压力容器与管道安全评价 教学课件 作者 杨启明4.1 压力容器的破坏形式和.ppt

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1、第一节压力容器的破坏形式和原因分析一、概述二、破坏形式和原因分析一、概述压力容器或其承压部件的失效定义：压力容器及其承压部件在使用过程中，其尺寸、形状或材料性能发生改变而完全失去或不能良好地实现原定的功能或在继续使用中失去可靠性和安全性，因而需要立即停用进行修理或掉换，称为压力容器或其承压部件的失效。保证压力容器安全，最重要的是防止其在使用过程中发生破断碎裂。压力容器的破裂失效按混合方法分类，通常分为以下几种形式，即：(1)韧性破裂；(2)脆性破裂；(3)疲劳破裂；(4)腐蚀破裂；(5)蠕变破裂(6)其他二、破裂形式和原因分析1、韧性破裂韧性破裂(1)韧(延)

2、性破裂的原因主要原因是容器超压。发生过程：往往是容器受到超过正常工作内压的作用，在器壁截面上产生的总体薄膜拉伸应力使材料发生明显塑性变形。当压力继续升高，应力超过材料的抗拉强度时，容器就会发生破裂。（2）破裂特征1）外形特征容器的周长明显升长，容器明显增大，中间部分有鼓涨和壁厚明显减薄。2）断口特征端口通常可分为纤维区、放射纹区和人字纹区、剪切唇等三部分。其显微特征表现为韧窝花样——圆形或椭圆形窝坑。（3）预防措施1）正确设计和规范操作压力容器2）设置超压泄放装置3）正确选用和维护4）保护设备完好状态5）加强在用压力容器的检查维护工作6）及时发生容器可能表现出来

3、的爆破预兆常常可以预先避免事故的发生2、脆性破裂（1）定义容器不发生或未发生充分塑性变形下就破坏的破裂类型称为脆性破裂。（2）脆性破裂发生的原因既有外部原因又有内部因素外部原因:包括应力状态、加载速率、环境条件等内部因素:材料自身的韧性(受显微组织、晶粒度、夹杂物及有害元素等影响)、容器结构和材料内存在的超标缺陷等。1)材料脆性容器在制造过程中由于工艺条件的不良改变引起材料韧性降低，对缺口敏感性增大。2)容器材料或结构部件存在严重缺陷A.容器材料可能存在原始缺陷，如钢材中气孔、白点、非金属夹杂物等。B.容器壳体或其他承压部件在制造过程中，可能在部件的表面或内部产

4、生各种类似裂纹的缺陷。3)容器存在较高的附加应力原因：同时具备三个条件：高应力场；受外界环境影响而具有脆性倾向的材料；存在脆裂的引发源容器结构设计不合理安装质量不良结果：在容器局部结构处存在很高的附加应力或残余拉力。(3)脆性破裂的特征脆性破裂的特征脆性破裂的特征上图是英国汤姆森公司发生脆性断裂的氨合成塔在发生断裂前外观没有明显的预兆和塑性变形；断裂时器壁内的应力较低；破坏的容器常断裂成碎块飞出(4)预防脆性破裂的措施1)设计措施：采取低应力场设计方法，或采用综合考虑材料性能、缺陷的几何尺寸和应力场影响的断裂力学设计方法。2)在工程上：合理选材，在役期间实施定期

5、的检查，是避免容器不发生突然脆性破裂的有效措施。3、疲劳破裂(1)产生原因压力容器常在交变载荷下运行，经过长期作用后，容器的承压部件发生了破裂或泄漏。破裂按机理分为：高应力低循环疲劳和低应力高循环疲劳。(2)压力容器疲劳破裂的特征1)常发生在结构局部应力较高或存在材料缺陷处(包括焊缝及其热影响区)，疲劳裂纹穿透器壁，也称为“未爆先漏”。2)疲劳破裂的断口形貌与脆性断口不同(3)疲劳破裂的预防首先是应严格容器的制造和检验——减少附加的应力集中，避免焊接或安装过程中的先天或后天性裂纹或缺陷；其次，减少频繁开停车、压力或温度波动、外加强迫振动、周期性外载荷等——维持

6、设备的稳定运行，以抑制或延缓裂纹扩展破裂；对于新设计的容器——选择塑变能力好的抗疲劳材料，采用不造成局部高应力集中等的抗疲劳结构；按容器分析设计规范进行疲劳分析或基于断裂力学的抗疲劳断裂设计方法等。4、应力腐蚀破裂定义：容器材料在特定腐蚀介质环境中，并在拉应力作用下，经过一定时间后发生开裂和破断的现象。应力腐蚀破裂是应力与环境对一定材料综合作用的结果。应力腐蚀破裂与上述的脆性破裂、疲劳破裂成为当前工程断裂事故的三种主要型式。(1)应力腐蚀破裂发生的条件1)特定腐蚀介质与材料的组合。2)拉应力的存在。3)材料纯度和组织状态的影响。(2)应力腐蚀破裂的特征宏观形

7、态具有脆性破裂的特征，断口可见到腐蚀产物。断口形貌与脆性破裂有区别：断口存在两个区域，一是腐蚀裂纹扩展区，通常无金属光泽，呈深暗色，往往有腐蚀产物覆盖。二是快速断裂区，断口可以含有纤维状、放射纹和人字纹状以及剪切唇等三个区，主断口垂直方向有裂纹分叉，呈树枝状，这是它与非应力腐蚀的明显区别。应力腐蚀断口的显微形貌可以是穿晶也可以是沿晶开裂，与腐蚀介质和材料组织状态有关。(3)预防应力腐蚀破裂的措施几个措施：首选措施——对于特定的介质，选择对该介质应力腐蚀不敏感的材料，一看其可能性，二视其经济；其次——加缓蚀剂等，改变环境介质的条件；设计制造——在结构设计和制造过

8、程中避免或减小应力集中，