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。

5）蠕变失效：容器在长期高温下受力会发生蠕变，出现蠕变损伤、变形，导致失效。

6）密封失效：密封垫材质有问题；安装不良，造成泄漏而导致失效。

7)其他：A）材质劣化长期在高温下运行材质会发生劣化现象，材质劣化有三种石墨化、珠光体球化、合金元素重新分布。

以上三个原因使强度下降，或脆化。

B）制造遗留缺陷，使用中进一步发展。

压力容器、压力管道事故分析一．失效事故的技术检验1．1事故现场处理和调查压力容器及压力管道容易发生泄漏和爆炸事故并引发灾难性后果，主要表现在：冲击波伤害、火災、毒性伤害、电击伤害等这无疑会造成不同程度的人员伤害、建筑物损毁、设备与仪表电器的破坏。

事故发生后必须立即进行事故现场紧急处理，包括物料的紧急处理和危险电源的切断。

（1）现场的保护和记录事故现场必须得到严格的保护，防止遭有意或无意的人为破坏，以免事故分析时得到错误的结论，事故发生后必须立即在现场做好各种记录，应侧重以下几个方面：（a）收集现场的各种的操作记录、损坏仪表指针的指示位置、安全阀是否有泄放的迹象，爆破片是否爆破，如爆炸事故，爆炸后的碎片要进行收集，并记下它的位置。

（b）断口保护。

（c）做好现场记录。

（2）事故调查分析要求和内容事故调查应按法规组成的事故调查组主持进行，调查的要求和内容如下。

（a）明确划定事故现场的范围，做好现场护栏和现场保护工作。

（b）了解事故过程的有关情况。

（c）收集有关事故设备的所有文档。

（d）进行必要的技术检验和鉴定工作，确认事故的过程、性质、原因、破坏形式、事故责任。

（e）提出处理意见、必要的整改要求。

1。

.2失效状况的外观检查失效状况的外观检查的重点是变形情况和断裂情况，若涉及腐蚀与磨损时重点还有表面状况。

（1）变形情况检查失效构件的变形情况是指（a）对于容器类构件：检查是否有碎片，总体变形有无鼓胀，如有碎片，应收集碎片及散落的各种的另部件，并记录其的尺寸和重量及其位置（直线距离），有被无阻挡或撞击的痕跡。

以便今后估算爆炸力的大小。

（b）没有爆炸碎片的应检查其变形情况，测量容器的直径最大变形量、周长变形量、壁厚减薄量及断口处减薄量等，以便判断是否是韧性断裂。

（c）对轴类、杆类的另件检查是否存在明显的弯曲，或断裂时有无明显的局部变形，或在没有明显的变形时便折断。

（d）对于高温炉管、高温管道、高温下使用的容器，检查它是否发生了鼓胀（蠕胀）变形，是否存在明显的弯曲或扭曲。

有没有裂缝。

测量变形的数据，以便进行的定量描述。

（2）裂纹检查重点检查应力集中部位和焊缝部位。

它可以用磁粉或渗透探伤耒检查，也可以用放大镜检查。

检查结果可能有多条裂纹，一般检查断口附近的变形量可以判断出过度变形的先后次序。

（3）表面状况检查构件表面在运行中最容易引起的失效是腐蚀和磨损。

主要检查表面腐蚀的宏观形貌，包括腐蚀产物的颜色、厚度、疏松状况和基体金属的表面状态等。

如没有腐蚀覆盖物时其表面是否光洁，是否有腐蚀坑，腐蚀坑底是否有裂纹和穿过壁厚的小孔。

如果裂纹和坑外裂纹相连，则可能存在应力腐蚀或疲劳及腐蚀疲劳。

3．材料的检验和鉴定a)化学成份检验：这种检验主要目的是检查材料是否错用、是否存在氢蚀、不锈钢的镍含量分析。

一般采用化学分析或光谱分析。

b)力学性能检验：它用于检验材料性能是否下降。

排除因材料力学性能劣化而导致损坏。

c)金相检验：用于检验材料组织是否劣化。

它可用金相或电子显微镜检查。

特别是扫描电子显微镜检查断口有特别的效果。

.4．断口的形貌的检验和分析断口的形貌的检验分宏观检验和电子显微镜检验两大类。

（1）断口的宏检验与分析a)断口宏观分析的主要内容：①确定裂纹断裂时的扩展走向。

②确定裂纹源的位置。

③初步判定断裂的性质。

B)宏观断口三要素：宏观断口三要素为纤维状区、放射纹及人字纹区、剪切唇区。

纤维状区是韧性断裂的起裂源区。

放射纹及人字纹区是达到临界状态后的快速断裂区。

剪切唇区是发展到近表面的接近平面应力时的剪切区。

（2）断口的电子显微镜检验和分析在断口宏观检验分析的基础上，再进行电子显微镜特别是扫描电子显微镜分析，扫描电子显微镜检查的目的有四个方面。

①分析断裂机制；②分析材料夹杂物状态；③分析材料的固态相变劣化程度；④弄清应力腐蚀的原因。

5．压力容器爆炸的能量爆炸是一种能量释放过程，其过程极为迅速，它引起的破坏是事故中最严重的。

爆炸可分为物理爆炸和化学爆炸。

物理爆炸是单纯的受压缩液体和气体将容器胀破而发生的爆炸。

因剧烈的化学反应，容器立即承受高温高压的作用而迅速破坏称为化学爆炸。

物理爆炸是一种能量突然释放的物理过程。

它的能量可以用热力学方程进行计算。

化学爆炸是化学物质发生激烈反应、分解、快速燃烧时产生的瞬时能量计算极为复杂，且不易算准。

从能量计算中我们可以大致可以判断出是物理爆炸还是化学爆炸，一般若现场破坏所相当的TNT**爆炸时的冲击波能量基本上等于按物理爆炸计算出的能量，则可判断为物理爆炸。

若大大地大于此能量，则大致上可以认为是化学爆炸。

不论是物理爆炸还是化学爆炸，爆炸时会产生冲击波，它是爆炸时产生的压力波动，在离爆炸中心一定距离的某一点上开始时压力急速上升到某一很大的正压，然后又迅速降低为低于大气压的负压，以后又升高，逐步衰减着向四周传佈。

6．失效分析中的验证试验失效分析中对一些疑难问题或涉及到的重大责任认定问题时需要进行验证试验耒进行认定。

验证试验大致有四个方面的试验。

（1）材料验证试验：如材料组织劣化，需要用试验耒验证。

（2）腐蚀失效验证试验：分析腐蚀或应力腐蚀的原因时需要进行验证性试验。

（3）模拟应力测试试验和有限元应力分析：对于重大失效事故，要进行应力测试，以便弄清该部位的应力分佈和应力集中系数。

（4）模拟爆破试验和安全泄放装置试验：为了确定压力容器或压力管道的爆破压力可以进行模拟压力试验。

这类试验有三种。

①安全阀压力试验；②爆破片爆破试验；③压力容器爆破试验。

2压力容器失效事故综合分析和诊断二．效事故的综合分析（1）确定失效形式在经历了一系列技术检测分析研究之后，在综合分析后首先应针对失效导致最终破坏的严重程度确定失效形式，一般可以分为五种形式。

（a）过度变形：凡是总体上或在某一薄弱的局部发生了永久性的过度变形均是失效。

（b）过度磨损：过度磨损将使运动副的间隙加大或机械的精度降低，导致振动严重；或者设备及管道的壁厚减薄导致过度变形。

（c）泄漏：包括密封件失效引起的超量泄漏，以及因局部裂纹扩展导致局部穿透壁厚引起介质的泄漏甚至喷出，均有可能引起燃烧或二次爆炸与人员中毒，使装置停运。

（d）断裂：对设备耒讲断裂会造成设备停运。

对压力容器或压力管道耒讲可能会引起介质大量喷发，造成燃烧、爆炸与人员中毒等大事故。

（e）爆炸：在受压容器上，其裂口比较大或撕裂时，就会发生爆炸。

（f）压力容器或压力管道的撕裂或爆炸事故可以分为下列四种情况。

①正常压力下爆炸：由于存在超标缺陷或大面积局部减薄，或局部过热造成材料强度急剧下降所致。

是属于物理性爆炸。

②超压爆炸：如液化气超装引起的压力升高，导致的超压爆炸。

也是属于物理性爆炸。

③化学爆炸：由急速的不正常的化学反应所引起的。

④二次爆炸：可燃气体或可燃液体的蒸气与空气混合产生可燃气体云在容器外的爆炸，其触发能量要求极小，引起的災害性很大。

2.确定失效类型压力容器的失效类型是根据失效时表现出的性态（韧性与脆性）或失效的机理（微孔聚集、觧理、疲劳、腐蚀、蠕变及磨损）耒综合考虑。

按习惯分：韧性失效（或破断）、脆性破断、疲劳失效、腐蚀失效、蠕变失效等五种基本失效类型。

除此还有复合型的交互失效（如腐蚀疲劳、蠕变疲劳等），以及密封失效和磨损失效。

要鉴别以上各种失效类型，除必需按运行工况的可能性作为基本依据之外，更主要的是按失效后的变形形态、形貌特征、断口特征、材料分析与金相分析等各种技术鉴定的结果进行综合性的鉴别。

3．确定失效事故的原因失效事故的原因主要为结构设计、材料、制造和运行管理四大方面。

（1）材料因素：设备的失效经常会因材料的原因导致发生，如材料的力学性能低、可焊性差、不耐磨、抗腐蚀性不好、高温下抗氧化性差。

材料中存在冶金缺陷、制造中存在工艺缺陷，甚至用错材料。

使用中材料劣化（在高温下长期运行逐步发生珠光体球化）等，这些因素均能导致压力容器或压力管道失效。

（2）结构因素：设计时选用了不适应实际工况的结构。

如存在交变载荷的容器，在结构中没有采用周到的防止应力集中和降低应力集中系数的措施。

虽然选用了耐蚀材料，但在结构上存在缝隙和死角，运行后出现缝隙腐蚀。

（3）受力因素：压力容器或压力管道在运行中它受的载荷有三类，压力载荷、温度载荷和机械载荷。

各种载荷在容器或管道内产生的应力可以分成四类，拉伸、压缩、弯曲和剪切应力。