1、02 十月 2022第三章壓力容器缺陷與破壞形式(2)24 九月 2022第三章壓力容器缺陷與破壞形式(2)壓力容器的常見缺陷3. 1 壓力容器制造過程中產生的缺陷3. 2 壓力容器使用過程中產生的缺陷壓力容器的常見缺陷3. 1 壓力容器制造過程中產生的缺陷33.2 壓力容器使用過程中產生的缺陷 一、腐蝕 腐蝕是壓力容器在使用過程中最容易產生的一種缺陷。從產生部位來說，可以分為均勻腐蝕和局部腐蝕。 從腐蝕機理來說，腐蝕可以分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。由于金屬與所接觸的氣體或液體介質發生化學反應所造成的腐蝕，即化學腐蝕。金屬與電解質相互作用使金屬陽極部位溶解損傷的現象，叫電化學腐蝕，即伴有微

2、電流現象的化學腐蝕。 壓力容器運行中經常產生的腐蝕有腐蝕性介質引起均勻和局部腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、氫脆腐蝕等。3.2 壓力容器使用過程中產生的缺陷 二、裂紋 裂紋常常是導致壓力容器爆炸或爆破，造成極其嚴重后果的一種危險性缺陷。 壓力容器承壓部件的裂紋，按其產生原因可以分為原材料裂紋、焊接裂紋、過載裂紋、疲勞裂紋、熱應力裂紋、熱疲勞裂紋、蠕變裂紋、腐蝕裂紋等。不同裂紋產生的部位不同,并具有不同的形貌。 二、裂紋3.3 壓力容器破裂形式分析 應力分析 是否超過強度極限 安全 失 效 否 是 塑性變形 殼體破裂 應力分析是壓力容器安全問題的基礎。 “失效”是指壓力容器的承壓部件由于承受過高的載荷

3、，包括壓力、溫度或其他附加載荷，而喪失設計的正常工作能力。 3.3 壓力容器破裂形式分析 應力分析 是否超過強度極限 安3.3壓力容器破裂形式分析破裂機理預防措施產生原因主要特征分析思路3.3壓力容器破裂形式分析破裂機理預防措施產生原因主要特征分按金屬材料破裂的現象韌性破裂脆性破裂按破裂面對外力的取向正斷切斷按裂紋發展和擴張途徑穿晶破裂晶間破裂破裂形式分類疲勞破裂腐蝕破裂蠕變破裂按金屬材料破裂的現象韌性破裂脆性破裂按破裂面對外力的取向正斷3.3 壓力容器破裂形式分析一、韌性破裂 韌性破裂是壓力容器在內部壓力作用下，器壁上產生的應力達到器壁材料的強度極限，從而發生斷裂破壞的一種形式。 3.3 壓

4、力容器破裂形式分析一、韌性破裂 韌性破裂 1. 韌性破裂的機理 一、韌性破裂彈性變形階段彈塑性變形階段斷裂階段 1. 韌性破裂的機理 一、韌性破裂彈性 2. 韌性破裂的特征 一、韌性破裂破裂容器器壁有明顯的伸長變形斷口呈暗灰色纖維狀容器一般不是碎裂容器實際爆破壓力接近計算爆破壓力 2. 韌性破裂的特征 一、韌性破裂破裂容器器壁有明顯的伸一、韌性破裂一、韌性破裂一、韌性破裂一、韌性破裂3. 韌性破裂的原因 一、韌性破裂液化氣體容器充裝過量容器在使用中超壓容器維護不良以致器壁減薄4. 韌性破裂的預防 設計時選用足夠強度和厚度的材料按核定工藝參數運行，安全附件齊全防止超溫、超壓、超負荷運行加強維護保

5、養，防止發生腐蝕3. 韌性破裂的原因 一、韌性破裂液化氣體容器充裝過量容二、脆性破裂 脆性破裂指壓力容器在破裂時沒有顯著的塑性變形，破裂時器壁的壓力也遠遠小于材料的強度極限，有的甚至還低于材料的屈服極限。二、脆性破裂 脆性破裂指壓力容器在破裂時沒有顯著的 1. 脆性破裂的機理 二、脆性破裂開裂階段裂紋擴展階段 發生低應力脆性破裂的必須條件有：容器本身存在缺陷或幾何形狀發生變化；存在一定的水平應力；材料韌性較差。脆性斷裂總是由宏觀裂紋的擴展引起的。 1. 脆性破裂的機理 二、脆性破裂開裂階段裂紋2. 脆性破裂的特征 二、脆性破裂破裂容器器壁沒有明顯的伸長變形裂口齊平、斷口呈金屬光澤的結晶狀容器常

6、破裂成碎塊破裂事故多數在溫度較低的情況下發生2. 脆性破裂的特征 二、脆性破裂破裂容器器壁沒有明顯的伸二、脆性破裂二、脆性破裂3. 脆性破裂的原因 二、脆性破裂溫度 因為鋼在低溫下或在某一特定溫度范圍內其沖擊韌性將急劇下降。裂紋性缺陷 壓力容器受壓元件一旦產生裂紋，其尖端前緣產生很高的應力峰值，且應力狀態也發生變化。3. 脆性破裂的原因 二、脆性破裂溫度 因為鋼在4. 脆性破裂的預防 二、脆性破裂減少部件結構及焊縫的應力集中部件材料在使用條件下要具有較好的韌性消除殘余應力加強對部件缺陷的檢驗4. 脆性破裂的預防 二、脆性破裂減少部件結構及焊縫的應力兩種破裂形式對比 破裂特征破裂形式塑性變形斷口

7、形貌破壞形式應力狀態韌性破裂明顯斷口不齊平，暗灰色纖維狀撕裂達到強度極限脆性破裂不明顯斷口齊平，呈金屬光澤的結晶狀裂成碎片低于屈服極限表4-1 兩種形式破裂特征對比兩種破裂形式對比 破裂特征塑性變形斷口形貌破壞三、疲勞破裂 疲勞破裂指壓力容器在反復加壓和卸壓過程中受到交變載荷的長期作用，沒有經過明顯的塑性變形而導致容器斷裂的一種破裂形式。三、疲勞破裂 疲勞破裂指壓力容器在反復加壓和卸壓過 1. 疲勞破裂的機理 三、疲勞破裂循環次數最大交變應力圖 4- 1 金屬的疲勞曲線 1. 疲勞破裂的機理 三、疲勞破裂循環次數最大 1. 疲勞破裂的機理 三、疲勞破裂疲勞裂紋核心的產生疲勞裂紋的擴展 金屬疲勞

8、斷口疲勞裂紋產生與擴展區，象貝殼一樣的同心弧線花紋最后斷裂區，與靜載荷下帶有尖銳缺口的構件斷口相似金屬疲勞斷裂的過程表面、晶界及非金屬夾雜物處滑移 1. 疲勞破裂的機理 三、疲勞破裂疲勞裂紋核心 同一疲勞斷口，一般都有明顯的光滑區域和顆粒狀區域。光滑區域顆粒狀區域疲勞失效特征 同一疲勞斷口，光滑區域顆粒狀區域疲勞失效特征 1. 疲勞破裂的機理 三、疲勞破裂低應力高周疲勞高應力低周疲勞循環周次在105以上，外載超過材料的彈性應力極限值應力水平較高，交變周次在102 105 1. 疲勞破裂的機理 三、疲勞破裂低應力高周疲2. 疲勞破裂的特征 三、疲勞破裂容器沒有明顯的變形破裂斷口存在兩個區域容器常

9、因開裂泄漏而失效破裂總是在容器經過反復的加壓和卸壓以后發生2. 疲勞破裂的特征 三、疲勞破裂容器沒有明顯的變形破裂斷3. 疲勞破裂的原因 三、疲勞破裂內部因素 例如，容器的接管、開孔、轉角以及其他幾何形狀不連接處，在焊縫附近以及鋼板原有缺陷的應力集中外部因素 間歇式操作的容器，器內壓力、溫度波動較大，振動；外界的風、雪、雨、地震造成的周期性外載荷局部高應力區反復交變載荷3. 疲勞破裂的原因 三、疲勞破裂內部因素 例如4. 疲勞破裂的預防 制造質量應符合要求，避免先天性缺陷安裝中要防止外來載荷源的影響正確操作，減少升壓、降壓的次數，防止壓力溫度波動過大制造前做疲勞設計三、疲勞破裂4. 疲勞破裂的

10、預防 制造質量應符合要求，避免先天性缺陷安四、腐蝕破裂 腐蝕破裂指壓力容器在腐蝕性介質作用下，引起容器壁由厚變薄或材料組織結構改變、力學性能降低，使壓力容器承載能力不夠而發生的破壞形式。四、腐蝕破裂 腐蝕破裂指壓力容器在腐蝕性介質作用下按腐蝕破壞形態分均勻腐蝕局部腐蝕（孔蝕）按腐蝕機理分化學腐蝕電化學腐蝕按腐蝕環境分介質腐蝕海水腐蝕腐蝕破裂分類晶間腐蝕應力腐蝕氫損傷土壤腐蝕按腐蝕破壞形態分均勻腐蝕局部腐蝕（孔蝕）按腐蝕機理分化學腐蝕 1. 腐蝕破裂的機理 化學腐蝕電化學腐蝕 容器金屬與周圍介質直接發生化學反應而引起的金屬腐蝕。高溫氧化、高溫硫化、鋼的滲碳與脫碳、氫腐蝕等。 容器金屬在電解質中，

11、由電化學引起的腐蝕稱為電化學腐蝕。既有電子得失，又有電流形成。 四、腐蝕破裂 1. 腐蝕破裂的機理 化學腐蝕電化學腐蝕 應力腐蝕斷裂 在拉應力和特定的腐蝕環境共同作用下,所導致的脆性斷裂稱為金屬的應力腐蝕斷裂。 應力腐蝕斷裂的特點： 1)應力腐蝕斷裂屬脆性斷裂,即使是延性材料,也是脆性形式的斷裂。 2)應力腐蝕是一種局部腐蝕,裂紋常被腐蝕產物所覆蓋,發生應力腐蝕斷裂時,常常是事先沒有明顯預兆而突然發生,危害極大。 2按腐蝕破壞形態分均勻腐蝕局部腐蝕（孔蝕）晶間腐蝕應力腐蝕氫損傷 應力腐蝕斷裂2按腐蝕破壞形態分均勻腐蝕局部腐蝕2. 腐蝕破裂的原因 二、脆性破裂壓力容器維護保養不當結構不合理，或焊

12、接不符合規范要求四、腐蝕破裂選材不當或未采取有效防腐措施介質中雜質的影響2. 腐蝕破裂的原因 二、脆性破裂壓力容器維護保養不當結構3. 腐蝕破裂的預防 二、脆性破裂選用合適的防腐蝕材料使容器殼體與腐蝕性介質隔離消除能引起應力腐蝕的因素使用中采取適當的工藝措施降低腐蝕速度四、腐蝕破裂3. 腐蝕破裂的預防 二、脆性破裂選用合適的防腐蝕材料使容五、壓力沖擊破裂 壓力沖擊破裂是指容器內由于各種原因而急劇升高，使殼體受到壓力的突然沖擊而造成的破裂爆炸。五、壓力沖擊破裂 壓力沖擊破裂是指容器內由于各種原 1. 破裂的類型與機理 五、壓力沖擊破裂可燃氣體與助燃氣體反應爆炸聚合釜的“爆聚”壓力容器內的反應失控

13、液化氣體的“爆沸”在容器上誤裝爆破片，因器內壓力升高，爆破片斷裂；容器殼體局部開裂；兩種沸點液化氣體混裝閥門零件泄漏；操作失誤；兩種氣瓶混裝。催化劑使用不當；冷卻裝置失效。計量錯誤或器具失靈；原料 不純；攪拌或冷卻裝置失效。 1. 破裂的類型與機理 五、壓力沖擊破裂可燃氣2. 沖擊破裂的特征 殼體破裂殼體內壁附有化學反應產物或痕跡斷裂時常伴有高溫產生斷口形貌類似脆性斷裂五、壓力沖擊破裂容器釋放的能量較大2. 沖擊破裂的特征 殼體破裂殼體內壁附有化學反應產物或痕3. 沖擊破裂的預防 完善規程和管理制度加強現場的管理和作業人員的培訓五、壓力沖擊破裂 生產工藝設計、操作規程的管理制度； 檢修檢測規程

14、和管理制度； 儀器儀表安全附件保養規程3. 沖擊破裂的預防 完善規程和管理制度加強現場的管理和作六、蠕變破裂 蠕變破裂指壓力容器的壁溫高于某一限度時，即使應力低于屈服極限，容器材料也會發生緩慢的塑性變形，這種塑性變形經長期積累，最終會導致壓力容器的破壞。六、蠕變破裂 蠕變破裂指壓力容器的壁溫高于某一限度 1. 蠕變破裂的機理 六、蠕變破裂金屬材料高溫金相組織發生變化晶粒長大、珠光體、球化、析出石墨、晶間開裂或疏松微孔韌性下降 1. 蠕變破裂的機理 六、蠕變破裂金屬材料高溫2. 蠕變破裂的特征 一般有明顯的塑性變形斷口為粗糙的顆粒狀，無金屬光澤六、蠕變破裂高溫脆性斷裂，斷口呈脆性形貌2. 蠕變破

15、裂的特征 一般有明顯的塑性變形斷口為粗糙的顆粒3.蠕變破裂的原因 選材不當操作不正常、維護不當，致使容器局部過熱六、蠕變破裂結構不合理3.蠕變破裂的原因 選材不當操作不正常、維護不當，致使容器4. 蠕變破裂的預防 合理選材容器結構合理，制造質量符合標準在使用中防止容器局部過熱六、蠕變破裂4. 蠕變破裂的預防 合理選材容器結構合理，制造質量符合標延性破裂脆性破裂疲勞破裂腐蝕破裂蠕變破裂原因液化氣體充裝過量；超溫超壓運行；選材不當或容器安裝不符合要求；維護保養不當。低溫、材料韌性差；容器本身存在的缺陷，造成局部壓力過高所致。存在較高的應力集中；存在交變載荷。維護保養不當；選材不當或未采取有效防腐措

16、施；介質中雜質的影響。長期高溫下運行，緩慢產生塑性變形；局部過熱；特點有明顯的伸長變形；斷口成暗灰色纖維狀；一般不是碎裂；容器實際爆破壓力接近計算爆破壓力。無明顯的伸長變形；裂口齊平，斷口呈金屬光澤的結晶狀；破裂成碎塊；事故發生是溫度較低。器壁上沒有明顯的塑性變形；氫鼓包、氫脆、脫碳、氫腐蝕有明顯的塑性變形，其變形量大小決定與材料的塑性。破壞時的應力值低于材料在使用溫度下的強度極限。防范足夠的強度和厚度；按規定工藝參數工作，附件齊全；禁止超溫、超壓、超負荷運行，防止過量充裝；加強維護保養，防止腐蝕。塑性的材料，減少或消除構件的缺陷；避免或防止壓力容器的應力集中導致的裂紋；提高焊接質量，消除殘余應力；定期對容器進行檢查。減少過高的局部應力；減少交變載荷；盡量減少外壓、泄壓的次數，操作中防止溫度壓力波動過大；制造前應做疲勞設計，以保證壓力容器不致發生疲勞破裂。防腐蝕材料；奧氏體不銹鋼容器應嚴格控制氯離子含量，并避免在不銹鋼敏感溫度下使用，防止破壞不銹鋼表面的鈍化膜和防止晶間腐蝕；避免腐蝕介質對殼體