探索化工容器断裂失效分析的技术路径

探索化工容器断裂失效分析的技术路径

张腾

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摘 要：压力容器设备应用十分普遍，目前已被应用于现代化的产业、市政工程等领域。然而，在实际操作中经常会遇到许多问题，最常见的就是由于管道破裂而导致的压力容器设备故障，因此，研究压力容器故障的原因十分关键，在日常的工作中防止其发生故障十分必要。文章着重对其故障进行了剖析，探讨了故障处理的工艺途径，并对其发展前景做了展望。

关键词：压力容器；断裂失效分析；风险防控

目前，随着工业化进程的加快，对于压力容器的要求也发生了很大的变化，目前的压力容器装置正朝着更大、更复杂、更精细的方向发展。在实际的工作过程中，如果压力容器发生故障，不仅会导致生产中断，还会导致机器设备的损伤，甚至还会导致人员的人身和财产的安全。因此，对压力容器的开裂故障进行分析是十分有必要的，在进行了分析和总结以后，要在生产前和生产中对其进行彻底防治，这样才能保证人民的人身和财产的安全。

1.化工压力容器

化工压力容器，正如它所说的那样，是一种用于储存、运输、反应和分离化工产品的工业压力容器，它是一种封闭的装置，按照所能承受的压力，将其分为低、中、高和超高三种形式，不同等级的压力容器在制造过程中所起到的功能也不尽一样，它们各自承担着不同的物质。

2.压力容器失效分析方法

2.1压力容器失效分析时常用的分析方法

在众多的压力容器故障中，断裂是一种很常见的故障，它导致了相当大的破坏。常规的故障分析方法是对产生断裂的原因进行综合的剖析，断裂的形态有很多种，如穿晶断裂，晶界断裂脆性断裂，韧性断裂，腐蚀断裂，蠕变断裂，疲劳断裂等等。不同类型的裂缝具有不同的类型，因此，需要对这种类型的裂缝进行充分的理解，以便在化工压力容器的故障情况下，可以迅速地发现故障的原因，判断是否已经发生了断裂。

（1）脆性断裂：在化工设备中，高压一次管道在特定的环境下，会发生脆断，进而产生裂纹。通常，脆性破裂发生时没有显著的形变，其断面较为平坦，而在脆性破裂时，往往会产生破碎的零件，而管壁的厚度则基本不变。脆性形变不像塑性形变，可以清楚地看到一个明显的形变区，而脆性形变的发生不会对容器的大小造成影响，而且所产生的断口也较为平整，由于没有塑性变形，所以断裂的部位通常不会有任何的变化，大部分都是大块的粉碎。结果表明，断裂面呈金属光泽，有较多颗粒状颗粒。用电子显微镜仔细地看着这一块石头，这一块石头有着不同的形状，看上去就好像是一条河，每一条河都是一个人的形状。在服役期间，压力容器的脆化温度比其脆化温度低，导致了脆断的产生。这就导致了化工压力容器的耐撞性下降。在应用时，首先要从温度方面来判定化工压力容器有没有发生脆断，然而，化工压力容器发生脆断的原因并不完全是因为温度，而是因为它只能说明，在低温下，化工压力容器的内部结构是最灵敏的，在切口的位置和切口的位置，都会产生比较集中的应力。当应力达到一定程度时，便会产生裂缝，而当压力持续增加时，裂缝便会向四周蔓延。脆性断裂通常都是有开始的，而且大部分都是发生在化工压力容器的焊接接头上，由于焊缝中经常会留下阴影，所以造成了焊缝部位的缺陷，除此之外，在材料的选用过程中，也有可能会有夹杂。所以，当产生脆性变形时，应从多个角度来考虑。

（2）疲劳断裂：在化学制品加工过程中，在各种失效形式中，其破坏形式高达88%。其与塑性、脆性等特性有较大区别，化学工业中的压力容器整体上无明显的形变，而裂纹的部位也并非一成不变，无规律可循。观察裂缝，造成化工压力容器泄漏，不会产生破裂。从宏观上看，可以看出明显的裂缝来源，而瞬断区则是裂缝扩张区和裂缝扩张区，通过对裂缝的观测可以看出，裂缝是在裂缝扩张过程中为躲避障碍物而产生的阶梯，这也是裂缝产生的重要原因。在化工设备中，经常会出现疲劳破坏，其中最常见的是“贝壳”或“人”字形裂纹。在拉伸过程中，拉伸区域内会产生类似于“贝壳”一样的结构，其原因在于施加的载荷具有一定的周期，也可能是不断地发生着变化，从而使得裂缝的发展速度发生了变化，从而使断面呈现出一种有规律的色彩。当壳体发育到某一阶段，将会形成瞬裂区，而瞬裂区则因其材质的差异而呈现上述“塑性”与“脆性”两种破坏模式。当发生疲劳裂纹时，通常采用高分辨的透射电镜来观测，这对于一般的测试单元来说是非常困难的。引起疲劳破坏的因素是很多的，例如外力，腐蚀，热等。虽然在压力容器内发生的疲劳破坏以机械性的疲劳破裂为主，但也不能将其完全消除。由于化工类压力容器的应力集中，导致其破裂也是一种普遍的破坏形式，但难以区分其与疲劳断裂。

2.2压力容器失效系统分析方法

上述的故障分析方法，是通过对裂纹产生的各种现象进行分析，从而得到故障的根源，这种常见的故障分析方式，仅适用于普通的容器。在当今的产业发展过程中，专家们对压力容器的故障处理方式也有了更深入的了解，从单纯的检测分析到如今的系统性分析，这也是当今行业发展的一种潮流。这种方法可以更好

地定位出事故中的弱点，同时也可以找到对事故有更大影响的原因。有时候甚至可以把全部的时间都集中在一起，这样就可以把一些不会对最终事件产生影响的小集。该方法还可以用来进行事故的预报。还是用剧情解析的方法更完整、更有效。可以在日常工作中处理突发事件。

3.断裂的解决方法

为了避免韧性断裂的产生。要依据化工压力容器的制造需要选用较高的强度的材质，在生产时要严格遵循加工技术参数，尽量避免使用高压、高温等。在日常的工作中要注意对它的维护，一旦发生塑性变形，就要立即停下来，并进行维修。

针对化工类压力容器的疲劳断裂问题，提出了一种有效的预防措施。在日常的工作中，要尽可能地防止长期地使用，同时要对温度，压力，时间等做好充分的控制。另外，在进行化工压力容器的设计时，还要考虑到生产中所采用的材料特性，要对其进行适当的设计，尽量减少应力集中的问题。

结束语：

综上所述，在当前的化学工业飞速发展的今天，国内的一些化工企业仍然存在着许多问题。但是，随着国内化工压力容器制造工艺水平的提高，我国的产品一定能达到更高的水平。

参考文献

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[2]吴望周.化工设备断裂失效分析基础[J].东南大学出版社,2021(07):34-37.

[3]Dan cao，曹丹.化工容器失效类型及预防措施[J]//中国腐蚀与防护学会高分子管道和容器专业委员会学术交流会；中国腐蚀与防护学会高分子管道和容器专业委员会， 2020(08):225-227.