压力容器脆性破裂事故树分析(共7页)

1、压力容器脆性破裂(pli)事故树分析 摘要(zhiyo)：压力容器事故隐患较多，危害亦较严重，运用事故树方法可以分析出事故发生的各种( zhn)途径，并依据最小径集的分析，制定出合理的预防措施。本文压力容器事故分析，着重介绍压力容器脆性破坏的特征，分析破裂原因，最后提出预防措施。关键词：压力容器；脆性破裂；事故树分析；预防措施Abstract: The pressure vessel accidents are more serious harm compared, using fault tree analysis method can be various ways of the acci

2、dent, and according to the analysis of the most path set to develop a reasonable precaution. In this paper, the pressure vessel accident analysis, focusing on the characteristics of the pressure vessel brittle fracture, fracture analysis of the reasons, finally proposed preventive measures.Keywords:

3、 pressure vessels; brittle fracture; fault tree analysis; preventive measures 1绪论压力容器是工业生产中广泛使用的设备，尤其在化学工业和石化工业中，几乎每一个工艺过程都离不开压力容器，而液化石油气钢瓶等压力容器，则已进入千家万户，与人们的日常生活密切相关。然而由于设计失误粗制滥造及使用管理不善等原因，致使容器强度不足，易发生失效事故，而这种事故往往是灾难性的，经济损失也是巨大的。因而迫切需要找出事故发生的原因，并制定出相应的措施。脆性破裂在工程结构中是一种非常危险的断裂。这是由于脆性破裂之前通常无预警信号而突然发生，

4、往往酿成严重的事故和损失：人们在设计、选材、制造、维护和使用过程中总是力图避免脆性破裂的发生。而事故树分析法则是根据一次或一类已经发生或可能发生的事故所提供的信息，去寻找同事故发生有关的基本原因事件以及它们之间的逻辑关系，从而采取有效措施，防止同类事故重复发生。而且它既可定性分析，又可定量评价，因而广大安全管理人员愈来愈乐于采用事故树方法进行分析评价。 2事故树分析法的基本理论 2.1事故树概述事故树分析法(FaultTree Analysis，FrA)也称故障树分析法。事故树是从结果到原因描绘事故发生的有向逻辑树。它形似倒裒着的树，树中的节点具有逻辑判别性质。树的“根部”顶点节点表示系统的某

5、一个事故，树的“梢”底部节点表示事故发生的基本原因，树的“树权”中间节点表示由基本原因促成的事故结果，又是系统事故的中间原因。事故因果关系的不同性质用不同逻辑门表示。这样画出的一个“树”用来描述事故发生的因果关系，称为事故树。 2.2事故(shg)树优点 2.2.1既能找到引起事故的直接原因，又能揭示事故发生的潜在原因，并能概括导致(dozh)事故发生的各种情况。 2.2.2逻辑性强，灵活性高，适用范围广。它不仅考虑设备(shbi)及其部件的故障，而且还考虑环境因素和人的失误。既能分析已发生的事故，又能预测发生事故的可能性。 2.2.3既可定性分析，又可定量分析，定性分析详细分析事故的直接原因

6、。也可用其分析复杂系统，并定量预测发生事故可能性大小。 2.2.4掌握一般数学知识的人可用它，具有高等文化水平的人也有深入研究发展它的余地。 2.3事故树分析的基本程序事故树分析是根据系统可能发生的事故或已经发生的事故所提供的信息，去寻找事故发生的原因，从而采取有效的防范措施，防止同类事故的再次发生。事故树分析步骤如图l所示。 图1 事故树分析程序3建立压力容器脆性破裂事故树 3.1容器脆性破裂事故特征 3.1.1压力容器器壁没有明显的伸长变形脆性破裂的压力容器一般都没有明显的伸长变形，许多在水压试验时脆裂的压力容器，其试验压力与容积增量的关系在破裂前基本还是线性关系，即压力容器的容积变形还是

7、处于弹性状态。 3.1.2 压力容器裂口齐平、断口呈金属光泽的结晶状压力容器脆性断裂一般是正应力引起的解理断裂，所以裂口齐平，并与主应力方向垂直。压力容器脆断的纵缝，裂口与器壁表面(biomin)垂直，环向脆断时，裂口与容器的中心线相垂直。又因为脆断往往是晶界断裂，所以断口形貌呈闪烁金属光泽的结晶状。 3.1.3压力容器常破裂成碎块 由于脆性(cuxng)破裂的容器材料韧性较差，而且脆断的过程又是裂纹迅速扩展的过程，破裂往往都是在一瞬间发生，压力容器内的压力难以通过一个小裂口释放，所以脆性破裂的压力容器常裂成碎块，且常有碎片飞出。 3.1.4 压力容器的破裂事故多数在温度较低的情况下发生由于金

8、属材料的断裂韧性随着温度的降低而下降(xijing)，所以脆性断裂一般都发生在温度较低的情况下。新制成的或定期检验的压力容器，进行水压试验时常因水温低于容器的使用温度而发生脆性破裂。 3.2事故树的建立 压力容器脆性破裂事故是由三方面原因造成的：一个高应力场；材料具有脆性倾向；存在脆裂的引发源。事件确定后，分析引起顶事件发生的最直接的、充分和必要的原因，建立以逻辑门符号表示的事故树，如图2所示，图中各符号所代表的事件如表1所示。 图 2 压力容器脆性破裂事故代码树表1 事件(shjin)类型表符号事件类型T压力容器脆性破裂M1高应力场M2材料具有脆性倾向M3存在脆性引发源M4残余应力过高M5局

9、部应力过高M6内应力过高M7制造过程中的缺陷M8温度突变X1工艺条件不良X2材料材质不良X3材料存在原始缺陷X4无定期检查新产生裂纹X5焊接时不均匀加热X6未采用残余引力消除对策X7结构不连续处未圆滑处理X8支承结构采用静不定结构X9支承结构未强度计算X10焊缝间距不在安全范围内X11采用刚性过大结构X12整体结构设计不合理X13保温层损坏X14人员的错误操作X15存在焊接缺陷X16存在内部缺陷4事故(shg)树定性分析 事故树定性分析就是对事故中各事件不考虑发生概率多少，只考虑发生和不发生两种情况。通过定性分析可以(ky)知道哪一个或哪几个基本事件发生，顶上事件就一定发生，哪一个事件发生对顶

10、上事件影响大，哪一个影响小，从而可以采取经济有效的措施，防止事故发生。4.1求最小割（径）集能够引起顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合，称为最小割集。换言之，如果割集中任一基本事件不发生，顶上事件绝不会发生。相反地，如果事故树中某些事件发生，则顶上事件就不发生，这些基本事件的集合称为径集。最小径集就是顶上事件不发生所需的最低限度的径集。根据最小割(径)集最多个数差别法判定，此故障树最小割集较多，而最小径集仅4个，所以宜采用最小径集进行分析。P1=X5，X7，X8，X9。X10，X11，X12P2=X1，X2，X13，X14P3=X3，X4，X15，X16P4=X6，X7，X8，X9，X10

11、，X11，X12 由基本(jbn)原因事件结构重要度定义得，基本原因事件X1(工艺(gngy)条件不良)、X2（材料材质不良）、X13(保温层损坏)、X14(人员(rnyun)的错误操作)、X3(材料存在原始缺陷)、X4(无定期检查新产生裂纹)、X15（存在焊接缺陷）、X16（存在内部缺陷）是首先要考虑的事件。4.2结构重要度分析结构重要度分析，就是不考虑基本事件发生的概率是多少，仅从事故树结构上分析各基本事件的发生对顶上事件发生的影响程度。结构重要度分析方法归纳起来有两种，一种是计算出各基本事件的结构重要系数，将系数由大到小排列各基本事件的重要顺序；第二种是用最小割集和最小径集近似判断各基本

12、事件的结构莺要系数的大小，并排列次序。由于前面已经求取了最小割(径)集，所以在此利用第二种方法来分析。最小割(径)集法的四条原则如下：单事件最小割(径)集中基本结构重要度系数最大。仅出现在同一个最小割(径)集中的所有基本事件结构重要度系数相等。仅出现在基本事件个数相等的若干个最小割(径)集中的各基本事件结构重要度系数依出现次数而定，即出现次数少，其结构重要度系数小；出现次数多，其结构霞要度系数大；出现次数相等，其结构重要度系数相等。两个基本事件仅出现在基本事件个数不等的若干最小割(径)集中。在这种情况下，基本事件结构重要度大小依下列不同条件而定：(a)若它们重复在各最小割(径)集中出现的次数相

13、等，则少事件最小割(径)集中出现的基本事件结构重要度大；(b)在少事件最小割(径)集中出现次数少的，与多事件最小割(径)集中出现次数多的基本事件比较，应用下式计算近似判别值：式中：，I(i)一基本事件置结构重要度系数的近似判别值置一基本事件置属于K最小割(径)集中；一基本事件五所在最小割(径)集中包含基本事件的个数。据最小割(径)集法的四条原则可知其结构重要度：结构重要度大小：IX1=IX2=IX3=IX4=IX15=IX16=IX13=IX14IX7=IX8=IX9=IX11=IX12=IX10IX5=IX6值的大小：IX1=0.125；IX2=0.125；IX3=0.125；IX4=0.1

14、25；IX15=0.125；IX16=0.125；IX5=0.015625；IX6=0.015625；IX7=0.031005859375IX8=0.031005859375；IX9=0.031005859375；IX11=0.031005859375IX12=0.031005859375；IX10=0.031005859375；IX13=0.125；IX14=0.125 5容器脆性(cuxng)破裂的预防措施 5.1在容器(rngq)的设计、制造方面： 5.1.1减少容器结构及焊缝的应力集中裂纹(包括缺陷)是造成脆性断裂的主要因素，而应力集中往往又是产生裂纹的主要原因，因此，减少容器结构及焊

15、缝的应力集中是防止容器产生脆性破裂的主要措施之一。如减少容器结构形状的不连续，使焊缝布置合理，各焊缝之间保持一定的间距，凡超标缺陷均及时消除；确保容器的设计、制造(焊接)符合规定要求(yoqi)，均可达到减少应力集中的目的。5.1.2制造容器的材料在使用条件下要有较好的韧性 材料的韧性差是造成容器脆性破裂的另一个主要因素，因此要防止容器的脆性破裂，必须保证其在使用条件下材料的韧性。所以，设计容器时要根据它的使用条件(首先是温度条件)选用在使用温度下仍保持有较好韧性的材料。另外，材料的韧性不但与它的化学成份有关，而且还与它的金相组织有关，所以在制造容器时的焊接不当(如发生过烧)或热处理不当(如加

16、热温度偏低)也会降低材料的韧性。因此，要保证材料具有较好的韧性，确保其焊接质量及采用正确的热处理工艺并严格控制执行也是很重要的。5.1.3消除残余应力 容器残余应力的存在也是产生脆性破裂的又一个主要因素，国外有些报导指出，在某些情况下，仅焊缝本身的残余应力就会达到材料的屈服强度，更多的情况是焊接残余应力与冷加工成型引起的残余应力及薄膜应力的迭加而促使容器破坏的。有些容器虽然名义应力并不太大，但因存在较大的残余应力，这两者互相迭加往往就足以使裂纹附近的应力强度因子大于材料的断裂韧性，最后导致容器发生脆性破裂，所以焊接较厚容器时要在焊后进行消除残余应力的热处理，也是防止容器发生脆性破裂的一项重要措

17、施。5.1.4加强对容器的检验 容器制造过程中的检验，应严格按容规及规定的探伤标准进行，发现并消除超标缺陷，防止容器在水压试验时或在运行中发生脆性破裂。5.2在使用管理方面 5.2.1防止容器的使用温度低于它的设计温度，因为金属材料的断裂韧性随着温度的降低而降低。 5.2.2开停容器时要防止压力或温度的急剧变化，因为金属材料的断裂韧性会因而加载速度过大而降低，运行中容器在温度突变的情况下发生脆性破裂的亦有先例。 5.2.3运行中的容器要按容规的规定进行定期检验，及时发现超标缺陷并尽快消除，就可防止其扩展后产生脆性破裂。6结束语压力容器接近设计服役期时，在今后的运行过程中锅炉汽包将会出现各种缺陷或已经出现缺陷而带缺陷运行，这些缺陷对压力容器正常运行的影响如何对安全使用寿命进行估算，都是必须解决的问题：所有在役压力容器均需要科学管理、正确操作，以确保或延长运行寿命：因此，掌握压力容器在各种工况下的应力变化规律，进行低周疲劳寿命分析和出现缺陷后的安全