压力容器安全 教学课件 作者 张礼敬 06-压力容器失效形式及安全性分析.ppt

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1、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。2）按裂纹扩展路径穿晶断裂，裂纹穿过晶内内部；沿晶断裂，裂纹沿晶界扩展。3）按断口宏观取向正断：断裂的宏观表面垂直于最大正应力方向σ，一般为脆性断裂；切断：断裂面大致与最大正应力方向呈45°。4）按受力状态短时与长时断裂；冲击断裂；疲劳断裂。5）按环境不同：低温冷脆

2、断裂；高温蠕变断裂；延滞断裂（氢脆与应力腐蚀）；幅照和噪声损伤等。断口——零件断裂的自然表面。第2节延性断裂2.1概述压力容器承压部件的延性断裂是指其器壁材料发生破坏的形式属于韧性断裂。图6-1所示，这种图的曲线形状与器壁材料的拉伸图有某些相似之处。图6-1容器的压力一容积变形图2.2延性破裂的特征金属材料的韧性断裂是显微空洞形成和长大的过程。如图6-2（煤浆管道）。图6-220G断裂处韧窝X10001）破裂容器发生明显变形b）容器变薄图6-3事故后部件变形照片2）断口呈暗灰色纤维状3）容器一般不是碎裂4）实际爆破压力接近计算爆破压力2.3延性断裂事故的预防2.3.1延性断裂的基本条件

3、容器产生显著的塑性变形，只有在它受力的整个截面上的材料都处于屈服状态下才能产生。2.3.2常见压力容器延性断裂事故1）液化气体容器充装过量2）压力容器在使用中超压3）设备维护不良以致壁厚减薄2.3.3压力容器延性断裂事故的预防1）使用的压力容器必须按规定进行设计，承压部件必须经过强度验算。2）禁止将一般容器改成或当成压力容器使用，防止不承压的容器因结构或操作的原因在器内产生压力。3）压力容器应按规定装设性能和规格都符合要求的安全泄压装置，并经常保持其处于灵敏可靠的状态。4）认真执行安全操作规程。5）作好压力容器的维护保养工作，采取有效措施防止腐蚀性介质与大气对设备的腐蚀，并经常保持防腐

4、措施处于良好有效状态。6）严格定期检验制度。2.4事故案例分析第3节脆性断裂3.1脆性断裂的基本原因脆性断裂都是在较低的应力水平下发生的。3.2脆性断裂的特征1）容器没有明显的伸长变形2）裂口齐平、断口呈金属光泽的结晶状3）容器常破裂成碎块4）破裂时的名义应力较低5）破坏多数在温度较低的情况下发生图6-5脆性断裂断面3.3脆性破裂事故的预防3.3.1脆性断裂的基本条件一是构件存在缺陷，二是材料的韧性差。3.3.2压力容器脆性断裂事故的预防1）减少部件结构及焊缝的应力集中2）确保材料在使用条件下具有较好的韧性3）消除残余应力4）加强对设备的检验3.4事故案例分析第4节疲劳断裂4.1金属疲

5、劳现象所谓交变载荷是指载荷的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化的一类载荷。4.1.1疲劳曲线与疲劳极限金属的疲劳极限通常以σr表示，下标r表示应力循环对称系数，如果是对称应力循环，r=-1，则它的疲劳极限用σ-1表示。图6-11金属疲劳曲线示意图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：Nmεt＝C（6-1）式中：N——低周疲劳寿命；m——

6、指数，与材料种类及试验温度有关，一般为0.3～0.8，通常取m=0.5：εt——构件在交变载荷下的总应变幅度，包括弹性应变幅和塑性应变幅两部分而以后者为主；C——常数，与材料在静载拉伸试验时的真实伸长率eK有关，C=（0.5～1）eK；而eK与材料的断面收缩率ψ有如下关系：（6—2）因而4.2压力容器承压部件的疲劳断裂1）存在较高的局部应力2）存在反复的载荷4.3疲劳断裂的特征1）部件没有明显的塑性变形2）破裂断口存在两个区域3）设备常因开裂泄漏而失效4）部件在多次承受交变载荷后断裂图6-13疲劳断裂样品照片4.4压力容器疲劳断裂的预防1）在保证结构静载强度的前提下，选用塑性好的材料。

7、2）在结构设计中尽量避免或减小应力集中。3）在运行中尽量避免反复频繁地加载和卸载，减少压力和温度波动。4）加强检验，及时发现和消除结构缺陷。5）对于可能存在多次的反复载荷以及局部应力较高的承压部件，可考虑作疲劳设计。4.5事故案例分析第5节应力腐蚀断裂5.1应力腐蚀及其特点应力腐蚀又称腐蚀裂开，是金属构件在应力和特定的腐蚀性介质共同作用下导致脆性断裂的现象，叫应力腐蚀断裂。1）引起应力腐蚀的应力必须是拉应力，且应力可大可小。2）纯金属不发生应力