，就必须从问题的根本入手，加强对压力容器检验检测误差控制方面的研究。
由此可见，对压力容器检验检测误差的影响因素及对策探讨进行探究是十分必要的，具体策略综述如下。
关键词：压力容器失效；原因分析；风险防范；建议引言无损检测技术在压力容器的生产加工和质量检测等方面具备良好的应用前景。
例如，常见的磁粉检测、射线检测以及超声波检测等方法，都可以通过技术特性对容器内外部的结构特性和微观损伤等情况进行检测，精确查找容器内部的损伤部位，便于检修人员正常开展维护工作。
在实际的技术应用过程中，需要依据各类技术的优势特点和容器设备特性选择检测合适的技术，从而保障检测结果的精确性。
1压力容器概述压力容器是一种密封设备，其主要用于承装液体以及气体，本身能够承载一定的压力，在我国的工业、农业、军工等多个领域发挥着较大的作用和价值，是我国综合国力提升以及经济发展必不可少的存在。
随着时代的发展和人们对压力容器的诉求的提升，压力容器的类型也随之呈现出了多样化的发展状态，能够依据实际需求对压力容器的设计、制造等进行针对性的调整，并且为了保障压力容器的质量和安全性，我国还在压力容器的设计和制造等方面做出了相应的要求，设置了一定的标准，并且针对进口的压力容器，还设有相应的检验检测流程，只有获得安全检验证书的压力容器才能够被投入使用，未能通过检验的压力容器一律不允许进口，可见其重要性2反应釜裂纹产生原因通过实地考察发现，这台反应釜属于快开门式的压力容器，最早使用于2009年3月。
压力容器失效模式
压力容器失效模式损伤与失效的不同之处在于损伤是指容器在外部机械力、介质环境、热作用等单独或共同作用下，造成的材料性能下降、结构不连续或承载能力下降，损伤是一个过程；而失效是损伤积累到一定程度，容器强度、刚度或功能不能满足使用要求的状态。
发生损伤后不一定失效，而发生失效则一定存在损伤。
失效模式是压力容器的设计基础，设计方法（准则）必须针对失效模式，对压力容器检验结果的评价，也是建立在失效模式的基础上；而对压力容器运行过程中损伤模式的识别，有助于定期检验方案的制定，利于在设备发生失效前及时进行修复或报废等处理。
正在制定的压力容器国际标准ISO 16528 Boilers and pressure vessels综合世界主要工业国家的技术标准，参照欧洲标准的内容，针对锅炉和压力容器常见的失效形式，在标准中将失效模式归纳为三大类、14种，明确了针对失效模式的设计理念：第一大类：短期失效模式（Short term failure modes）：脆性断裂（Brittle fracture)韧性断裂（Ductile rupture)超量变形引起的接头泄漏（Leakage at joints due to excessive deformations）超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂（Crack formation or ductile tearing due to excessive local strains）弹性、塑性或弹塑性失稳（垮塌）（Instability - elastic, plastic or elastic-plash。
）第二大类：长期失效模式（Long term failure modes）蠕变断裂（Creep Rupture)蠕变—在机械连接处的超量变形或导致不允许的载荷传递（Creep- excessive deformations at mechanical joints or resulting in unacceptable transfer of load）蠕变失稳（Creep instability〕冲蚀、腐蚀（Erosion，corrosion）环境助长开裂如：应力腐蚀开裂、氢致开裂（Environmentally assisted cracking e.g. stress corrosion cracking, hydrogen induced cracking, etc)第三大类：循环失效模式（Cyclic failure modes）：扩展性塑性变形（Progressive plastic deformation）交替塑性（Alternating plasticity）弹性应变疲劳（中周和高周疲劳）或弹-塑性应变疲劳（低周疲劳）Fatigue under elastic strains(medium and high cycle fatigue) or under elastic-plastic strains（low cycle fatigue) 环境助长疲劳（Environmentally assisted fatigue）经过多年的实践和参照国际上同类标准的技术内容，GB 150-2011《压力容器》在技术内容中直接和间接考虑了如下失效模式，并针对所考虑的失效模式确定了相应的设计准则和强度理论：a)脆性断裂（Brittle fracture）：通过材料选用要求、材料韧性要求、制造和检验要求、以及结构形式要求，防止脆性断裂的发生；b) 韧性断裂（Ductile rupture）：通过材料选用要求、结构强度设计方法、许用应力规定，防止韧性断裂的发生；c)接头泄漏（Leakage at joints）：通过法兰设计方法和特殊密封结构的设计方法，结构要求以及对密封垫片和螺柱、螺母的要求，防止接头泄漏的发生；d）弹性或塑性失稳（Elastic or plastic instability）：通过外压结构设计方法防止整体失稳；通过局部的应力分析和评定，控制局部塑性失稳；e）蠕变断裂（Creep rupture)：通过限制材料的使用温度范围控制蠕变断裂的发生。
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压力容器失效分析
如何开展失效分析工作
• 开展失效分析需要领导的重视和支持； • 需要有硬件的保证； • 需要失效分析人员有较高的素质； • 有正确的失效分析思路和失效分析步骤。
压力容器失效分析
对失效分析人员的要求
1、实事求是，用事实说话，勇于坚持真理； 2、敏锐的观察力和熟练的分析技术，善于 捕捉失效信息和证据； 3、正确的失效分析思路和良好的失效模式、 失效原因判断能力，要有“医生的思路，侦 探的技巧”； 4、善于学习，他人、书本、实践等； 5、扎实的专业基础知识和较广的知识面。
压力容器失效分析
失效分析的步骤
• 4 )深入分析研究： 失效件的宏观检查；断口 分析；无损探伤检查；表面及界面成分分析； 局部或微区成分分析；相结构分析等。
• 5 )综合分析归纳，推理判断提出初步结论 • 6 )撰写失效分析报告。
压力容器失效分析
失效分析的思路
失效分析全过程的思维路线。是指在思想 中以机械失效的规律为理论依据，把通过调 查、观察和实验获得的失效信息分别加以考 察，然后有机结合起来做为一个统一整体综 合考察，以获取的客观 事实为证据，全面应用 逻辑推理的方法，来判 断失效事件的失效模式， 并推断失效原因。
压力容器失效分析
失效分析的思路
1、撒大网逐个因素排除的思路 操作人员、机械设备系统、材料、
制造工艺、环境和管理 2、失效树（故障树） 3、逻辑推理
演绎推理、归纳推理、类比推理等
压力容器失效分析
材质工艺引起 延性断裂
材质工 艺复查
延性断裂
引起延性 断裂设计
设计复 核
严重超载引起 延性断裂
使用受 力分析
热
加
金相组
工
织力学
失
性能检
效
查
冷
加
尺寸表
工
面质量
失
检查
效
结
构
设
设
计
计
复
失
核
误
选
材 失
材料强 度复核
误
压力容器失效分析
断口分析
断口分析的任务：
1. 确定断裂的宏观性质：延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂 2. 确定断口的宏观形貌：纤维状断口、结晶断口、放射花样、
剪切唇 3. 查找裂纹源区的位置和数量 4. 确定断口的形成过程，裂纹从何处发展、向何处扩展、扩
压力容器失效分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2020/11/14
压力容器失效分析
提纲
• 失效和失效分析基本概念 • 失效分析作用 • 失效分析的步骤和思路 • 断口分析 • 失效案例简介
压力容器失效分析
失效的概念
失效： GB3187-82中定义，产品丧失规定的功
能。对可修复产品通常也称故障。 结构、零件或机器的形状、尺寸或材料
压力容器失效分析
失效分析是从现在入手着 眼于未来的科学，是从失败 入手着眼于成功的科学。
压力容器失效分析
失败
失效分析预测预防 知识的探索和创新
科技的进步和提高 人类的进化和发展
成功
失效是成功之母
压力容器失效分析
失效分析是一个复杂的过程
失效分析是一个十分复杂的过程，特 别是一个大系统的失效，一般工作条件复 杂、可疑点较多、难度也大，对失效人员 的要求是知识面要广，并具有一定深度， 以及丰富的实践经验。
压力容器失效分析
失效分析的作用
3、失效分析可为裁 决事故责任、侦破 犯罪案件、开展技 术保险业务、修改 和制订产品质量标 准方面提供可靠科 学技术依据
压力容器失效分析
失效分析的作用
4、失效分析可为技术开发、技术改造、 技术进步提供信息、方向、途径和方法
5、失效分析可为各 级领导进行宏观经 济 和技术决策提供重 要 的科学的信息来源。
• 解理断裂的微观形貌特征：河流花样、解理 台阶、舌状花样、扇形花样、羽毛花样等。
压力容器失效分析
断口的微观分析
压力容器失效分析
断口的微观分析
压力容器失效分析
断口的微观分析
• 准解理断裂：塑性变形 量大于解理断裂又小于 延性断裂，在片状马氏 体、回火马氏体及贝氏 体组织的钢中常可看到。 是一种脆性穿晶断口。
性能发生改变，不能满意地执行预期的功能。 突发性、渐进性和间歇性。
压力容器失效分析
失效分析的概念
判断失效模式、查找失效的原因和 机理，提出防止类似事故再次发生的技 术活动和管理活动。
压力容器失效分析
失效分析的作用
飞机材料由于缺陷在不同阶段所造成损失 的例子：
草图阶段损失为1 生产阶段再发现损失为10 终检阶段损失为100 出厂使用后损失为1000 带入产品改型损失为10000 因缺陷失事损失达10万至100万
压力容器失效分析
无夹杂物的等轴韧窝
ZG25钢 每个韧窝中有—球形硫化锰夹杂物
压力容器失效分析
剪切韧窝
撕裂韧窝
压力容器失效分析
断口的微观分析
• 解理断裂：晶体材料因受拉应力作用沿着某 些严格的结晶学平面分离的过程，其断口为 解理断口。
• 解理断裂前几乎没有塑性变形，宏观特征是 结晶状小刻面，“放射状”或“人字形”花 样
压力容器失效分析
失效分析的步骤
• 1)现场调查，包括保护失效现场，查明 事故发生的时间、地点及失效过程。收 集残骸碎片，保护好断口，写出现场调 查报告等。
• 2) 收集背景材料：设备的基本参数、 运行记录、维修记录、失效历史情况、 设计图样及说明书等
• 3) 技术参量复验：对材料的化学成分、 金相组织、常规力学性能等的复验
展的速度 5. 确定断裂的微观机制：解理、准解理、微孔型，沿晶、穿
晶 6. 确定断口表面产物的性质
压力容器失效分析
断口的微观分析
• 钢铁材料在外力作用下因 强烈滑移位错堆积，在变 形大的区域产生很多显微 空洞。或因夹杂物破碎， 夹杂物和基体金属界面的 破碎而形成许多微小孔洞。 孔洞在外力作用下不断长 大，聚集形成裂纹直至最 终分离，这种断裂方式称 为微孔聚集型断裂（过载 断裂）其断口为韧窝断口
压力容器失效分析
断口的微观分析
• 沿晶断裂：
沿晶正向断裂 延性断裂 应力腐蚀开裂 疲劳断裂
压力容器失效分析
断口的微观分析
压力容器失效分析
失效分析的作用
1、失效分析可以减少和 预防机械产品同类失效 现象重复发生，从而减 少经济损失和提高机械 产品质量
压力容器失效分析
失效分析的作用
2、失效是产品质量控制网发生偏差的 反映，失效分析是可靠性工程的重要基 础技术工作，是机械产品全面质量管理 中重要组成部分和关键技术环节。