化工压力容器的破裂形式与预防实用版

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化工压力容器的破裂形式与预防实用版

In Order To Ensure The Effective And Safe Operation Of The Department Work Or Production, Relevant Personnel Shall Follow The Procedures In Handling Business Or Operating Equipment.

（示范文稿）

二零XX年XX月XX日

化工压力容器的破裂形式与预防

实用版

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压力容器的破裂事故可能造成严重的后

果，要防止压力容器发生这类事故，必须了解

它的破坏机理。根据压力容器的破裂特点，可

将压力容器的破裂形式分为韧性破裂、脆性破

裂、疲劳破裂、腐蚀破裂和蠕变破裂等。

一、韧性破坏

韧性破坏系指承压特种设备器壁承受过高

的应力达到了器壁材料的强度极限，而发生断

裂破坏。这种破坏形式称为韧性破坏。

1、韧性破坏的特征

1）器壁有明显的塑性变形

由于容器筒体器壁受力时，其环向应力比轴向应力大1倍，所以，明显的塑性变形主要表现在承压特种设备直径增大、壁厚减薄，而轴向增长较小，从而产生“腰鼓形”变形。当容器发生韧性破坏时，圆周长的最大增长率和容积变形率达10％~20％。

2）韧性破坏的断口为切断型撕裂，一般呈暗灰色纤维状，断口不平齐，且与主应力方向成45°交角。韧性破坏时不产生碎片。

3）韧性破坏时的爆破压力接近理论爆破压力爆破口的大小随承压特种设备破坏时膨胀能量大小而异，释放的能量越大，爆破口越大。

4）韧性破坏时，承压特种设备器壁的应力值很高。

5）断口的电镜分析

断口的微观形貌为韧窝花样，韧窝的实质就是一些大小不等的圆形、椭圆形凹坑，是材料微区塑性变形后在异相点处形成空洞、长大聚集、互相连接并最后导致断裂的痕迹。宏观形貌是显微窝坑的概貌。韧窝几乎都为金相中的二次相界面、非金属夹杂物、位错堆积区或晶界处等，因此非金属夹杂物愈多，愈易形成显微空洞和韧窝。

2、发生韧性破坏的原因

承压特种设备的韧性破坏只有在器壁整个截面上材料都处于屈服状态下才会发生，所以，发生韧性破坏的主要原因：(1)盛装液化气体的压力容器充装过量。(2)使用中的压力容器超温超压运行。(3)压力容器壳体选材不当。

(4)压力容器安装不符合安全要求。(5)维护保养不当。

3、韧性破坏的预防

在设计制造压力容器时，要选用有足够强度和厚度的材料，以保证承压特种设备在规定的工作压力下安全使用。

压力容器应按核定的工艺参数运行，安全附件应安装齐全、正确，并保证灵敏可靠。使用中加强巡回检查，严格按照工艺参数进行操作，严禁压力容器超温、超压、超负荷运行，防止过量充装。

加强维护保养工作，采取有效措施防止腐蚀性介质及大气对承压特种设备的腐蚀，若发现承压特种设备器壁被严重腐蚀以致变薄或运行中器壁产生明显塑性变形时，应立即停止使

用。

二、脆性破裂

并不是所有的压力容器械在破裂时都经过显著的塑性变形，有些容器在破裂后经检查并没有发现可见的塑性变形现象，而且器壁的平均应力远低于材料的强度极限。这种破裂现象和脆性材料的破裂相似故称为脆性破裂，有时也称为低应力破裂。

1、脆性破裂特征

压力容器发生脆性破裂时，在破裂形状、断口形式等方面都具有一些与韧性破裂正好相反的特征：

(1)容器器壁几乎没有塑性变形；(2)在应力低于材料的屈服强度时破坏；(3)容器常常裂成碎块；(4)断口呈金属光泽的结晶状，平直；

(5)在温度较低的情况下发生；(6)破坏前无预兆，危害性大，难以预防。

2、产生脆性破坏的原因

产生脆性破坏的原因主要是材料的韧性差，特别是在低温时下降很快。此外承压部件存在缺陷时，在此区域应力增强，易产生应力集中。

3、脆性破裂的预防

防止压力容器产生脆性破裂最基本的措施是减少或消除构件的缺陷，要求材料具有很好的韧性。设计时选用在低温下仍保持较好韧性的材料；并注意设计的结构合理，在制造时采取严格的工艺措施减小应力集中；在使用中加强检验，及早发现并消除缺陷。三、疲劳破裂

疲劳破裂是压力容器常见的一种破裂形式。据英国的一个联合调查组统计，在运行期间发生破坏事故的压力容器有近90％是由裂纹引起的，而在由裂纹引起的事故中，疲劳裂纹约占40％。可见压力容器的疲劳破裂是绝对不能忽视的。压力容器的疲劳破裂，绝大多数属于金属的低周疲劳，即承受较高的交变应力，而应力交变的次数并不是太高。一般情况下，压力容器的承压部件在长期反复交变载荷作用下，在应力集中处产生微裂纹，随着交变载荷的继续作用，裂纹逐渐扩大，导致破裂。

1、疲劳破裂的特征

(1) 容器没有明显的塑性变形； (2) 破坏总是产生在应力集中的地方； (3) 只产生开裂，不产生碎片；(4)从裂纹的形成、扩展到

破坏有一个较为缓慢的发展过程；(5) 破坏总是经过长期的反复载荷作用后发生，应力低于抗拉强度；(6) 断面呈两个区域，即裂纹的形成和扩展区与脆断区。

2、疲劳破裂的预防

压力容器的疲劳破裂既然是由于反复的交变载荷以及过高的局部应力引起的，那么要防止它发生这类事故，除了在运行中尽量避免那些不必要的频繁加压和卸压、过分的压力波动和悬殊的温度变化等因素外，主要还在于设计时采用合理的结构。一方面要避免产生应力集中，使容器器壁的个别部位的局部应力不致于超过材料的屈服强度。另一方面，如果容器上确实难以避免地要出现较高的局部应力，则应做疲劳分析和疲劳设计。此外在制造时要按正