压力容器失效模式.pptx
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 。
脆性断裂失效是指储罐在正常压力范围内，无塑性变形的情况下突然发生的破裂称为脆性断裂失效。
脆性断裂在较低应力时发生，安全阀不会动作，因此后果比韧性断裂严重。
压力容器06-压力容器失效形式及安全性分析
• 4.1.2 低周疲劳的规律
• 转动机械发生的疲劳断裂，往往应力水平 较低而疲劳寿命较高，疲劳断裂时载荷交 变周次N≥1×105，称作高周疲劳或简称疲 劳。若交变载荷引起的最大应力超过材料 的屈服点，而疲劳寿命N=102~104，则为大 应变低周疲劳或简称低周疲劳。
• 曼森-柯芬根据试验提出如下关系式：
第6章 压力容器失效形式 及安全性分析
第1节 断裂的定义及类型
• 断裂——是指固体在机械力，热、磁、声响、腐 蚀等单独作用或者联合作用下，使物体本身连续 性遭到破坏，从而发生局部开裂或分裂成几个部 分的现象，称断裂。
• 1）根据断裂性态
• 韧性断裂（也称为延性断裂）：构件在断裂前发 生了显著的塑性变形；脆性断裂。构件在断裂前 没有或仅有少量塑性变形。
7.1 标准简介
• 本标准规定了在用含缺陷压力容器安全评定的术语、定义 和符号，总论，断裂与塑性失效评定，疲劳失效评定。本 标准适用于在用钢制含超标缺陷压力容器的安全评定。锅 炉、管道以及其他金属材料制容器中的承压件在进行安全 评定时也可参照使用。本标准适用于含下列类型缺陷的承 压件的安全评定：——平面缺陷：包括裂纹、未熔合、未 焊透、深度大于等于1mm的咬边等；——体积缺陷：包 括凹坑、气孔、夹渣、深度小于1mm的咬边等。本标准 不适用于下列压力容器和结构：——核能装置中承受核辐 射的压力容器和结构；——机器上非独立的承压部件(如 压缩机、发电机、泵、柴油机的承压壳或气缸等)；—— 承受直接火的受压件；——电力行业专用的封闭式电气设 备的电容压力容器(封闭电器)；——潜在失效模式为蠕变 的压力容器和结构。
• 3）采用合理的焊接、热处理及其他加工工艺，防 止在制造、安装、修理中降低材料的抗蠕变性能。
• 4）严格按规定的操作规程运行设备，防止总体或 局部超温超压从而降低蠕变寿命。
压力容器的失效形式
碳钢及低合金钢 奥氏体不锈钢
NaOH溶液、硝酸盐溶液、 HCN溶液、液氧、H2S溶液、 海水等
氯化物溶液、海水、高温水、 NaOH溶液、连多硫酸溶液、 HCL等
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气液或固液二相造成的冲蚀
1.化工部丙稀腈装置管道腐蚀
2002年化工部丙稀腈装置蒸气管道腐蚀穿透，造成装 置停车，检查发现整根管道都发生了冲蚀。此管道由 于温度较低，存在气液二项。
五、今后进一步可以做的工作 根据历年使用经验，考虑选择合适的材料； 建议在制造或使用过程中尽量使环焊缝避开汽液
两相液位波动区域； 向天津、扬子、仪征等单位调查、取经； 进一步开展讨论分析。
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应力腐蚀预防措施
降低应力 避免产生应力腐蚀的环境与材料的组合
如接管根部，开孔或其他局部结构不连续引起 的应力集中会使虚拟应力的峰值大大超过材料的屈 服点，导致很小范围内的材料进入塑性应变状态。 反复的塑性应变损伤将导致原应力集中部位很快萌 生出疲劳裂纹以至不断扩展而最终导致断裂。
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预防疲劳失效的措施
预防疲劳失效(不论高周疲劳或低周疲劳) 的一般原则
四、原因分析
PTA 溶液中含有PT酸(对甲基苯甲酸)。 历年裂纹一直发生在筒体中间一条环焊缝热影响 区，该环焊缝正好处于汽液两相液位波动区域。 双相不锈钢S32205在酸性介质和焊接残余应力的 同时作用下在焊缝热影响区出现的脆性开裂现象，属 于不锈钢应力腐蚀。
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腐蚀失效
压力容器和设备的腐蚀形态可以分为8大类型：
(1) 全面腐蚀(均匀腐蚀) (2) 孔蚀(点蚀) (3) 缝隙腐蚀 (4) 晶间腐蚀 (5) 应力腐蚀 (6) 氢腐蚀（化学腐蚀） (7) 冲蚀 (8) 双金属腐蚀。
压力容器失效介绍
事故由失效引起 关于失效
概念 压力容器的失效是指符合下列三种情况之一的现象： （1）完全失去原定的功能。 （2）虽还能运行，但已部分失去原有功能或不能良好地 达到原定的功能。 （3）虽还能运行，但已严重损伤而危及安全性，使可靠 性降低。 失效模式分类 为通用的分类方法可将失效形式分过度变形失效、断 裂失效、表面损伤失效和材料性能劣化四大类。
主要失效原因
大量统计资料表明，压力容器与管道的主要失效原因包 括运行操作、管理、设计制造、检测维修和外来损伤等 方面。 重大事故可定性为：责任事故或设备事故。
运行操作：违反操作规程、介质超标
压 力 容 器 与 管 道 主 要 失 效 原 因
管理：缺少现代安全管理体系、职工素质教育差
责 任 事 故
分类：爆炸事故、重大事故、一般事故 原因：设计、制造、使用、修理改造、安全附件 预防：
1.容器本身质量合格
2.使用管理 3.维护保养
4.安全附件
压力容器事故是根据事故造成的人员伤亡、直接 经济损失、中断运行时间、受事故影响人数等情况， 划分为特重大事故、重大事故、较大事故和一般事 故四级： 1、压力容器特别重大事故：有下列情形之一的 事故造成30人以上死亡，或者100人以上重伤（包 括急性工业中毒，下同），或者1亿元以上的直接 经济损失的； 压力容器有毒介质泄露，造成15万人以上转移的。 2、压力容器重大事故：有下列情形之一的： 事故造成10人以上30人以下死亡，或者50人以上 100人以下重伤，或者5000万元以上1亿元以下直接 经济损失；
（1） 过度变形失效 过度变形失效可分为过度弹性变形失效和过 度塑性变形失效两类。 虽未引起结构的破坏，但只要变形超过限度 也应判为失效。例如大型板式塔的塔盘过度挠曲而 使塔盘上流体分布明显不均匀，会引起气体穿过塔 盘时分布不均，严重时会影响传质或传热过程的正 常功能。即使塔盘的变形仍在弹性范围内，此时也 应判为过度弹性变形失效。 容器壳体局部鼓凸或凹陷，法兰明显扭转， 以至能明显观察到有残余塑性变形，最终导致不安 全或密封处的泄漏，则应判为过度塑性变形失效。 过度变形主要与强度或刚度不足有关。
2.2.17.2压力容器的安全装置与失效形式
压力容器的常用安全泄压装置-其他装置
压力表和液面计相当于观察和操控压力容器的眼睛，这些设置可以避免 压力容器盲目操作。压力容器附件还包括测温装置和减压阀
压力表
液面计
减压阀
测温装置
压力容器的断裂
定义
固体在机械力、热、磁、声响、 腐蚀等单独作用或者联合作用 下，使物体本身连续性遭到 破坏，从而发生局部开裂或分裂 成几个部分的现象。
疲劳断裂的特征
部件没有明显的塑性变形 断裂断口存在两个区域 设备常因开裂泄漏而失效 部件在多次承受交变载荷后断裂
压力容器的失效形式
疲劳断裂的预防 ➢ 压力容器的制造质量应符合要求，避免先天性缺陷。以减
少过高的局部应力。 ➢ 在压力容器安装中应注意防止外来载荷源影响，以减少压
力容器本体的交变载荷。 ➢ 在运行中要注意操作正确性，尽量减少升压、卸压的次数，
组合型
两种泄压装置组合，常见弹簧 式安全阀与爆破片串联组合
压力容器的常用安全泄压装置-安全阀
定义
安全阀是启闭件受外力作用下 处于常闭状态，当设备或管道 内的介质压力升高超过规定值 时，通过向系统外排放介质来 防止管道或设备内介质压力超 过规定值的特殊阀门。
压力容器的常用安全泄压装置-安全阀
基本结构：密封结构（阀座、阀瓣）和加载机构（弹簧或重锤、导阀）
连锁 装置
计量 装置
压力容器的安全装置-安全泄压装置
安全泄压装置是防止超压而发生安全事故的关键性措施 按照结构类型不同可以分为阀型、断裂型、熔化型和组合型
阀型
最常用，通过阀的开启排出气 体来降低容器内的压力
熔化型
常见易熔塞，利用低熔点合金 高温熔化，打开通道以泄压
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
压力容器和压力管道的失效(破坏)
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痕、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，原因为制定不当、腐蚀减薄、材质劣化强度下降、超压、超温。
断有纤维区、放射纹区、剪切唇区。
2〕脆性失效：容器在无显然变形状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、疲惫、蠕变开裂。
断平齐，有金属光泽，断和最大主应力方向垂直。
3〕疲惫失效：容器长期受交变载荷引起的疲惫开裂导致疲惫失效。
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。
断比较平齐光整，有三个区萌生区、疲惫扩大区和瞬断区。
其中扩大区有显然的贝壳样条纹。
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痕不断扩展。
裂痕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、裂痕泄漏、低应力脆断、材质劣化。
压力容器强度结构与应力
尚可满足要求，但由于刚度不足产生永久变形，导
致介质泄漏，这是由于塑性失效的过度变形而导致 的失效。
2
一、容器的失效模式 1．容器常见的失效模式 (2) 韧性爆破 容器发生了塑性大变形的
破裂失效，相当于图中曲线BCD阶段情况
下的破裂，这属于超载下的爆破，一种可 能是超压，另一种可能是本身大面积的壁
厚较薄。这是一种经过塑性大变形的塑性
在役容器检测出裂纹，可用断裂力学评价是否安全，即压力容器的缺陷评 定。这是基于断裂失效设计准则(或称防脆断失效设计准则)的方法。
17
二、化工容器的设计准则发展
(7) 蠕变失效设计准则
将高温容器筒体的蠕变变形量(或按蠕变方程计算出的相应的应力)限制在 某一允许的范围之内，便可保证高温容器在规定的使用期内不发生蠕变失 效，这就是蠕变失效设计准则。
失效之后再发展为爆破的失效，亦称为 “塑性失稳”(Plastic collapse)，爆破后 易引起灾难性的后果。
3
一、容器的失效模式 1．容器常见的失效模式 (3) 脆性爆破 这是一种没有经过充分塑性
大变形的容器破裂失效。材料的脆性和严重的
超标缺陷均会导致这种破裂，或者两种原因兼 有。脆性爆破时容器可能裂成碎片飞出，也可 能仅沿纵向裂开一条缝；材料愈脆，特别是总 体上愈脆则愈易形成碎片。如果仅是焊缝或热 影响区较脆，则易裂开一条缝。形成碎片的脆 性爆破特别容易引起灾难性后果。
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。
压力容器破裂形式课件
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
中海化学合成氨装置103-JT转子叶片振动破坏
设计的安全系数偏小和榫齿与转子间的配合偏差导致疲劳
断裂后的叶片
断裂后的叶根
疲劳断口
机理
1.高应力低周疲劳 锅炉压力容器的疲劳是在结构局部高应力、低交 变周次下发生的疲劳，叫低周疲劳。其交变载荷 引起的最大应力超过材料的屈服点，而疲劳寿命 N＝102～105 2.低应力高周疲劳 低应力、高交变周次下发生的疲劳。其交变载荷 引起的最大应力在材料屈服点以下，疲劳寿命 N≥1×105。
热脆性 ：某些钢材长期停留在400－500℃温度范围内以后
冷却至室温，其冲击值明显下降。
碱脆：也叫苛性脆化，指在高浓度碱性介质和应 力的共同作用下，钢材明显变脆并导致破裂的现 象，常发生在锅炉锅筒及接触碱性介质的容器上。
氢脆：指钢材接触氢或含氢介质而导致韧性明显 降低的现象。
黑脆：即石墨化，指钢材长期承受高温，其渗碳 体分解析出石墨，使钢材韧性明显下降的现象。 多发生在长期承受高温的低碳钢、钼钢部件上。
※氧化速度随着温度的升高而加快。除氧气外， CO2，H2O，SO2等介质的存在也可能引起高温氧 化，特别是水蒸汽的氧化作用较强
高温硫化
金属在高温下与含硫介质（如硫蒸汽、硫化 氢、二氧化硫）作用生成硫化物的过程。硫化作 用较氧化作用更强。
硫化物不稳定、易剥离、晶格缺陷多、熔点 低、而且与氧化物、硫酸盐及金属生成不稳定价 的低熔点共晶物，因此在高温下易造成材料的破
应力腐蚀破裂的预防
※选用合适的材料，尽量避开材料与敏感介质的匹 配，比如不用奥氏体不锈钢容器作接触海水及氯 化物的容器。
压力容器与管道失效分析和安全评价(PPT 55页)
2.2.3 氢腐蚀失效预防措施
石油精炼工艺或临氢装置在260℃以上不能使用碳钢， 应依照Nelson曲线选用不同等级的铬钼钢，因为铬钼 可以提高碳化物的稳定性，防止氢腐蚀发生；
应尽量减少钢中碳含量，以提高抗氢腐蚀能力；
由于焊接热影响区是氢腐蚀的敏感区，应当进行焊后 热处理；
使用低合金铬(1%～3%)钼钢时对在37 0～540℃长 期运行引起的回火脆性(韧-脆转化温度上升)应当充分 重视，引起回火脆性的元素(Mn,Si,P,S,As,Sn,Sb)；
式
辐照损伤脆化
材料性能 退化
金相组织变化：珠光体球化、石墨化、S相析出长大、渗碳、渗氮、脱碳、回 火脆化与敏化、应变时效
氢致损伤：氢腐蚀、氢脆（微裂纹）、堆焊层的氢致剥离
1.2 主要失效原因
• 大量统计资料表明，压力容器与管道 的主要失效原因包括运行操作、管理、 设计制造、检测维修和外来损伤等方 面。
爆炸
物理爆炸：物理原因（温度、内压）使应力超过强度 化学爆炸：异常化学反应使压力急剧增加超过强度
脆性断裂：应力腐蚀、氢致开裂、持久（蠕变）断裂、低温脆断
压
断裂
韧性断裂
力
疲劳断裂：应力疲劳、应变疲劳、高温疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳、蠕变疲劳
容
器
泄漏
密封泄漏：充装过量（冒顶）
与
腐蚀穿孔、穿透的裂纹或冶金、焊接缺陷（满足LBB条件）
试验分析的主要结果为：①断口为脆性(厚唇状)，并为“窗口 式”；②管内壁局部腐蚀严重；③腐蚀坑底脱碳层达3mm深；④ 脱碳层内有大量晶界网状微裂纹；⑤定氢试验可以显示出 10.7mg/l高的氢含量；⑥材料冲击韧性很低，仅为10J。这些结 果均说明失效为氢腐蚀机制。
采取的预防措施有：① 进行锅炉给水的彻底除氧；②采用铬钼低 合金钢管(如15CrMo或 12Cr1MoV)以增强氢蚀抗力，同时改进 焊接工艺；③加大管道补偿器弯曲半径，进行焊前预热和焊后热 处理，减少环焊缝等部位的残留应力。通过几年运行，事故不再 发生。
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。
2、压力容器失效模式
第二节 压力容器的典型事故案例 一、天水一建材公司发生爆炸事故 二、重庆天原化工总厂氯气泄露爆炸事故 三、住宅楼某住户液化气泄漏引发爆炸事故 四、四川重庆开县12.23天然气泄露事故 五、吉林石化分公司双苯厂爆炸事故 六、2008年煤矿瓦斯爆炸事故汇总
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案例1： 一建材公司发生爆炸事故 造成4死5伤 2006年7月19日晚10时30分，甘肃省天水市麦积区 花牛镇曹埂村的天水方正建材有限公司生产车间发 生一起压力容器（蒸汽釜）爆炸事故，造成4人死 亡，5人受伤，其中2人重伤。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析 1、压力容器强度失效： （3）疲劳破裂 预防措施： １、在于设计中尽量减少应力集中，采用合理的 结构和制造的工艺； ２、选择合适的抗疲劳材料； ３、尽量减少不必要的加压，卸压次数； ４、严格控制压力和温度的波动。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析 1、压力容器强度失效： （4）腐蚀破裂 从腐蚀形式上腐蚀分为：全面腐蚀和局部腐蚀。 全面腐蚀：腐蚀作用均匀地发生在整个金属表 面。 局部腐蚀：包括区域腐蚀，点腐蚀，晶间腐蚀， 应力腐蚀及腐蚀疲劳等。 从腐蚀机理上分可分为：化学腐蚀和电化学腐 蚀两大类。 防止腐蚀措施：选用耐腐蚀材料，设法降低应力和 应力集中，采用能降低介质腐蚀性的各种措施。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析 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。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析 1、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 包括五种形势： 韧性断裂 脆性断裂 疲劳断裂 腐蚀断裂 蠕变断裂
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、压力容器强度失效： （2）脆性断裂
脆性破裂的预防措施： 1、选择缺陷较少，韧性适当的材料。 2、结构设计应尽量减少应力集中，采取措施消
除残余应力。 3、容器使用前，要按规定进行认真宏观检查。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、违反操作规程，操作失误引起超压。 2、仪表控制系统出现故障。 3、超压泄放装置失灵。 4、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。 5、因腐蚀等容器壁厚变薄。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、压力容器强度失效： （1）韧性断裂： 韧性破裂的预防措施：
服或断裂而引起的失效模式，称为强度失效。通常 包括五种形势：
韧性断裂 脆性断裂 疲劳断裂 腐蚀断裂 蠕变断裂
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、压力容器强度失效： （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。
韧性断裂特点：
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、压力容器强度失效： （5）蠕变破裂
压力容器母体材料长期处于高温下受到拉应力的 作用，而缓慢产生地塑性变形，称为蠕变，材料蠕 变而使容器发生的破裂称为蠕变破裂。
蠕变破裂的特点：发生蠕变的容器体积变大，器 壁减薄，最后导致容器破裂。
1、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。
2、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。
3、发生韧性破裂的容器一般无碎片飞出，只裂开一个口。 4、断口呈撕裂状。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、压力容器强度失效： （1）韧性断裂： 发生韧性破裂的原因：
压力容器的操作条件的频繁波动，对容器的抗疲劳破坏 性能不利，过高的加载速度会降低材料的断裂韧性，即使容 器存在微小缺陷，也可能在压力的快速冲击而发生脆性断裂 。压力容器运行过程中如果发生误操作、过量充、载且安全 保护装置失效，都会导致压力容器的压力升高，以至于超载 ，进而可能引发爆炸事故。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析 压力容器失效是指压力容器在规定的使用环境
造过程的缺陷； 2.人的不安全行为 则体现在压力容器的运行过
程中人的主观操作； 3.管理缺陷 则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。
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第一节 压力容器失效简介 一、压力容器事故原因分析
综合分析，压力容器发生事故的主要原因包括：
设计错误，容器结构不合理，选材不当，强度不足，制 造缺陷，安装不符合技术要作不当，没有执行在用压力 容器定期检验和安全等级评定，导致压力容器失效，从而引 发事故。
1、压力容器强度失效： （4）腐蚀破裂
从腐蚀形式上腐蚀分为：全面腐蚀和局部腐蚀。 全面腐蚀：腐蚀作用均匀地发生在整个金属表
面。 局部腐蚀：包括区域腐蚀，点腐蚀，晶间腐蚀
，应力腐蚀及腐蚀疲劳等。 从腐蚀机理上分可分为：化学腐蚀和电化学腐
蚀两大类。 防止腐蚀措施：选用耐腐蚀材料，设法降低应力和 应力集中，采用能降低介质腐蚀性的各种措施。
1、严格遵守安全操作规程； 2、经常检查仪表及安全装置灵活准确程度； ３、严禁超载、超温运行； ４、作好运行期间的维护保养。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、压力容器强度失效： （2）脆性断裂
压力容器在正常压力范围内，没有发生或未充 分发生塑性变形时就破裂或爆炸的破坏称为脆性断 裂。
发生脆性破裂的原因： 1、由于材料的脆性转变而引起。 2、由于焊接接口存在严重缺陷。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、压力容器强度失效： （2）脆性断裂
脆性破裂的特点： 1、容器并无宏观塑性变形或变形量很小。 2、容器壁未变薄，断裂是在低压下发生的。 3、断裂时很可能有碎片。 4、脆性破裂多发生在温度较低或温度突变时。
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。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、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
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、压力容器强度失效： （3）疲劳破裂 预防措施：
１、在于设计中尽量减少应力集中，采用合理的 结构和制造的工艺；
２、选择合适的抗疲劳材料； ３、尽量减少不必要的加压，卸压次数； ４、严格控制压力和温度的波动。
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第一节 压力容器失效简介 二、压力容器失效模式分析
1、压力容器强度失效： （3）疲劳破裂
由于容器在频繁的加压，卸压过程中，材料受到 交变应力的作用，经长期使用后所导致容器破裂。
发生疲劳破裂的原因：就是频繁的交变应力。 形成疲劳破裂的三个阶段：
一是疲劳裂纹成形阶段， 二是裂纹疲劳扩展阶段， 三是疲劳断裂阶段。 特点：与韧性破裂不同无明显变形，器壁没有发 生减薄，与脆性破裂不同，不是破裂成碎片。
压力容器失效模式
• 主要內容：压力容器失效模式、事故介绍。 • 本章重点内容：失效简介
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第一节 压力容器失效简介
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.
预防压力容器事故很重要的一条，就是对已发 生的事故进行认真地分析研究，找出确切的事故原 因，总结经验，吸取教训，从中掌握发生事故规律 ，才能采取切实有效的预防措施。
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第一节 压力容器失效简介 一、压力容器事故原因分析 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： 1.容器本身的不安全因素 主要来源于设计和制