《压力容器与管道安全评价 第2版》课件 第5章 压力容器安全评价

5.1.1压力容器的韧脆性破裂01韧性破裂03对比分析02脆性破裂Learninggoals学习目标课程导入破裂的后果快速破裂引起爆炸有毒物质泄漏引起的中毒易燃物引起的火灾或爆燃环境污染1知识点1韧性破裂器壁应力达到材料的强度极限而发生破裂或断裂的一种破坏形式。应力塑性变形微空洞1.1韧性破裂的机理脆性夹渣物裂纹韧性破裂1.2韧性破裂的原因（1）超压安全阀失灵、液化气体充装过量或贮存温度过高等；违规操作，操作失误。（2）器壁厚度不够或使用中减薄设计制造不合理或误用设备，造成器壁厚度不够；腐蚀使器壁减薄；容器未正常维护等。韧性破裂1.3韧性破裂的特征破裂容器器壁有明显的塑性变形断口呈暗灰色纤维状容器一般不是碎裂，没有碎片容器实际爆破压力接近计算爆破压力韧性破裂1.4韧性破裂的预防设计时选用足够强度和厚度的材料按核定工艺参数运行，安全附件齐全加强巡回检查，防止超温、超压、超负荷运行加强维护保养，防止发生腐蚀2知识点2脆性破裂破裂时没有显著的塑性变形，破裂时器壁压力远远小于材料的强度极限，甚至还低于材料的屈服极限，又称为低应力破坏。脆性破裂2.1脆性破裂的机理容器本身存在缺陷或几何形状发生变化；存在一定的水平应力；材料韧性较差。脆性破裂2.2脆性破裂的原因材料脆性

制造脆性、低温脆性容器材料或其结构部件存在严重缺陷

裂纹焊接区和焊缝处有缺陷

残余应力、夹渣、未焊透、裂纹等材料中的杂质过高及应力腐蚀

硫、磷容器存在较高的附加应力

残余应力脆性破裂2.3脆性破裂的特征破裂容器器壁没有明显的塑性变形裂口齐平、断口呈金属光泽的结晶状瞬间发生，有碎片飞出工作应力≤屈服应力破裂事故多数在温度较低的情况下发生在缺陷处或几何形状突变处首先发生脆性破裂2.4脆性破裂的预防减少部件结构及焊缝的应力集中部件材料在使用条件下要具有较好的韧性消除残余应力加强对部件缺陷的检验3知识点3对比分析

破裂特征破裂形式塑性变形断口形貌破坏形式应力状态韧性破裂明显断口不齐平，暗灰色纤维状撕裂达到强度极限脆性破裂不明显断口齐平，呈金属光泽的结晶状裂成碎片低于屈服极限两种形式破裂特征对比5.1.2压力容器的疲劳和腐蚀破裂01疲劳破裂02腐蚀破裂Learninggoals学习目标课程导入日本石化厂化工设备事故统计1知识点1疲劳破裂反复加压和卸压受到交变载荷的长期作用。低应力状态。突然发生。疲劳破裂1、破裂机理

循环次数最大交变应力金属的疲劳曲线图低应力高周疲劳高应力低周疲劳

疲劳破裂1、破裂机理

裂纹的萌生裂纹的扩展疲劳破裂的阶段：疲劳断裂疲劳破裂2、破裂原因

过高的局部应力不连续处，应力集中容器承受交变循环载荷

间歇式操作，压力、温度波动较大，周期性外载荷材料本身和焊缝处存在缺陷疲劳破裂3、破裂特征

容器没有明显的塑性变形破裂断口存在3个区域出现在局部应力较高或缺陷处缓慢，容器常因开裂泄漏而失效破裂总是在容器经过反复的加压和卸压以后发生象贝壳一样的同心弧线花纹疲劳破裂4、预防措施制造质量应符合要求，避免先天性缺陷安装中要防止外来载荷源的影响正确操作，减少升压、降压的次数，防止压力温度波动过大制造前做疲劳设计2知识点2腐蚀破裂腐蚀性介质容器壁承载能力不够1、腐蚀破裂的机理（1）均匀腐蚀全面腐蚀容易发现腐蚀破裂（2）点腐蚀潮湿介质或氯介质电化学腐蚀（3）晶间腐蚀破坏晶界结合力腐蚀破裂裂纹的萌生、扩展区快速断裂区（4）疲劳腐蚀腐蚀介质、交变拉应力腐蚀破裂（5）应力腐蚀拉应力特定的合金和介质系统延迟断裂脆性断裂腐蚀破裂2、腐蚀破裂的预防

选用合适的防腐蚀材料使容器壳体与腐蚀性介质隔离消除能引起应力腐蚀的因素课程小结01疲劳破裂02腐蚀破裂5.2.1压力容器的爆炸危害01爆炸能量的估算02现场破坏能量的估算Learninggoals学习目标课程导入爆炸发出的巨大声响对物体的振动损害及人体器官的伤害冲击波的危害爆炸碎片的破坏容器破裂后介质泄露造成的人员中毒或二次燃烧爆炸等。1知识点1爆炸能量估算容器的容积压力介质爆炸能量爆炸能量系数爆炸能量估算压缩气体干饱和水蒸气气体绝热膨胀液体气体液化气体高温饱和水气液两相共存爆炸过热液体急剧蒸发气体绝热膨胀可忽略（1）（2）（3）（4）可燃气体的燃烧热不同工况2知识点2现场破坏能量的估算爆炸能量将压力容器壳体撕裂将容器或撕裂的碎片抛出去

E1形成冲击波对周围建筑物或设备造成破坏

E2忽略破坏能量现场破坏能量的估算1、碎片的破坏作用碎片动能E1/J>26>60>200>300损伤程度致人外伤骨轻伤骨重伤重伤或死亡表5-8碎片动能所能造成的人体伤害程度式中，E1——碎片动能（J）；m——碎片质量（kg）；v0——碎片的初速度（m/s）。距离高度夹角重力加速度空气阻力现场破坏能量的估算2、冲击波的破坏作用超压在距爆炸中心一定距离处的压力-时间曲线图现场破坏能量的估算超压△p/kPa破坏情况5~66~1015~2020~3040~5050~6070~100100~200200~300门窗玻璃部分破碎受压面的门窗玻璃大部分破碎窗框损坏墙裂縫墙裂大缝，屋瓦掉下木建筑厂房屋柱折断，房架松动砖墙倒塌防震钢筋混凝土破坏，小屋倒塌大型钢架结构破坏超压对建筑物的破坏作用△p/kPa伤害作用20~30轻微损伤30~50听觉器官损伤或骨折50~100内脏严重损伤或死亡>100大部分人员死亡超压对人体的伤害作用现场破坏能量的估算推算冲击波超压△p确定模拟比α计算TNT当量计算破坏能量△pR0冲击波对周围建筑物的破坏能量计算步骤：现场破坏能量的估算E=E1+E2破坏能量

＜爆炸能量纯物理爆炸破坏能量

＞爆炸能量化学爆炸或二次爆炸破坏能量课程小结01爆炸能量的估算02现场破坏能量的估算5.2.2压力容器的事故分析01基于断裂形式的分析02基于断裂时载荷状态的分析Learninggoals学习目标课程导入对事故进行调查、分析和处理查清事故经过、事故原因和事故损失查明事故性质、认定事故责任总结事故教训、提出整改措施对事故责任者依法追究责任防止和减少类似压力容器事故的重复发生基本步骤：1知识点1基于断裂形式的分析①根据断裂特征，确定断裂类型②分析断裂的基本条件是否存在。③通过计算或试验，分析产生的直接原因或间接原因。2知识点2基于断裂时载荷状态的分析载荷状态工作压力状态超压状态容器内爆炸反应状态判别方法：查看压力记录仪表记录的断裂时压力；容器断裂后的形态和安全附件的状况；破坏能量估算。基于断裂时载荷状态的分析（1）工作压力下断裂①容器无超压的可能性或可能性甚小。②计算爆破压力与容器最高工作压力大体相近，或者是容器存在低应力破坏的条件。③容器的安全附件状态正常。④估算爆破能量：工作压力>总破坏能量。判别基于断裂时载荷状态的分析①由于设计差错或运行中的严重腐蚀，容器壁厚过薄。②制造过程中误用材料。③容器存在较严重的材料缺陷或制造缺陷。④容器经受过多次的反复载荷，且存在较高的局部应力。⑤异常操作或环境劣化，构成金属与介质环境的特殊组合，产生应力腐蚀。（1）工作压力下断裂原因基于断裂时载荷状态的分析（2）超压断裂①容器有超压的可能性。②明显塑性变形，计算破裂压力远大于容器最高工作压力。③没有按规定装设安全泄压装置或安全泄压装置严重失效。④估算爆破能量：工作压力<总破坏能量<计算破裂。判别基于断裂时载荷状态的分析（2）超压断裂①压缩气体储罐正常的排气受阻塞，在高温及超压下断裂②液化气体容器意外受热，充装过量③分离、换热（蒸发）容器高压气体进入低压容器④放热或体积增大的化学反应容器。原因基于断裂时载荷状态的分析（3）容器内爆炸反应造成破裂①存在可能发生