过程装备事故发生机理

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1、过程装备维护与管理主讲：黄天成长江大学机械工程学院11燃烧与爆炸2设备的腐蚀3泄露中毒4设备的磨损第二章过程装备事故发生机理5设备的噪声与振动2§2.1燃烧与爆炸燃烧：一种放热发光的化学反应，也是化学能转变成热能的过程。物质燃烧必须同时存在以下三个条件：（1）可燃物；（2）助燃物；（3）火源。31、物理爆炸定义：由于物质的物理变化即物质的状态或压力发生突变而引起的爆炸现象其爆炸前后的物质种类与化学成分均不发生变化。过程装备因物理爆炸而破裂的两种情况：（1）正常操作压力下发生的；（2）超压情况下发生的。判别方式：

2、（1）破裂的一般特征进行分析；（2）通过破裂压力验算和爆炸能力计算来进行分析。42、化学爆炸定义：化学爆炸（或化学性爆炸）又称化学反应爆炸，它是指在化工设备内，物质发生极迅速、剧烈的化学反应而产生高温高压引起的瞬间爆炸现象。发生化学爆炸前后，物质种类和化学成分均发生根本的变化。按化学爆炸时所发生化学变化不同：（1）简单分解爆炸；（2）复杂分解爆炸；（3）爆炸性混合物爆炸。5爆炸性混合物爆炸：是指可燃性气体、蒸气与空气混合达到一定的浓度后，遇明火而发生的异常激烈的燃烧，甚至发生迅速的爆炸。爆炸性混合物爆炸必备的三

3、个条件：（1）具有可燃的易燃物质；（2）上述的可燃气体与空气混合达到一定浓度范围；（3）有发火源。67发生化学爆炸时的主要特征如下：（1）发生化学爆炸，一般都是在瞬间进行的，同时伴有激烈的燃烧反应；容器破裂时还会出现火光和闪光现象。（2）爆破后的容器一般多为破裂，裂成许多的碎片，其断口有脆性破裂的特征。（3）事故后检查安全阀和压力表，安全阀有泄压的迹象，压力表的指针撞弯或回不到零位。（4）容器爆炸时，一般有二次空间化学爆炸的迹象，如在容器内和室内有燃烧痕迹或残留物，有时还会听到二次响声。8在对已发生的化工设备爆

4、炸事故的分析中，对设备的破裂形式进行鉴别，分析其破坏的主要特征、机理、发生的主要原因，是探索化工设备安全运行常见的分析方法。按金属材料破裂的现象不同，压力容器破裂可分为韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂和蠕变破裂等五种形式，其破裂的机理、主要特征及发生原因如下。9（1）韧性破裂定义：韧性破裂是指容器在压力作用下，器壁上产生的应力达到材料的强度极限而发生断裂的一种破坏形式。机理：在拉应力的作用下，器壁产生较大的塑性变形，塑性变形严重的地方即材料中的夹杂物处首先破裂；或使夹杂物与基体界面脱开而形成显微空洞（又称

5、微发孔），随着容器内压力的升高，空洞逐渐长大和聚集，其结果便形成裂纹，乃至最后导致韧性断裂。10韧性破裂的主要特征如下。（1）破裂的容器具有明显的形状改变和较大的塑性变形，即容器的直径增大和器壁减薄，其最大圆周伸长率常达10%以上，容器体积增大率也往往超过10%，有的甚至达20%。（2）断口宏观分析呈暗灰色纤维状，没有闪烁的金属光泽，断口不齐平，而且与主应力方向成45°角，即与轴向平行，与半径方向成一夹角。（3）破裂容器一般不产生碎片，只是裂开一个口或偶然发现有少许碎片。（4）容器发生韧性破裂时，其实际爆破压力

6、与计算的爆破压力相接近。11韧性破裂的主要原因：（1）超压；（2）器壁厚度不够或使用中减薄。12（2）脆性破裂定义：脆性破裂是指容器在破裂时没有宏观的塑性变形，器壁平均应力远没有达到材料的强度极限，有的甚至低于屈服点的一种破坏形式，其破裂现象和脆性材料的破坏很相似。又因它是在较低的应力状态下发生的，故又称低应力破坏或低应力脆断。发生低应力脆性断裂的必需条件有三个：一是容器本身存在缺陷或几何形状发生突变，二是存在一定的水平应力，三是材料韧性很差。13其破裂的主要特征如下：（1）容器破裂时一般无明显的塑性变形，破裂

7、之前没有或者只有局部极小的塑性变形。（2）断口宏观分析呈金属晶粒状并富有光泽，断口平直且与主应力方向垂直。（3）破裂通常为瞬间发生，常有许多碎片飞出。破坏一旦发生，裂纹便以极高的速度扩展。（4）破坏时的名义工作应力较低，通常低于或接近于材料的屈服点。（5）破坏一般在较低温度下发生，且在此温度下材料的韧性很差。（6）破裂总是在缺陷处或几何形状突变处首先发生。14脆性破裂的主要原因：（1）低温；（2）材料存在缺陷；（3）焊接区和焊缝处有缺陷；（4）材料中的磷、硫过高及应力腐蚀的影响。15（3）疲劳破裂定义：疲劳破裂

8、是指容器在反复加压、卸压过程中，壳体材料长期受到交变载荷作用，由于疲劳而在低应力状态下突然发生的破坏形式。机理：金属材料的疲劳破裂过程基本上分疲劳裂纹核心的产生和疲劳裂纹的扩展两个阶段。其破裂的主要特征如下：（1）容器破坏时无明显的塑性变形。（2）由断口宏观分析可见到疲劳裂纹产生、扩展和最后断裂等各具特色的区域，前两者比较光滑，后者比较粗糙。16其破裂的主要特征如下：（3）从产生开裂的