《压力容器破裂形式》

1、第四章 破裂形式延性破裂脆性破裂疲劳破裂腐蚀破裂压力冲击破裂蠕变破裂重点：学习各种破裂形式的机理、特征、原因和预防措施整理课件第4.1节 延性破裂 弹性阶段 当外力消失，材料仍能回到原理的状态而不产生明显的塑性变形；弹塑性阶段 材料发生很大的塑性变形，外载荷消失后材料不再恢复原状，塑性变形仍将保留 断裂阶段 应力超过了材料的强度极限后，材 料将发生断裂弹性变形阶段弹塑性变形阶段断裂阶段机理整理课件脆性断裂与韧性断裂 脆性：韧度低（brittle）韧性：韧度高（ductile） 脆性断裂：断裂前无明显塑性变形（无颈缩）韧性断裂：断裂前有明显塑性变形（有颈缩） 整理课件韧性断裂：断裂前有明显塑性变

2、形整理课件塑性破坏：整理课件韧性断口：整理课件化学爆炸 大变形 45度剪切唇 高速形变马氏体整理课件容器的韧性撕裂整理课件特征器壁有明显的塑性变形韧性破坏的断口为切断撕裂韧性破坏时的爆破压力接近理论爆破压力韧性破坏时，容器器壁的应力值一般达到 或接近材料的强度极限。整理课件原因 盛装液化气体介质的容器充装过量：对于盛装液化气体的容器，应该按规定的充装系数充装，即留有一定的气相空间，因为随着温度的增加，饱和蒸汽压显著增加。 使用中的压力容器超温超压运行：违反操作、安全装置不灵或者投料不当等导致容器器壁的应力达到材料强度极限整理课件容器壳体选材不当或容器安装不符合安全要求： 选用的材料的强度过低，

3、或压力容器的安装错误，使得压力来源处的压力高于压力容器的设计压力或最高工作压力，而又无可靠的 减压装置，则可能导致破坏。维护保养不当： 压力容器的器壁发生大面积的腐蚀，壁厚减薄，在正常工作压力下受压部件整体屈服发生破裂。整理课件事故预防在设计制造压力容器时，要选用有足够强度和厚度的材料，以保证压力容器在规定的压力下安全使用；压力容器应该按照规定的工艺参数运行，安全附件应安装齐全、正确、并保证灵敏可靠；使用中加强巡检工作严格按照工艺参数进行操作，严禁压力容器超温、超压、超负荷运行，防止过量充装；加强维护保养工作，采取有效的措施防止腐蚀性介质及大气对压力容器的腐蚀。整理课件第4.2节 脆性破坏 冷

4、脆性 ：指在0左右的低温下钢材韧性的明显降低。相应的低温界限叫钢材的“韧脆转变温度”。低碳钢及低合金钢均有冷脆性，并常导致冷脆破裂。 蓝脆性 ：指在200300时钢材的韧性降低，并常体现为应变时效。后者是指钢材经冷加工塑性变形后，在室温下长期放置或在中温（对碳钢为200300）下短期放置，其韧性明显下降的现象，常见于低碳钢。 热脆性 ：某些钢材长期停留在400500温度范围内以后冷却至室温，其冲击值明显下降。机理钢材在特定条件下会产生脆性或脆化整理课件 碱脆：也叫苛性脆化，指在高浓度碱性介质和应力的共同作用下，钢材明显变脆并导致破裂的现象，常发生在锅炉锅筒及接触碱性介质的容器上。 氢脆：指钢材

5、接触氢或含氢介质而导致韧性明显降低的现象。 黑脆：即石墨化，指钢材长期承受高温，其渗碳体分解析出石墨，使钢材韧性明显下降的现象。多发生在长期承受高温的低碳钢、钼钢部件上。整理课件脆性断裂断裂前没有明显的塑性变形整理课件脆性断口整理课件特征脆断时无明显外观变化和外观预兆，破坏后容器器壁无明显的伸长变形，壁厚一般不减薄。脆性破坏的断口齐平，呈金属光泽的结晶状，并与最大主应力方向垂直。容器纵向脆断时裂口与器壁表面垂直，环向脆断时断口与容器的中心线相垂直容器脆断时，常裂成碎片并飞出，其结果要比韧性破坏严重的多厚壁容器和较低温度的容器最易发生脆性破坏，且断裂时名义应力很低，常低于材料的屈服极限。整理课件

6、脆性破坏整理课件原因 温度 ：因为钢在低温下或在某易特定的温度范围内其冲击韧性急剧下降 裂纹性缺陷 ：压力容器受压元件一旦产生裂纹，这个区域的实际的应力要比按常规方式计算的数值高的多，材料的实际强度比无裂纹的理想材料的强度低，即使材料有足够的韧性，但当裂纹缺陷达到一定的尺寸界限时，仍可能发生脆性断裂整理课件事故预防提高容器制造质量特别是焊接质量，是防止容器脆性破坏的重要措施。容器材料在使用条件下应具有较好的韧性加强压力容器的维护保养和定期检验工作，及时消除检验中发现的裂纹性缺陷，确保容器安全运行。整理课件第4.3节 疲劳破坏对称交变和脉动交变机械应力和热应力。金属构件的疲劳 整理课件燕山石化化

7、学品事业部粗苯酚再沸器振动破坏 壳程筒体与管板间焊缝附近裂纹壳程筒体与管板间焊缝横截面结构不合理和介质冲击导致疲劳，管板锻件晶粒度超过1级使疲劳加剧整理课件中海化学合成氨装置103-JT转子叶片振动破坏设计的安全系数偏小和榫齿与转子间的配合偏差导致疲劳整理课件断裂后的叶片断裂后的叶根整理课件疲劳断口整理课件 1.高应力低周疲劳 锅炉压力容器的疲劳是在结构局部高应力、低交变周次下发生的疲劳，叫低周疲劳。其交变载荷引起的最大应力超过材料的屈服点，而疲劳寿命N102105 2.低应力高周疲劳 低应力、高交变周次下发生的疲劳。其交变载荷引起的最大应力在材料屈服点以下，疲劳寿命N1105。 机理整理课件

8、 特征容器破坏时没有明显的塑性变形；疲劳断裂与脆性破坏的端口形貌不同，疲劳端口存在两个明显的区域，一个是疲劳裂纹产生及扩展区，另一个是最终断裂区容器的疲劳破坏一般是疲劳裂纹穿透器壁 而泄漏失效疲劳破坏总是在经过多次的反复加压和泄压后发生的整理课件原因 内部因素： 微裂纹向疲劳裂纹扩展开裂的条件。 外部因素： 变化幅度较大的非对称循环载荷整理课件事故预防压力容器的制造质量应符合要求，避免先天性的缺陷，以减小过高的局部应力。在压力容器的安装中应注意防止外来载荷源影响，以减少压力容器本体的交变载荷。在运行中要注意操作的正确性，尽量减少升压、泄压的次数，操作中要防止温度压力波动过大。对无法避免外来载荷

9、、无法减少开停车次数的压力容器，制造前应作疲劳设计，以保证压力容器不致发生疲劳破裂整理课件第4.4节 腐蚀破裂 腐蚀破裂：压力容器材料在腐蚀性介质的作用下，引起容器壁由厚变薄或材料组织结构改变、力学性能降低、使压力容器承载能力不够而发生的破坏形式。 分类： 按腐蚀的机理分：化学腐蚀和电化学腐蚀 按腐蚀环境分：介质腐蚀、海水腐蚀和土壤腐蚀 按腐蚀破坏的形态分：均匀腐蚀、局部腐蚀、晶 间腐蚀、断裂腐蚀、氢损伤整理课件形态 金属的均匀腐蚀是指在金属整个暴露表面上或者是大部分面积上产生程度基本相同的化学或电化学腐蚀，也称全面腐蚀。均匀腐蚀整理课件局部腐蚀 电偶腐蚀 只要由两种电极电位不同的金属相互接触

10、或用导体连通，在电介质存在的情况下就有电流通过。 孔蚀 指金属表面产生小孔的一种局部腐蚀。 选择性腐蚀 当金属合金材料与某种特定的腐蚀性介质接触时，介质与金属合金材料的某一元素或某一组分发生反应，使其被脱离出去，这种腐蚀称为选择性腐蚀。 磨损腐蚀 指由于腐蚀性介质与金属之间的相对运动，而使腐蚀过程加速的现象，又称为冲刷腐蚀。 缝隙腐蚀 暴露于电介质溶液中的金属表面上的缝隙和其它隐蔽区域内常常发生的强烈的局部腐蚀指材料表面的区域性腐蚀整理课件中海化学天野分公司C炉水冷壁炉管材质劣化管内跑酸导致氢腐蚀，其表现为脱碳和开裂整理课件北京东方化工厂裂解炉炉管大量活动性裂纹外表面内表面端面露点工况下的氯离

11、子应力腐蚀整理课件脱碳和开裂脱碳分层线整理课件晶间腐蚀 金属的腐蚀局限在晶界或者在晶界附近，而晶粒本身的腐蚀较小的一种腐蚀形态称为晶界腐蚀。这种腐蚀造成晶粒脱落，使容器材料的强度和伸长率显著下降，但仍保持原有的金属光泽而不易被发现，故危害很大。比如奥氏体不锈钢中的晶界腐蚀。整理课件断裂腐蚀 材料在腐蚀性介质和应力共同作用下产生的腐蚀，主要有应力腐蚀和疲劳腐蚀，应力可以是拉伸应力，也可以是交变应力。 应力腐蚀：拉应力与腐蚀性介质的作用 疲劳腐蚀：交变载荷与腐蚀性介质的作用整理课件引起应力腐蚀的应力必须是拉应力，且应力可大可小。纯金属不发生应力腐蚀。产生应力腐蚀的材料和腐蚀性介质之间有选择性和匹配

12、关系。应力腐蚀是一个电化学腐蚀过程，包括应力腐蚀裂纹萌生、稳定扩展、失稳扩展等阶段应力腐蚀有以下特点：整理课件常用材料发生应力腐蚀的敏感介质见下表： 材料 可发生应力腐蚀的敏感介质 碳钢 氢氧化物溶液；硫化氢水溶液；碳酸盐，硝酸盐或氰酸盐水溶液；海水；液氨；湿的CO-CO2-空气；硫酸-硝酸混合液；热的三氯化铁溶液 奥氏体不锈钢 海水；热的氢氧化物溶液；氯化物溶液；热的氟化物溶液； 铝合金 潮湿空气；海水；氯化物的水溶液；汞 钛合金 海水；盐酸；发烟硝酸；300以上的氯化物；潮湿空气；汞 整理课件新疆天业化工股份有限公司尿素合成塔应力腐蚀蒸气泄漏到层板中产生应力腐蚀开裂整理课件 液氨对碳钢及低

13、合金钢容器的应力腐蚀 ： 液氨储存容器在充装、卸放及检修时，难免进入空气。接触了空气的液氨，在氧及二氧化碳的参与下，在应力特别是焊接残余应力的作用下，对钢材有强烈的腐蚀作用，使之产生应力腐蚀裂纹，并多产生于焊缝部位。钢材强度越高，产生应力腐蚀裂纹的倾向越大。最终导致容器破裂。 整理课件 硫化氢对钢制容器的应力腐蚀 ： 湿的硫化氢，加上应力特别是焊接残余应力，可对钢制容器产生强烈的应力腐蚀，且在20左右的温度下最为严重。 苛性碱对锅炉锅筒或容器的应力腐蚀（碱脆或苛性脆化）： 这种应力腐蚀一般需要三个条件：较高的温度、较高的苛性碱浓度及较高（达到钢材屈服点）的拉伸应力。在锅炉锅筒的胀口、铆缝等部位

14、，有可能满足上述三个条件，常由这些部位开始形成应力腐蚀开裂。含碱容器的接管、法兰部位及其他应力集中部位，也有碱脆开裂的例证。 整理课件 氯离子对奥氏体不锈钢容器的应力腐蚀： 无论是高浓度的氯离子，还是高温高压水中微量的氯离子，均可对奥氏体不锈钢造成应力腐蚀。应力腐蚀裂纹常产生在焊缝附近，最终造成容器破裂。 潮湿条件下一氧化碳对气瓶的应力腐蚀： 工业一氧化碳气体中常含有二氧化碳和水分，在气瓶反复充装、应力交变的条件下，气瓶会产生应力腐蚀裂纹甚至破裂。整理课件 应力腐蚀破裂属于脆性破裂，断口平齐，没有明显的塑性变形，破裂方向与主应力方向垂直。应力腐蚀是一种局部腐蚀，其断口一般可分出裂纹扩展区和瞬时

15、破裂区两部分，前者颜色较深，有腐蚀产物伴随，后者颜色较浅且洁净。应力腐蚀裂纹扩展过程中会发生裂纹分叉，即有一主裂纹扩展得最快，其余是扩展得较慢的支裂纹。引起破裂的因素中均有特定介质和拉伸应力。应力腐蚀破裂的基本特征整理课件选用合适的材料，尽量避开材料与敏感介质的匹配，比如不用奥氏体不锈钢容器作接触海水及氯化物的容器。在结构设计及布置中避免过大的局部应力。采用涂层或衬里，把腐蚀性介质与容器承压壳体隔离，并防止涂层或衬里在使用中损坏。在制造中采用成熟合理的焊接工艺及装配成形工艺，并进行必要合理的热处理，消除焊接残余应力及其它内应力。应力腐蚀常对水分及潮湿气氛敏感，使用中应注意防湿防潮，对设备加强管

16、理和检验应力腐蚀破裂的预防整理课件氢损伤 由于氢渗进金属内部而造成的金属性能恶化的现象称为氢损伤，也称为氢破坏 氢鼓包 由于氢进入金属内部而产生，结果造成局部变形，甚至器壁遭到破坏 氢脆 由于氢进入金属内部而产生，结果引起韧性和抗拉强度下降 脱碳 由于湿氢进入钢中，使钢中碳含量减少，其结果是钢的强度下降； 氢腐蚀 在高温下氢与合金中的组分反应造成腐蚀。整理课件化学腐蚀和电化学腐蚀1.化学腐蚀 化学腐蚀是指容器金属与周围介质直接发生化学反应而引起的金属腐蚀。这类腐蚀主要包括金属在干燥或高温气体中的腐蚀以及在非电解质溶液中的腐蚀。典型的化学腐蚀有高温氧化、高温硫化、钢的渗碳与脱碳、氢腐蚀等。整理课

17、件高温氧化指金属在高温下与介质或周围环境中的氧作用而形成金属氧化物的过程。例如钢在空气中加热，在较低的温度下（200300）下表面出现可见的氧化膜。氧化速度随着温度的升高而加快。除氧气外，CO2，H2O，SO2等介质的存在也可能引起高温氧化，特别是水蒸汽的氧化作用较强整理课件高温硫化 金属在高温下与含硫介质（如硫蒸汽、硫化氢、二氧化硫）作用生成硫化物的过程。硫化作用较氧化作用更强。 硫化物不稳定、易剥离、晶格缺陷多、熔点低、而且与氧化物、硫酸盐及金属生成不稳定价的低熔点共晶物，因此在高温下易造成材料的破裂。整理课件 高温下某些碳化物（如CO和烃类）与钢接触时发生分解生成游离碳渗入钢内生成碳化物

18、称为渗碳，它降低了钢的韧性。钢的脱碳是由于钢中的渗碳体在高温下与介质作用被还原成铁发生脱碳反应，使得钢表面渗碳体减少，导致金属表面硬度和疲劳极限降低。钢的渗碳与脱碳整理课件氢腐蚀氢原子或氢离子扩散到钢材内部在空穴处生成甲烷。甲烷的扩散能力低，随着反应继续进行、甲烷逐渐聚集，形成局部高压，应力集中并发展为裂纹。氢腐蚀需要一个起始温度与一个起始氢分压。碳钢的起始温度为220，起始氢分压为1.38MPa左右。当氢分压低于起始分压时只发生表面脱碳而不发生氢腐蚀。指钢受高温高压氢的作用引起组分的化学变化，使钢材的强度和塑性下降、断开呈脆性断裂的现象整理课件电化学腐蚀 容器金属在电解质中，由电化学反应而引

19、起的腐蚀称为电化学腐蚀。电化学腐蚀中既有电子的得失，又有电流的形成。电化学反应是指一个反应过程可以分为两个或更多的氧化和还原反应。 电化学腐蚀是微电池的存在造成微电池腐蚀。绝大部分压力容器是由碳钢或不锈钢制造的。它们含有夹杂物，当其与电解质接触时，由于夹杂物的电位高成为微阴级，而铁的电位低而成为微阳极，这就形成了许多危险的电池，称为微电池。整理课件产生原因 金属表面和介质总是不均一，只是程度不同 金属表面有微孔，孔内金属是阳极； 金属表面被划伤时，划伤处是阳极； 金属内应力分布不均匀时，应力较大处为阳极 温度和介质的浓度不均一，也会构成微电池而造成电化学腐蚀整理课件原因1）压力容器维护保养不当

20、2）选材不当或未采取有效的防腐措施。3）结构不合理、或焊接不符合规范要求。4）介质中杂质的影响。整理课件17月份非计划停工分析表整理课件整理课件 6月25日福建焦化装置加热炉对流室注水管泄漏着火，装置停工。检查发现对流室注水管上两排管腐蚀严重，有一根腐蚀穿孔。本次非计划停工7天。1、福建焦化装置加热炉对流室注水管腐蚀情况原设计进水温度90度，由于预换热停用，进水温度只有25度左右，造成严重露点腐蚀。整理课件 7月6日燕化中压加氢裂化装置新氢压缩机入口压力突降，压缩机联锁停车，再次启动压缩机时氢系统压力难以建立，脱丁烷塔压力突然上升，装置被迫停工。经过检查发现E504A/B发生腐蚀内漏，抢修时两

21、台换热器共堵管38根。本次非计划停工4.32天2、燕化中压加氢裂化装置中压加氢裂化换热器E504A堵管情况整理课件燕化中压加氢裂化E504A换热管焊口焊肉减薄情况该管束应用了10年，从本周期开始出现腐蚀整理课件燕化中压加氢裂化E504A换热管焊口焊肉减薄情况该管束应用了10年，从本周期开始出现腐蚀整理课件 7月15日茂名渣油加氢裂化装置一系列空冷AC101A出现泄漏，装置被迫停工处理。抢修对泄漏的空冷管束进行了更换，本次非计划停工4天。3、茂名渣油加氢裂化装置渣油加氢裂化空冷101A管束换热管腐蚀穿孔整理课件茂名渣油加氢裂化空冷换热管减薄情况空冷管束解体图，管束均匀减薄整理课件事故预防根据介质

22、选用合适厚度的防腐蚀材料的容器；对奥氏体不锈钢应该严格控制氯离子含量，并避免在不锈钢敏感温度下使用，防止破坏不锈钢表面的钝化膜和防止晶间腐蚀的产生。选用有防腐蚀隔离措施的容器，以避免腐蚀介质对容器壳体产生的腐蚀。如在容器内表面涂防腐层，在容器内加衬里，或采用符合钢板制造容器，以防止介质的腐蚀。整理课件 选用结构合理、设计制造质量符合国家标准和要求的容器。容器由于结构不合理（如几何形状突变）、焊接工艺不合理、焊接质量差、强行组装、表面粗糙等都会造成较大的残余应力，最终可能导致容器腐蚀破裂。 使用中采用适当的工艺措施降低腐蚀速度。如在中性碱溶液中和在锅炉水系统中除氧、避免介质直接冲刷容器壳体及受压

23、部件；在容器中使用、维修中避免机械损伤，避免或减小外部附加应力等。为减少电化学腐蚀的危害，也可采用阴极保护法。整理课件第4.5节 压力冲击破裂 如果两种气体（可燃气体与助燃气体）在压力容器内的混合比例在爆炸极限范围内，遇到适当的条件即会被点燃而形成燃烧波，并在容器内以极高的速度迅速扩延和传播，形成压力冲击类型与机理1.可燃气体与助燃气体（氧、空气）反应爆炸整理课件（1）阀门零件泄漏，使可燃气体通过关闭着的阀门流进空气或氧气容器内，或者可燃气体储罐的连接密封结构失效，漏入空气等。（2）操作失误而造成可燃气体与助燃气体混合。（3）两种气瓶混装。常见的是用氧气瓶充装氢气，或用氢气瓶充装氧气原因如下：

24、整理课件 单分子的聚合大都是放热反应，因此必须适当控制其反应速率，并进行充分冷却。如果釜内反应失控，将会迅速聚合，放出大量的热，使压力急速上升，造成“爆聚”，使聚合设备受压力冲击而断裂。其原因如下：（1）催化剂使用不当（2）冷却装置失效2 .聚合釜的爆聚整理课件3. 压力容器的反应失控 由于化工生产中的很多工艺工程是放热反应，特别是放热的分解反应。如果反应失控，反应后气体体积将会增加并伴随着产生大量的热，产生压力冲击，使容器破裂。常见原因有：（1）原料投入时计量错误或器具失灵（2）原料不纯，特别是含有对反应起加速作用的杂质（3）搅拌或冷却装置失效。如因为突然停电，搅拌器停止工作或突然停水，冷却

25、装置未能起冷却作用。整理课件4. 液化气体的“爆沸” 盛装液化气体的压力容器，如果压力突然释放，则容器内的饱和蒸汽压骤减，气液平衡被打破，器内液体出现过热现象而瞬间急剧蒸发，产生大量气体，而冲击器壁。 其可能的原因如下：（1）在容器上误装爆破片，因器内压力升高，爆破片断裂。（2）容器壳体局部开裂（3）两种沸点相差悬殊的液化气体突然混入一个容器内。整理课件二 、特征 从压力冲击断裂壳体的形貌状态来看，颇似因部件存在缺陷而产生的脆性断裂：（1）壳体碎裂。 压力冲击破裂的容器，常常产生大量的碎块，这是其主要特征。（2）壳体内壁常附有化学反应产物或痕迹。（3）断裂时常伴有高温产生。（4）断口形貌类似脆

26、性断裂。（5）容器释放的能量较大。整理课件三 、事故预防 压力冲击破裂其实就是压力容器在非正常工况状态下引起的爆炸事故，因此，必须从根本上加以预防。 1.完善规程和管理制度 （1）生产工艺设计、操作规程和管理制度 凡有可能产生异常工况的压力容器，在操作规程中，必须从生产工艺的角度加以预想，并在操作规程中注明防范措施和操作方法。 对于可能出现副反应等非正常化学反应的压力容器，生产工艺设计、操作规程中必须严格控制工艺指标和操作要求。 压缩气体及液化气体的充装必须按国家有关标准规定，制定完善的气瓶充装操作规程和管理制度。整理课件 （2）检修检测规程和管理制度。 压力容器发生压力冲击破裂事故中有不少是

27、跟检修有关，因此必须根据压力容器的生产工艺状况、介质的特性结合检修内容制定压力容器或生产系统的检修规程。 （3）仪器仪表安全附件保养规程。要防止压力容器发生压力冲击破裂必须确保仪器、仪表测量和显示的准确性，特别是有可能发生非正常化学反应的仪器仪表。 整理课件2 .加强现场的管理和作业人员的培训持证上岗一丝不苟整理课件第4.6节 蠕变破裂 在高温和一定载荷的共同作用下，材料发生塑性变形且塑性变形随时间逐渐增加的现象，叫材料的蠕变。了解蠕变需要注意以下几点： 1.材料的蠕变现象在温度高到一定程度时才会出现，试验表明，蠕变温度约为材料熔化温度的2535（以绝对温度计算）。碳钢出现明显蠕变的温度约为350，合金钢出现明显蠕变的温度在400以上。2.蠕变是一个持续塑性变形过程，蠕变破裂是蠕变的最终结果。材料自开始蠕变至蠕变破裂所持续的时间叫蠕变寿命。蠕变寿命取决于材质、载荷、温度等因素，其中对温度尤为敏感。在蠕变条件下，温度的微小升高就可使蠕变寿命大幅度降低。整理课件3.材料发生蠕变时，载荷与应力通常并不高，但是低于屈服点的应力和足够的温度即可引起蠕变。 4.对于锅炉压力容器钢材来说，常把对应出现明显