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；