浅析压力容器破坏预防与维护措施

姬红理 (中蓝连海设计研究院 上海 201204)

压力容器的制造、维护关系到化工企业的发展，对压力容器进行有效维护能够降低化工生产的成本； 提高压力容器的安全系数能有效降低工作人员和周围居民的安全风险； 对压力容器维护经验进行总结、分析、研究能有效促进科学的发展；有效维护压力容器，延长压力容器的使用寿命，能避免重复制造，节省材料， 节约资源。 下面我们对压力容器破坏的各种形式进行分析，并思考相应的预防、维护措施。

一、韧性破裂

金属材料的韧性破裂首先是发生大量的塑性变形， 在塑性变形严重处产生微孔，微孔容易夹杂杂质，在拉力作用下，微孔夹杂物容易与基体界分离，形成裂纹，最后造成断裂。 塑性变形是压力容器破裂的前兆，是缓解压力、推迟破裂的形式，若不及时对压力容器的变形采取措施， 随着变形的加重和时间的推移破裂随时可能发生。 压力容器产生韧性破裂主要是因为压力容器的液化气压体充装过量，或者在使用过程中超压，在维护过程中不恰当的维护措施导致器壁变薄，承受压力能力降低，更容易发生变形，产生破裂。

预防压力容器产生韧性破裂首先需要正确设计压力容器，操作时严格按照规范进行，并对压力容器设置超压泄放装置，当压力容器承受压力超过一定范围时， 泄压装置启动帮助容器泄压。 再者在压力容器维护过程中，要选择恰当的方法。 最后加强压力容器的检查工作，对压力容器的变形及时采取有效措施，预防破裂或爆破。

二、脆性破裂

压力容器发生脆性破裂的主要原因首先是压力容器制造选择的材料韧性较差；其次在制作工程中，焊接接头存在力学、物理、化学性能缺陷，不符合要求；再者，加工时不满足冷加工变形技术要求；最后压力容器内部本身存在一定的残余应力。 在低温压力条件下，压力容器承受的荷载主要为静荷载，温度的降低会造成压力容器构成材料的韧性降低， 容易产生剪切断裂或者解理断裂。 压力容器产生脆性破裂前外观上往往没有明显的征兆，不会出现严重塑性变形的情况， 只是偶尔会出现很小的局部变形，在检查过程中不容易发现。 压力容器的破坏常发生在低温情况，此时材料的韧性较差，破裂往往从缺陷出开始。

预防压力容器发生脆性破裂， 首先在容器的设计和制造上需要保证容器的质量，选用韧性较好的材料，进行焊接时减少焊缝应力集中，并消除容器内部的残余应力，制造完成后需要对容器进行仔细检查，确保压力容器的质量。 其次在容器的使用过程中，需要按照规范使用，不在低于其设计温度的情况下使用压力容器，启动和停止压力容器时需要注意压力和温度的变化，防止过大变化导致压力容器的脆性破裂。 最后在维护过程中，需要按照《固定式压力容器安全技术监察规程》定期进行严格检查，及时发现容器缺陷和违规操作，尽快消除缺陷，防止裂纹的扩大。

三、疲劳破裂

压力容器的疲劳破裂首先是在金属表面形成驻留滑移带，随后裂纹顺着切应力方向向容器内部扩展， 逐渐转向与主应力垂直的方向，裂纹扩展速度较为缓慢。 裂纹得不到适当处理，随着时间的推移，裂纹穿过晶面迅速向与主应力垂直方向扩展。 压力容器产生疲劳破裂主要因为压力容器承受循环荷载变化大，局部应力过高，超过压力容器的承受能力。 另外压力容器制作中应用高强度低合金钢和一些特厚的材料，导致焊接难度大，焊接质量低，容易产生疲劳破裂。 压力容器产生疲劳破裂前一般没有明显的变形。 压力容器容易在操作温度和承载压力变化大的情况下发生， 产生疲劳破裂的部位往往是承受应力较大的部位或者存在缺陷的部位，疲劳裂纹往往能穿透器壁。

预防压力容器产生疲劳破裂首先需要保证容器的制造质量，选择抗疲劳材料，对容器进行疲劳分析；其次要避免频繁地停开车，避免压力、温度变化过大，保证容器稳定运行。

四、腐蚀破裂

高温容易造成压力容器局部过热， 处理一氧化碳和二氧化碳烃类介质时容易产生渗碳腐蚀， 在高压和多水分的条件下或处理氢和硫等物质时容易发生腐蚀， 在多种混合气体中添加水也容易产生腐蚀。 高温、高压情况下含碳量高的压力容易发生氢脆。 腐蚀的内型主要分为应力腐蚀、渗碳腐蚀、疲劳腐蚀等。

针对不同的腐蚀破裂应采取不同的预防措施， 对应力腐蚀的预防需要选择对应力腐蚀不敏感的材料，添加缓蚀剂；容器在设计和制造过程中尽量减少应力集中；降低材料脆性敏感性，避免氢环境等。

五、蠕变破裂

压力容器在高温条件下长时间工作， 材料的性能会出现退化，器壁逐渐出现变形，容器的体积逐渐增大。 随着时间的推移，材料的韧性降低， 容易产生低应力脆断， 严重时则出现蠕变破裂。 高温容器遇到荷载变化大的情况，容易破坏另一类容器，产生蠕变疲劳破坏。

预防蠕变破裂首先需要按照国家标准设计和制造压力容器，选择满足高温力学性能的材料，在操作过程中尽量避免长时间高温运行，控制器壁的温度，在出现塑性变形的情况时及时处理，降低蠕变破裂发生的概率。

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