圆筒压力容器振动失效特性分析
压力容器失效原因分析及防范建议研讨
压力容器失效原因分析及防范建议研讨摘要：在工业生产中，压力容器的应用十分常见，属于一种重要的承压特种设备，有利于保证工业生产稳定运行，广泛应用于化学反应、物质分离与存储以及热交换等工作。
从理论上看，压力容器性质较为特殊，无论哪种压力容器，均需要进行严格的管理，构建良好的应用条件，否则，有可能发生化学或物理性质的爆炸。
高水平的压力容器生产、管理以及后续维护，不仅可以有效降低事故发生的风险，还能彰显一个国家生产水平以及科技的先进性。
现阶段，我国各领域飞速发展，压力容器应用范围更加广泛，这就对压力容器安全使用提出了新要求，企业务必定期开展压力容器监测工作，严格遵守《固定式压力容器安全技术监察规程》中的相关规定，将安全风险降至最低，实现经济实用性最大化。
关键词：压力容器；失效；防范建议引言压力容器在运行过程中容易受到自身和外在因素的影响，其具有独特的属性特点，因此存在一定的安全隐患。
为了最大限度地降低压力容器运行过程中的安全隐患，全面确保压力容器的质量，需要企业不断强化质量监督和安全检验工作的力度，为压力容器的使用创设良好、安全的环境，促进压力容器作用的最大发挥。
1压力容器含义压力容器是一种用于反应、传热、传质、分离、贮存等工艺技术的装置，通常压力容器内气压大于0.1MPa。
压力容器作为一种特殊的承压设备，其结构因其生产要求和用途而异，同时不同类型的压力器各自特征也不同。
但归根结底，压力容器因为自身的承压性本质决定了在任何一种压力容器中都存在着物理和化学爆炸的可能性。
压力容器是我国工业生产的重要组成部分，其生产技术、经营水平是衡量一国工业文明程度的一个重要指标。
由于我国越来越重视压力容器，以及测试技术的进步，对压力容器的管理提出了更高的要求。
然而，但在实际生产中，还存在着许多问题和不足，从而使企业的安全和风险更加突出。
2压力容器失效原因分析2.1裂纹裂纹的常见种类有以下四种：设备发生局部损伤后，损伤部位因应力集中并在长时间压力与温度的作用下演化出的蠕变裂纹，主要发生在高温金属设备部件中；承压设备长期与浓度较大的碱性介质接触产生的应力腐蚀裂纹；机械加工过程中因工艺控制失准而产生的焊接裂纹；因设备某些部位在运行中承受较大内压而形成的疲劳裂纹。
压力容器失效几大形式分析
压力容器在规定的使用环境和寿命期限内，其容器形状、材料性能等发生变化，完全失去原设计功能，或未能达到原设计要求，而不能正常使用的现象称之为压力容器失效。
常见的压力容器失效形式大致可以分为强度失效、刚度失效、失稳失效和泄漏失效四大类。
一、压力容器强度失效：压力容器在压力等荷载的作用下，因材料屈服或断裂而引起的失效形式，称为强度失效。
通常包括：1、韧性断裂：在压力等荷载作用下，产生的应力值达到或接近器壁材料的强度极限而发生的断裂。
压力容器一般有碳钢压力容器，通常碳钢压力容器的韧性断裂的主要原因是壁厚过薄(设计壁厚不足和厚度因腐蚀而变薄)、内压过高或选材不当、安装不符合安全要求。
2、脆性断裂：容器没有明显的塑性变形，且器壁中的应力值远远小于材料的强度极限甚至低于材料的屈服极限而发生的断裂。
脆性断裂的主要原因在于材料的脆化(材料选择不当、材料加工工艺不当、应变时效、运行环境恶劣)和材料本身的缺陷。
3、疲劳断裂：压力容器受到交变荷载的长期作用，材料本身含有裂纹或经一定循环次数后产生裂纹，裂纹扩展使容器没有经过明显的塑性变形而突然发生的断裂。
疲劳断裂过程可分为裂纹萌生、扩展和断裂三个阶段。
4、蠕变断裂：压力容器在高温下长期受载，随着时间增加材料发生缓慢的塑性变形，塑性变形经长期积累而造成厚度明显减薄或鼓胀变形，最终导致容器断裂。
压力容器发生蠕变时，一般壁温达到或超过其材料熔化温度的25%～35%。
蠕变断裂的变形量取决于材料的韧性，断裂时的应力值低于材料使用温度下的强度极限。
5、腐蚀断裂：压力容器材料在腐蚀介质作用下，如碳钢罐，因均匀腐蚀导致壁厚减薄及材料组织结构改变或局部腐蚀造成的凹坑，使材料力学性能降低，容器承载能力不足而发生的断裂。
压力容器腐蚀机理有化学腐蚀和电化学腐蚀。
腐蚀形态有均匀腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀、氢腐蚀、双金属腐蚀等。
二、压力容器刚度失效：由于压力容器过渡的弹性变形而引起的失效。
压力容器厚壁圆筒的弹塑性应力分析
未来发展方向和前景展望
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有限元法的优缺点及其在 工程实践中的应用案例
厚壁圆筒的弹塑性应力分析中的材料模型
理想弹塑性模型：假设材料在受力过程中遵循胡克定律，忽略材料的应变率效应 和温度效应。
弹塑性有限元法：将厚壁圆筒离散化为有限个单元，每个单元的应力应变关系通 过弹塑性本构方程描述。
增量理论：基于增量形式的本构方程，考虑了前一次加载时残留在材料中的应力 场对当前加载的影响。
厚壁圆筒的弹塑性应力 分析的未来发展
PART 01 添加章节标题
PART 02
压力容器厚壁圆 筒的弹塑性应力
分析概述
压力容器厚壁圆筒的结构特点
厚壁圆筒由金属材料制成，具有高强度和耐腐蚀性能。 厚壁圆筒的结构设计应满足压力容器的工艺要求和使用条件。 厚壁圆筒的厚度通常较大，以承受内压和其他附加载荷。 厚壁圆筒的制造过程中需要进行焊接、热处理、无损检测等质量控制措施。
PART 06
厚壁圆筒的弹塑 性应力分析的未
来发展
新型材料对厚壁圆筒弹塑性应力分析的影响
新型材料的出现将改变厚壁圆筒的弹塑性应力分析的边界条件和载荷条件。 新型材料的力学性能对厚壁圆筒的弹塑性应力分析的精度和可靠性提出了更高的要求。 新型材料的加工制造技术将促进厚壁圆筒的弹塑性应力分析方法的改进和发展。 未来将有更多的新型材料应用于厚壁圆筒的制造，需要进一步研究这些材料对弹塑性应力分析的影响。
提高压力容器的安裂而引起的安全事故 为压力容器的设计、制造和使用提供科学依据
PART 03
厚壁圆筒的弹塑 性应力分析方法
有限元法在厚壁圆筒弹塑性应力分析中的应用
有限元法的定义和原理
厚壁圆筒的弹塑性应力分 析的数学模型
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
压力容器设备失效分析
2023年第4期品牌与标准化Failure Analysis of Pressure Vessel EquipmentLI Bin(Haicheng Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute,Haicheng 114201,China)Abstract :Nowadays,people are increasingly valuing product quality and equipment reliability,which has become the determining factor in competing for the market.Therefore,it is urgent for the scientific and technological community and the engineering community to study the specific causes of machine equipment failures and improve preventive measures.This article elaborates on the basic concepts,methods,and procedures of failure analysis,and introduces the basic knowledge related to pressure vessel defects.The article delves into the theoretical basis,methods,practical engineering value,and development prospects of equipment failure analysis.Key words :pressure vessel;failure analysis压力容器设备失效分析李斌（海城市锅炉压力容器检验所，辽宁海城114201）【摘要】如今，人们越来越重视产品质量和设备可靠性，这已成为争取市场的决定因素。
压力容器失效分析与安全评定技术现状
285目前压力容器设备越来越向着大型化、复杂化、精细化的方向发展，与此同时，压力容器也越来越容易发生事故，尤其是设备失效。
压力容器设备失效会使生产活动停滞、机器损坏，严重时更有可能造成重大人身伤亡及财产损失。
因此，精确分析压力容器失效的原因，并对其进行有效的预防，对保障生产、保护人民生命财产具有重要意义。
1 压力容器失效分析失效，也就是失去其本应有的效用。
压力容器失效，是指在各项指标都符合压力容器运行的条件时，压力容器无法发挥出其应有的效能。
压力容器的失效分析，包括对失效原因的分析，以及对失效的预防方法分析。
其中，对失效的预防，也就是所谓的安全评定技术。
1.1 常见的设备失效原因密封处封头开裂。
这是因为压力容器制造过程中，对设备的应力分配不均衡，导致封头处受到较大的外力造成变形。
设备夹层，或不同形态物质的相接处的焊缝开裂。
这主要是因为机器设备在使用过程中内外温度不一致，温差较大，从而在这些焊接部位间出现应力，发生形变。
1.2 失效原因分析技术的整体流程封闭设备失效现场，避免人为破坏失效现场。
对失效现场进行调查取证。
首先要对设备失效的部位、碎片大小、脱落物的物理状态、设备出现的磨损、裂纹、形变情况等一切痕迹进行调查，并对失效发生时的在场人员进行询问。
其次，要对设备本身的情况进行调查，如型号、品牌、服务时间、维修记录等。
上述步骤得出的结果进行整体评估，找出失效原因，并分析失效的主要原因和次要原因。
根据失效原因提出应急措施，并做好预防设备失效的工作。
1.3 压力容器安全评定技术压力容器失效的预防，即安全评定技术的一般流程是：首先，将失效抗力指标、完整性评估标准按照完整性评估规范进行物理上的力学计算以及应力分析；其次，根据主要的失效抗力指标与材料，并结合实际的运行环境，进行工艺参数的改变，并对设备的结构进行必要的改造；再次，实行提高压力容器失效抗力指标的实验方案，并进行仿真的实验室试验；最后，进行实际的运行并进行监测，及时调整预防方案。
05_压力容器应力分析_厚壁圆筒弹性应力分析
05_压力容器应力分析_厚壁圆筒弹性应力分析压力容器是广泛应用于石油、化工、冶金、医药等行业的重要设备，用于存储和运输气体或液体。
在使用过程中，由于内外压差的存在，压力容器的壁会产生应力，如果超过了材料的极限承载能力，就会发生破裂事故。
因此，对压力容器的应力分析非常重要，通过分析容器内壁的应力分布情况，可以判断容器的安全性能，从而采取相应的措施保证其安全运行。
厚壁圆筒作为一种常见的压力容器结构，其应力分析是非常有代表性的。
在进行弹性应力分析时，首先需要确定内压力和外压力的大小。
通常情况下，我们假设容器的内部和外部都是完全承受压力的，即容器内部压力和外部压力均匀分布。
其次，我们需要了解容器的内径、外径、壁厚等几何参数，以及容器所使用的材料的弹性模量和泊松比等弹性性质参数。
在厚壁圆筒的弹性应力分析中，一般采用极限状态设计方法进行计算。
首先，可以根据容器内外压力差的大小，计算容器内部的径向应力和环向应力，这两个应力分量是产生破裂的主要因素。
然后，通过应力的叠加原理，将径向应力和环向应力合成为合成应力，进一步计算合成应力与容器材料的屈服强度之间的比值，根据这个比值可以评估容器的安全性能。
在实际应用中，为了保证压力容器的安全性能，通常会将容器的设计和制造有一定的安全裕量。
在计算容器的弹性应力时，需要将其与容器材料的屈服强度进行比较，以确保应力值处于安全范围内。
如果计算得到的应力值超过了材料的屈服强度，就需要重新设计容器的结构或者更换更高强度的材料，以满足安全性能的要求。
总之，压力容器的应力分析是确保容器安全运行的重要手段之一、通过对容器内壁的应力分布进行分析，可以评估容器的安全性能，并采取相应的措施保证其安全运行。
在进行压力容器的设计和制造过程中，应该遵循相应的规范和标准，确保容器的结构和材料能够承受内外压力的作用，从而保证容器在工作过程中不会发生破裂事故，保障工业生产和人身安全。
压力容器结构特性分析与设计
压力容器结构特性分析与设计1. 引言压力容器作为一种用于储存或输送物质的设备，广泛应用于工业生产和民用领域。
设计和使用压力容器需要考虑其结构特性，确保其能够安全可靠地承受内外压力。
本文将对压力容器结构的特性进行分析与设计。
2. 压力容器结构特性压力容器的结构特性主要包括强度、刚度和稳定性。
在设计中，强度是最基本的要求，即容器在最大工作压力下不发生塑性变形或破坏。
刚度则确保容器在内外压力作用下不会产生过大的变形，从而保证其功能的正常发挥。
稳定性考虑容器在受到外力或其他扰动时的抗倾覆和抗滚动能力。
3. 强度分析与设计压力容器的强度分析与设计主要考虑容器壁的应力分布和薄弱点的强化。
采用有限元分析等方法可以得到应力分布情况，进而对壁厚进行选择和优化。
例如，对于圆筒形容器，应力最大的地方一般位于筒体与头部的交界处，因此可以适当增加这一区域的壁厚以提高强度。
4. 刚度分析与设计刚度分析与设计旨在确保容器在工作过程中不变形或过度变形。
一种常用的方法是通过增加支撑结构或加装支撑环使容器刚度增加。
另外，也可以通过优化容器的几何形状来增加其刚度。
例如，对于圆筒形容器，增加半径或者长度可以大幅提高刚度。
5. 稳定性分析与设计稳定性分析与设计主要考虑容器在受到外力或其他扰动时倾覆和滚动的问题。
通过合理的设计和选择支撑结构、引入抗滚环或抗倾覆支撑装置等手段，可以提高容器的稳定性。
此外，对于高压容器，还可以考虑采用多层壳体结构，增加容器的整体刚度和稳定性。
6. 材料选择与焊接技术材料选择对压力容器的结构特性至关重要。
通常选择具有良好的强度和耐蚀性的材料，如碳钢、不锈钢、合金钢等。
对于一些耐高温或特殊介质的容器，还可以选择高温合金材料。
此外，焊接技术在容器的制造过程中也起到重要的作用，高质量的焊接可以提高容器的强度和密封性。
7. 结语压力容器作为一种重要的储存和输送设备，在设计和使用中必须考虑其结构特性，确保其安全可靠。
本文对压力容器结构的特性进行了分析与设计，并介绍了强度、刚度和稳定性的考虑要点。
压力容器筒体失稳分析报告
淡水 2014- 优文版】最新压力容器筒体失稳分析报告目录一、计算目的 (2)二、设计及计算依据 (2)三、计算条件 (2)四、有限元计算分析软件的选取 (3)五、低温液体运输车外罐的有限元分析计算 (3)1 、计算模型的建立 (3)2 、计算载荷的处理 (6)3 、边界条件 (6)4、应力计算结果 (7)5、特征值屈曲分析下外筒体的失稳模态 (7)6、失稳临界压力结果 (8)六、结论 (10)一、计算目的我公司设计的BD4706型低温液体运输车，其基本结构为具有内、外圆筒的双层结构，内容器贮存低温液体，内容器与外壳之间的夹层填充绝热材料且抽真空；内容器与外壳之间通过八组环氧玻璃钢支承。
外壳通过垫板及前牵引支座、后支架钢梁与车辆连接以方便运输。
为了降低罐体重量，增加最大充装量，提高车子运行时的经济性，对低温液体运输车的外筒体角钢加强圈进行了新的布置。
本计算报告对该型低温液体槽车外罐的外压稳定性计算分析与比较，为该产品的安全及其进一步改进和优化等提供了结构有限元分析基础。
二、设计及计算依据1. GB150 20GG《压力容器》2 . JB4732-19GG《钢制压力容器一分析设计标准》20GG确认版3. BD4706低温液体槽车设计图纸及技术条件三、计算条件低温液体运输车外容器的主要设计条件见下表，其他条件见设计图纸及技术资料。
其外容器的三维示意简图见图5-1表3-1BD4706低温液体槽车外罐主要设计条件四、有限元计算分析软件的选取本次计算采用A公司的有限元分析软件-A做前后处理与分析计算。
A是国际上最先进的大型通用有限元分析软件之一，已广泛地应用于工程上的各种计算与分析。
它除了可以进行一般的结构分析外，还可以进行热分析、流体分析、电/磁场分析等多种物理场分析，以及热-应力分析、电磁-热分析、流体-结构分析、压电分析等藕合场分析。
该计算程序已获得全国压力容器标准化技术委员会的认可，可以作为我国压力容器设计计算的有限元应力计算与分析软件。
厚壁圆筒的弹塑性分析
厚壁圆筒的弹塑性分析弹塑性分析是一种结构分析方法，适用于材料在一定强度范围内既具有弹性行为又具有塑性行为的情况。
厚壁圆筒是一种常见的结构，广泛应用于工程中，如汽车零部件、压力容器等。
本文将介绍厚壁圆筒的弹塑性分析方法，并结合一个具体的例子进行说明。
厚壁圆筒的弹性分析是指在圆筒内外受到压力作用时圆筒的变形和应力分布的计算。
在弹性阶段，材料的应力-应变关系是线性的，可以通过胡克定律描述。
在塑性阶段，材料的应力-应变关系是非线性的，需要采用本构关系来描述。
首先，我们来介绍圆筒的几何参数。
厚壁圆筒可以由内外半径分别为R1和R2的圆柱体围成，圆柱体的高度为h。
此外，圆筒的材料有一个屈服强度σy，用于描述材料的塑性行为。
对于厚壁圆筒，弹性阶段的计算相对简单。
在内外压力P的作用下，圆筒的应变可以通过应力与材料的弹性模量E之间的关系得到。
圆筒的轴向应变εr可以通过胡克定律得到：εr=σr/E其中，σr是圆筒轴向应力，E是材料的弹性模量。
圆筒的周向应变、轴向切变应变可以根据几何关系得到。
在弹性阶段，应力满足柯西－格林弹性方程：σr=λ(εr+εθ)+2μεrσθ=λ(εr+εθ)+2μεθτrz = μ(εr - εθ)其中，λ和μ是材料的拉梅常数，可以通过杨氏模量E和泊松比ν计算得到。
当圆筒的应力达到屈服强度σy时，就进入了塑性阶段。
在塑性阶段，应力与应变之间的关系通过本构关系来描述。
常用的本构关系包括线性硬化本构关系、塑性截面变形本构关系等。
本文以线性硬化本构关系为例进行说明。
线性硬化本构关系假设材料的塑性应变是线性增加的。
圆筒中心的塑性应力σp和塑性应变εp可以通过以下方程计算：σp=σyεp=(σr-σy)/E*H其中，E*是圆筒在弹性阶段的等效弹性模量，H是圆筒的等效刚度。
对于给定的压力P，可以通过迭代法来确定圆筒的应力和应变分布。
首先假设圆筒是在弹性阶段，在初始状态下计算应力和应变分布。
然后，通过本构关系计算塑性应力和塑性应变分布。
化工容器设计断裂等特征及圆筒总结
（1）韧性断裂——压力容器在载荷作用下，应力达到或接近材料的强度极限而发生的断裂。
特点：①材料断裂前发生较大的塑性变形，容器发生鼓胀。
②容器断口处厚度减薄。
③断裂时几乎没有碎片。
失效原因：①容器厚度不够。
②压力过大（大于最大工作压力）。
（2）脆性断裂（低应力脆断）——容器中的应力远低于材料的强度极限而发生的断裂。
特点：①断口平齐，且与最大应力方向垂直。
②断裂时可能碎裂成碎片飞出。
③断裂时应里很低，安全附件不起作用，具有突发性。
失效原因：①容器材料的脆性。
②材料中存在缺陷。
（3）疲劳断裂——在交变载荷作用下，材料原有的或萌生的裂纹扩展导致容器发生的断裂。
特点：①断口有贝壳状的疲劳条纹。
②断裂时容器无明显的塑性变形，容器整体应力较低。
③断裂具有突发性，危害性较大。
失效原因：①交变载荷。
②高应力区形成疲劳裂纹。
（4）蠕变断裂——压力容器长时间在高温下受载，材料的蠕变变形会随着时间不断增大，使容器厚度明显减薄，发生鼓胀变形，最终导致容器发生断裂。
特征：①在恒定载荷和低应力条件下也会发生蠕变断裂。
②断裂前材料会产生蠕变脆化。
③断裂前材料具有韧性断裂的特征，断裂时材料具有脆性断裂的特征。
（5）腐蚀断裂——由于材料受到介质腐蚀，造成容器整体厚度减薄，或局部凹坑、裂纹等，由此引起的断裂称为腐蚀断裂。
①全面腐蚀②点腐蚀③晶间腐蚀④应力腐蚀2、刚度失效——构件发生过度弹性变形引起的失效3、失稳失效①弹性失稳②非弹性失稳4、泄漏失效5、交互失效1、单层式圆筒优点：不存在层间松动等薄弱环节，能较好地保证筒体的强度。
缺点：（1）对制造设备的要求高。
（2）材料的浪费大。
（3）存在较深的纵、环焊缝，不便于焊接和检验。
圆筒层板包扎式：优点：（1）对加工设备的要求不高。
（2）压缩预应力可防止裂纹的扩展。
（3）内筒可采用不锈钢防腐。
（4）层板厚度薄，韧性好，不易发生脆性断裂。
缺点：（1）包扎工序繁琐，费工费时，效率低。
（2）层板材料利用率低。
压力容器的失效形式及预防措施
压力容器的失效形式及预防措施压力容器作为特种设备，发生事故时，往往不仅是容器本身遭到破坏, 而且还会危及周围设施和职工的生命, 甚至会导致更严重的事故。
因此，我们必须从各方面采取积极可靠的措施来保证其安全运行，防止事故的发生。
运用安全学原理的相关理论，发生事故的直接原因一般有三种:一是容器本身的不安全因素，主要来源于设计和制造过程的缺陷；二是人的不安全行为，体现在压力容器的运行过程中人的主观操作；三是管理缺陷，表现为压力容器的安全技术管理、安全运行管理、压力容器定期检验和安全等级评定等。
实际生产运行中，因为上述等各种原因，压力容器的失效就容易引起事故的发生。
本文主要讨论压力容器的四种失效形式。
压力容器失效是指压力容器在规定的使用环境和寿命期限内，因结构尺寸、形状和材料性能发生变化，完全失去原设计功能或未能达到原设计要求，而不能正常使用的现象。
常见的压力容器失效模式大致可以分为强度失效、刚度失效、失稳失效和泄漏失效四大类。
一、压力容器强度失效压力容器在压力等荷载的作用下，因材料屈服或断裂而引起的失效模式，称为强度失效。
通常包括五种形式：韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、腐蚀断裂、蠕变断裂。
1.1 韧性断裂韧性破裂是在容器承受的内压力超出安全限度后，先出现塑性变形，随着压力继续增大就会产生破裂。
韧性断裂的特点：•内压力过高，超过了容器最高工作压力，设计压力，达到了容器的爆破压力值；•容器发生破裂前，容器就有明显的变形，破裂处的器壁显著减薄；•发生韧性破裂的容器一般无碎片飞出，只裂开一个口；•断口呈撕裂状。
韧性断裂宏观形貌韧性断裂的原因:•违反操作规程，操作失误引起超压;•仪表控制系统出现故障；•超压泄放装置失灵;•液化气体储存严重超装，致使气相空间过小，温度升高时造成超压；•因腐蚀等容器壁厚变薄。
韧性断裂的预防措施：•严格遵守安全操作规程；•经常检查仪表及安全装置灵活准确程度;•严禁超载、超温运行；•作好运行期间的维护保养。
第8章 压力容器的故障与失效
• 某企业一纺丝头套保温炉曾经发生一起超 温超压爆炸事故。事后调查发现，该容器 的热电偶温度 计虚焊脱开，电路系统设置 不合理，在温度计电路发生断路时默认电 加热丝通电加热，由于企业将纺 丝头套上 原装的安全阀拆卸并封堵，最终导致保温 炉超温超压被憋爆。
• 振动 • 管束振动是由于介质流速、管壁厚度、折 流板间距、列管排列等因素共同作用的结 果。其振源主 要有以下几种：管束与泵或 压缩机的共振；回转机械产生的脉动介质 流；完全稳定的介质流动也会在 换热器内 产生振动，这是因介质流过圆柱体时在下 游产生周期性的涡流（即冯-卡曼涡旋）而 引起；当 有接近管子固有频率的湍流涡流 随机冲击时，能激发管子的振动而引起破 坏。
• 为避免此类事故国家还专门进行了通报并 提出了相应的预防措施： • 1.将液化气储罐根部所有短管（包括排污、 液位计、液相）平焊法兰接口更换成凹凸 面法兰，并 将第一道阀门的压力级别由 2.5MPa 更换成 4.0MPa； • 2.将液化气储罐根部所有短管与第一道阀门 连接的法兰接口处原用的耐用石棉垫更换 成金属缠 绕垫片，以提高密封垫自身的强 度；
• 堵塞
• 换热管堵塞有两种情况：一是人为因素，主要是在换 热器检修时，对泄漏、渗透或损坏的列管用 堵头堵死、 补焊；二是介质因素，当管程介质中含有微小颗粒时， 这些颗粒有可能沉积在列管内壁上， 逐渐长大积累， 最后有可能占据整个列管空间，造成堵塞。列管堵塞 一般会造成两种后果：a）换热 效果变差；b）管束变 形、破裂，管与管板脱开。当换热器中管程与壳程介 质运行温度相差较大时， 就会造成堵塞列管与未堵塞 列管之间的较大温差，导致这两部分列管的自由膨胀 量不同，可能造成部分列管严重弯曲变形、破裂及管 与管板脱开等情况而使管束泄漏失效。
17压力容器失效分析基础知识
壁厚较薄以及支撑不合理导致失稳
1.3燕山石化化学品事业部粗苯酚再沸器振动破坏
壳程筒体与管板间焊缝附近裂纹
结构不合理和介质冲击导 致疲劳，管板锻件晶粒度 超过1级使疲劳加剧
壳程筒体与管板间焊缝横截面
加速度测试表明振动频率处于机械振动范围
1.4中海化学天野分公司C炉水冷壁炉管材质劣化
管内跑酸导致氢腐 蚀，其表现为脱碳 和开裂
更改设计原因、螺栓缺陷原因、工艺化学爆炸
对于更改了的设计：设计比对显示对结构受力影响不大； 对于带缺陷的螺栓：进行了韧性断裂和脆性断裂模拟（考虑了 螺栓的一定预紧力），显示在操作压力下不会断裂； 对于工艺：进行了模拟试验，显示会生成大量硫化氢，在随后 的工艺中要求通入氧气后，达到爆炸极限，但缺少点火源； 对于试车工艺：进行了排查，试车工艺对爆炸影响不大；
5.1相关性思路法——根据断裂失效的强度分析思路
5外部破坏 5.1 外部腐蚀 如果材料为碳钢或低合金钢，设备没有绝热层，并且操作温 度（连续或短时）为-26.4～106.9℃，则可能发生外部腐蚀。 5.2 层下腐蚀 如果材料为碳钢或低合金钢，并且设备有绝热层，并且操作 温度（连续或短时）为-26.4～106.9℃，则可能发生层下腐蚀。 5.3 外部应力腐蚀 如果材料为奥氏体不锈钢，设备没有绝热层，并且操作温度 （连续或短时）为23.6～134.7℃，则可能发生外部应力腐蚀。 5.4 层下应力腐蚀 如果材料为奥氏体不锈钢，并且设备有绝热层，并且操作温 度（连续或短时）为23.6～134.7℃，则可能发生层下应力腐蚀。
5.4模拟试验法
反应装置示意图(容器2中为矿粉和硫酸)
5.4模拟试验法
腐蚀介质： 气相空间：湿氯气；
液相空间：盐酸；
失效现象: 锆板(尤其锆钽焊缝处)严 重腐蚀
实验二、外压薄壁圆筒形容器失稳实验
实验二、外压薄壁圆筒形容器失稳实验一、实验目的1. 观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定性后的形态。
2. 测定圆筒形容器失去稳定性时的临界压力并与理论值相比较。
二、基本原理圆筒形容器在外压作用下，常因刚度不足使容器失去原有形状，即被压扁或折曲成波形，这就是容器的失稳现象，容器失去稳定性时的外压力，成为容器的临界压力，用cr p 表示。
圆筒形容器失去稳定性后，其横截面被折成波形，波数n 可能是1，2，3，4，……等任意整数,如图一所示。
容器承受临界值的外压力而失去稳定性，决非是由于容器壳体本身不圆的缘故，即是绝对圆的壳体也会失去稳定性。
当然如壳体不圆（具有椭圆度）容器更容易失稳，即它的临界压力值会下降。
根据外压容器筒体的长短，可分为长圆筒，短圆筒和刚性圆筒三种，刚性圆筒一般具有足够的刚度，可不必考虑稳定性问题。
但长圆筒，短圆筒必须进行稳定性计算，它们的临界压力cr p 值大小主要与厚壁(t )，外直径(0D )，长度（L ）有关。
亦受材料弹性模数(E )，泊桑比(μ)影响。
所谓长圆筒，短圆筒之分，并不是指它们的绝对长度，而是与直径壁厚有关的相对长度。
一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度cr L 表示。
如容器长度L >cr L 为长圆筒，反之为短圆筒。
临界长度cr L 由下式确定：t D D L cr0017.1=长圆筒：长圆筒失稳时的波数n =2，临界压力cr p 仅与0D t 有关，而与0D L 无关。
crp 值可由下式计算：32)(12Dt E p cr μ-=图一 圆筒形容器失去稳定后的形状短圆壁：短圆筒失去稳定性时，波数n >2,如为3，4，5……，其波数n 可近似为：42)()(06.7D t D L n = 临界压力可由下式计算：tD LD Et p cr 00259.2=对于外压容器临界压力的计算，有时为计算简便起见，可借助于一些现成的计算图来进行。
四、实验步骤及注意事项1. 测量试件的有关参数：壁厚(t )，直径(0D )，长度（L ）。
振动环境下在役压力容器裂纹原因分析及预防措施
振动环境下在役压力容器裂纹原因分析及预防措施发布时间：2021-05-13T10:02:20.393Z 来源：《基层建设》2020年第30期作者：王福元[导读] 摘要：压力管道和压力容器同属于一个集成系统，在运行过程中相互作用、相互影响，而由于压力管道较长，受力较为复杂，且压力管道常处于高温影响下，非常容易产生裂纹，一旦产生裂纹极有可能会影响设备的使用寿命，带来严重的经济损失，还有可能会产生安全事故带来不良的社会影响，因此必须要加强对压力容器压力管道裂纹的了解，因地制宜进行解决。
身份证号码：6227261987XXXX0238摘要：压力管道和压力容器同属于一个集成系统，在运行过程中相互作用、相互影响，而由于压力管道较长，受力较为复杂，且压力管道常处于高温影响下，非常容易产生裂纹，一旦产生裂纹极有可能会影响设备的使用寿命，带来严重的经济损失，还有可能会产生安全事故带来不良的社会影响，因此必须要加强对压力容器压力管道裂纹的了解，因地制宜进行解决。
关键词：振动环境；在役压力容器；裂纹原因引言压力容器是工业生产中不可缺少的设备，随着工业的发展，已被广泛地应用在化工、炼钢、石油等多个行业中。
在实际的使用过程中，一些特殊工况下运行的压力容器会因为上下游的设备产生振动，强烈的振动会使得设备产生疲劳破坏。
1压力容器压力管道的裂纹类型1.1过热过烧裂纹过热过烧裂纹通常发生在部件热加工过程中，在进行锻造、焊接等过程时非常容易产生过热过烧裂纹。
所谓过热是指对金属材料进行加热过程中，当温度超过上临界点后若持续升温，则会产生过热现象；而所谓过烧是指当金属材料的加热温度非常高时，晶界氧化所产生的沿晶裂纹，当处在过烧状态下的金属材料在轧制过程中非常容易产生龟裂。
1.2腐蚀疲劳裂纹腐蚀疲劳裂纹大多发生在集装箱管座等处，这类部件大多需要长期经受外界荷载压力，而且在管道内大多数储存的是腐蚀物，这些腐蚀物的存在会在一定程度对管道金属产生破坏和损伤，随着使用时间的不断延长，腐蚀疲劳裂纹现象会越来越严重，不只会严重影响管道的正常使用，减少其使用寿命，还有可能会导致管道内部环境受到严重污染。
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R 2T
(4)
式中 T 表示压 力容器 壁厚 , 由方程(3)和方 程
(4)得
dw dz
==2 pE1TR
sin
ωt
(5)
式中 E 表 示 压 力 容 器 材 料 弹 性 模 量 , 如 果
w z=0 =0积分方程(5)得
w
=
p1R 2ET
·z
· sinωt
(6)
由方程(5)和方 程(6)可以 看出 , 轴向振 动没 有 共振特性 , 轴向振动不会引起振动失效 。
外啮合齿轮 泵 的主 要缺 点 为流 量和 压 力脉 动 大 , 噪声大 , 径向力不平 衡 , 轴 承磨 损严重 及流 量不 可调节等 。 针对上 述缺点 , 本 文提 出了一 种多 齿轮 复合齿轮泵 , 较好地解决了上述问题 。
2 新型多齿轮复合齿轮泵的工作原理
如图 1 所示 , 新型多 齿轮复 合齿 轮泵由 中心 齿
3 径向振动特性分析
如图 1 所示 , 任意截取一个微元体进行研究 , 微
元体质量为
dm =Rdθ·T dz·ρ
(7)
式中 ρ表示压力容 器材料 密度 , 微元件 承受 径
向力为
Fθ= εθE · T dz
(8)
《机械工程师》 1997 .4
·1·
新型多齿轮复合齿轮泵的理论研究 ＊
淮南矿业学院(232001) 张 军 栾振辉
(1)
图 1 圆筒压力容器示意图 所以讨论系 统振动特性 时 , 只考虑 第二项 交变 压力 的影响 。
2)假 设 径 向 正应 变 忽 略 不计(壁 厚方 向 正 应 变), 只考虑环向正应变和轴向正应变 。 这对工程中
常见薄壁容器是正确的 。 环向正应变和轴向正应 变
分别为 :
εθ=
u R
(2)
的是它的强度设计问题 。 所以以弹塑性力学和断裂
力学为基础的圆筒压力容器强度设计方法得到快速
发展 。 然而随着设 计水平 和失 效分析 水平 提高 , 有
必要研究圆 筒压力容器 的振动 失效 问题 , 这对 圆筒
压力容器的设计和失效分析都是必要的 。
1 振动失效分析的基本假设
如图 1 所示 , 为了把握问题的主要方面 , 作出如 下假设 :
研究·探讨
圆筒压力容器振动失效特性分析 北京航空航天大学(100083) 金 星 钟群鹏
国 防 科 技 大 学(长沙·410073) 洪延姬
摘 要 利用机械振动理论讨论了圆筒压力容器的固有频率 、振动失效的可能性以及可能的预防措施 。 关键词 固有频率 共振
在工程设计中 , 对于圆筒压力容器 , 考虑比较多
(12)
因此交变压力的频系接近
f
=
ωn 2π
=
2
1 πR
E ρ
＊国家自然科学基金资助项目
(13)
圆筒压力容器发生径向共振 。 一般钢铁材 料取 E = 200G Pa 和 ρ=7800K g/ m3 , 如果 压力容器 半径取 R =1m , 则计算得 f =806Hz, 所以发 生共振 的频率 非 常高 , 一般工程交变压力不会引起共振失效 。 4 简单结论
轮 a 、空转齿轮 b、壳体 c 及前后端盖等组成 。
当中心齿轮 a
逆时 针 旋转 时 , 空
空转齿轮 b 顺时
针旋 转 , 则齿 轮 a
和空转齿轮 b 构成
了 n 对对称外啮
合齿 轮 泵(n 为 空
转齿 轮 的个 数 , 一
般 n ≥3 且做 成同 尺寸 的)。 齿 轮 a
图 1 新型多齿轮复合齿 轮泵工作原理
1)假设圆筒压 力容器 是线 性振动 系统 , 因 此叠 加原理成立 , 便于把 交变载 荷产生 的振动 作用 和恒
载荷 的 静 载 作 用 分 别 求 解 。 用 p 0 表 示 常 压 力 , p 1sinωt 表示交变压力随着时是 t 的变 化(ω为 圆频
率), 压力容器承受压力为 :
P = P0 +P 1sinωt
εz
=
dw dz
(3)
式中 u 表示径向位移 , R 表示压 力容 器半 径 , w 表 示轴向位移 , z 是轴向坐标 。
3)假设径向振动 和轴向 振动 互相不 影响 , 故 可 以分别考虑径向和轴向振动特性 。 2 轴向振动特性分析
由材料力学可知交变压力引 起的轴向应力处应 力为 :
σz
=
P1 sin ωt ·
径向平衡不受轴向力的影响 , 径向平衡方 程为
-d m
d2 u dt2
-2·F0 sin
d2θ+p 1si n ωt ·R dθ· dz
=0(9)
将方程(7)和方程(8)代入 方程(9)整理 , 并考虑
到初始条件得
in
u +ω2n u =ρpT1 sinωt u(0)=0 , u(0)=0
,
ωn
=
1 R
E ρ
(10)
上面的常微 分 方程 可用 拉 普拉 斯变 换 方法 求
解 , 如果 ω≠ωn , 则
u(t)=
T
E[
1
p1R 2 -(ω/
ωn)2]
(sin
ωt -ωωn sin
ωnt)(11)
如果 ω=ωn , 则发生共振 , 系统响应为
u(t)=
p 2
1TRE2(si
n
ω t
- ωn tsinωn t)
摘 要 针对普通齿轮泵的主要特点 , 提出并阐 明了一种新型多齿轮复合齿轮泵的工作原理 , 推导 了 该种泵的流量公式 , 并对流量脉动和径向力做 了定性的分析 。
关键词 齿轮泵 配流 流量
1 引言 普通外啮合 齿轮 泵 因其 结 构简 单 、紧 凑 , 体 积
小 , 重量轻 , 且 对油 液污 染不 敏 感 , 工作 可 靠 , 维护 方 便 和 价 格 低 等 特 点 而 广 泛 用 于 煤 矿 机 械 、矿 山 机 械 及 各 种 工 程 机 械 中 。 其 工 作 原 理 是利用两个齿数和模数 均相等 的齿轮 , 安 装在 泵的 壳 体 中 , 在 齿 轮 与 壳 体 之 间 形 成 密 封 空 间 , 当齿轮旋 转时 , 密封空 间的容积 发生变 化 , 便可完成吸 、排油过程 。
由以上分析可以得到圆筒压 力容器失效分析中
非常有用的结论 : 1)圆筒压力容器 振动问 题 , 只考 虑径向 振动 的
影响 , 轴向振动不会引起共振可以不考虑 。 2)由于共振频率 非常高 , 一 般的 工程交 变压 力
不会引起共振 。 共振问题在圆筒压力容器设计和 失 效分析中 , 可以忽略不计 。
3)如果是圆筒化工压力容器内部进行着频率 非 常高的间歇式化学反应 , 共振问题要考虑 。
4)圆筒壁厚对固 有频率 没有 影响 , 所以 改变 壁 厚和不 同壁 厚 多 层 圆筒 , 不 会改 善 圆 筒 抗 振 动 性 能 。
(编辑 毛丽青)
·2·
《 机械工程师》 1997 .4