化工設(shè)備壓力容器破壞原因及預(yù)防研究

歐陽(yáng)洋 崔洋

摘要：壓力容器設(shè)備廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)中，由于容器內(nèi)部的存在壓力，所以其安全性關(guān)系到化工企業(yè)的正常運(yùn)行，甚至影響到周圍環(huán)境和相關(guān)工作人員的安全，所以對(duì)化工設(shè)備壓力容器進(jìn)行保養(yǎng)，防止其遭到破壞是十分必要的?；毫θ萜鞯钠茐闹饕憩F(xiàn)為韌性破裂、脆性破裂、疲勞破裂以及腐蝕破裂等，本文主要分析如何根據(jù)不同的破壞因素而制定出相應(yīng)的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備;壓力容器;破壞原因;預(yù)防措施

壓力容器是化工業(yè)中常用的特種設(shè)備，在化工生產(chǎn)中，壓力容器的安全性能尤其重要?；毫θ萜髟牧弦资墉h(huán)境腐蝕，容器的焊接部位易發(fā)生斷裂等故障。面對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境和極易產(chǎn)的安全故障因素，化工企業(yè)相關(guān)人員對(duì)壓力容器的破損予以重視，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)處理，以消除安全隱患。

1、壓力容器損壞的原因

1.1突破容器疲勞極限而發(fā)生破損

壓力容器出現(xiàn)疲勞破裂是由于金屬表面形成一個(gè)駐留滑移帶，裂紋隨著切應(yīng)力的方向向著容器內(nèi)部不斷擴(kuò)展，進(jìn)而轉(zhuǎn)向和主應(yīng)力垂直的方向，該過(guò)程的裂紋擴(kuò)展速度較為緩慢，但是若不及時(shí)對(duì)裂紋進(jìn)行處理，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)以及壓力容器的使用，裂紋就會(huì)穿過(guò)晶面迅速向著主應(yīng)力垂直的方向再度擴(kuò)展。壓力容器出現(xiàn)疲勞裂紋的主要原因是因?yàn)槿萜魉惺艿难h(huán)負(fù)荷變化較大，在加上局部應(yīng)力過(guò)高，極大的超出了容器所能夠承受的壓力。還有就是容器在制造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)用一些高強(qiáng)度的低合金鋼材和一些超厚的材料，讓容器的焊接難度大大增加，最終導(dǎo)致焊接的質(zhì)量較低，很容易發(fā)生疲勞破裂。就特征而言，疲勞破裂和脆性破裂都沒(méi)有較為明顯的特征，變形程度較小，不易察覺(jué)。另外，壓力容器也會(huì)在溫度和承載力變化過(guò)大的情況下發(fā)生破裂，而產(chǎn)生破裂的位置一般是承受應(yīng)力的主要部位，或者在生產(chǎn)過(guò)程中存在質(zhì)量問(wèn)題的部位，產(chǎn)生的疲勞裂紋通常都能穿透容器壁。

1.2脆性損壞與韌性變形脆性損壞

發(fā)生在壓力容器外來(lái)壓力低于器壁極限時(shí)，一般受溫度環(huán)境的影響，在出現(xiàn)損壞前不會(huì)出現(xiàn)較明顯的預(yù)兆，因此較難提前進(jìn)行預(yù)防維護(hù)。損壞原因主要包括容器焊接處理不當(dāng)、材料抗壓性能差等。而韌性變形的出現(xiàn)主要是因?yàn)閴毫θ萜魍獗诔惺艿膲毫^(guò)大。不同于脆性損壞，韌性破壞會(huì)發(fā)生塑性變形，使得容器器壁越來(lái)越薄，瓶身越來(lái)越大。同時(shí)，隨著外部壓力越來(lái)越大，一旦突破器壁口極限，就會(huì)導(dǎo)致器壁口開裂，雖不會(huì)產(chǎn)生碎片，但對(duì)化工生產(chǎn)仍會(huì)造成嚴(yán)重影響。制作時(shí)未選用正確材料、未進(jìn)行規(guī)范操作、容器長(zhǎng)期處于高負(fù)荷使用都是壓力容器出現(xiàn)韌性變形的主要原因。

1.3化學(xué)物質(zhì)腐蝕容器

眾所周知，化工產(chǎn)品的原材料都帶有一定程度的腐蝕性，而長(zhǎng)期裝載有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的壓力容器就會(huì)不斷被腐蝕，使得器壁逐漸變薄。這時(shí)，如果繼續(xù)使用該容器承受過(guò)大壓力，就極易出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。但現(xiàn)研發(fā)出的高質(zhì)量壓力容器可以很好地克服腐蝕問(wèn)題，因此要想預(yù)防化學(xué)物質(zhì)腐蝕造成的容器破壞，就必須提高容器的材料質(zhì)量與制作品質(zhì)。

1.4蠕變

當(dāng)壓力容器長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下工作時(shí)，容器材料就會(huì)隨著時(shí)間的推移降低相應(yīng)的性能，該性能表現(xiàn)為器壁發(fā)生變形，容器的體積慢慢變大，最后導(dǎo)致材料的韌性降低，最終發(fā)生低應(yīng)力脆斷的概率大大增加，當(dāng)情況進(jìn)一步嚴(yán)重時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)蠕變破裂，而容器在高溫的情況下負(fù)載會(huì)不斷增大，還會(huì)造成另外一類容器破裂，也就是所謂的蠕變疲勞破裂。

2、壓力容器損壞的預(yù)防策略

2.1壓力容器的疲勞損壞預(yù)防

壓力容器的疲勞破裂帶來(lái)的負(fù)面影響較大，為了緩解這一問(wèn)題，我們應(yīng)該盡量減少長(zhǎng)時(shí)間加壓的操作。另外，為了盡量減少壓力容器的超負(fù)荷運(yùn)行發(fā)生率，我們應(yīng)該盡量減少重復(fù)操作的出現(xiàn)，把壓力容器破裂問(wèn)題控制在合理范圍內(nèi)。壓力容器的制作需要采用性能較強(qiáng)的材料，特別是在壓力容器的生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行操作，在確保壓力容器正常工作的前提下降低其器壁壓力。為此，工作人員可以通過(guò)卸載或者加壓的方式降低壓力容器的疲勞損壞發(fā)生率。

2.2壓力容器的脆性損壞預(yù)防

為了緩解壓力容器的脆性損壞問(wèn)題，我們應(yīng)該結(jié)合實(shí)際需求科學(xué)選擇容器材料，結(jié)合實(shí)際需求合理選擇質(zhì)量較好的材料才能提升壓力容器的自設(shè)質(zhì)量，從而有效降低壓力容器脆性破裂問(wèn)題的出現(xiàn)。不僅如此，相關(guān)操作也應(yīng)該嚴(yán)格相關(guān)要求落實(shí)，否則就會(huì)造成壓力容器的破裂問(wèn)題。壓力容器制作工作人員應(yīng)該嚴(yán)格按照要求選擇合適的材料，通過(guò)提升容器材料質(zhì)量進(jìn)一步提升壓力容器的綜合性能，從而提升壓力容器的抗變形水平。在壓力容器的安裝過(guò)程中，工作人員應(yīng)該認(rèn)真做好焊接工作，確保焊接連接點(diǎn)的選擇準(zhǔn)確性，盡量降低壓力容器的焊接問(wèn)題發(fā)生率。在化工企業(yè)壓力容器的運(yùn)用過(guò)程中，應(yīng)該定期做好檢查工作，確保壓力容器的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3壓力容器的韌性變形預(yù)防

只有嚴(yán)格按照相關(guān)要求落實(shí)好壓力容器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作及材料選擇工作，才能有效提升壓力容器的質(zhì)量。在壓力容器的使用和生產(chǎn)過(guò)程中都需要降低超負(fù)荷問(wèn)題的出現(xiàn)率，另外還應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)防，并每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次壓力容器設(shè)備的科學(xué)檢查，確保壓力容器設(shè)備的正常工作，從而有效增加壓力容器的使用時(shí)間。工作人員需要不斷提升壓力容器的自身性能，這樣才能增強(qiáng)壓力容器的抗壓能力。在壓力容器的設(shè)計(jì)制作工作中，我們需要按照生產(chǎn)需要和環(huán)境需要提升壓力容器的運(yùn)行荷載能力。施工工作人員應(yīng)該確保壓力容器自身作用的發(fā)揮，結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整容器的安裝方案，把容器和檢測(cè)設(shè)備結(jié)合在一起，提升壓力容器的抗任性破壞能力。

2.4腐蝕破裂預(yù)防措施

由于腐蝕破裂出現(xiàn)的原因以及類型的不同，所以在對(duì)其采取措施時(shí)也要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)防，針對(duì)應(yīng)力腐蝕可以選擇一些對(duì)于應(yīng)力腐蝕不太敏感的材料，并添加相應(yīng)的緩蝕劑，在容器的制造過(guò)程中盡可能的避免應(yīng)力過(guò)于集中，然后就是降低材料對(duì)于脆性的敏感度，防止周圍出現(xiàn)有氫環(huán)境。通過(guò)防腐蝕材料的涂抹，可起到預(yù)防腐蝕的作用，常用防腐蝕材料包括：（1）油脂涂料。該材料具有經(jīng)濟(jì)性、涂刷性較強(qiáng)、提升表面濕潤(rùn)性的等特點(diǎn)。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，油脂材料的機(jī)械性能相對(duì)較差，且漆膜相對(duì)較軟，涂抹后需較長(zhǎng)的周期才能干燥。同時(shí)，油脂材料的防水性相對(duì)較差。（2）生漆。生漆材料的應(yīng)用具有較強(qiáng)的附著力，可以提升容器表面的光澤度，其漆膜堅(jiān)韌性較強(qiáng)，在抵抗油性腐蝕、水腐蝕等方面表現(xiàn)優(yōu)異。但此材料的應(yīng)用存在一定缺點(diǎn)，如生漆材料具有毒性，在材料涂抹、使用過(guò)程中，若人員防護(hù)不到位，極易出現(xiàn)皮膚過(guò)敏的問(wèn)題。（3）酚醛樹脂材料。酚醛材料在現(xiàn)階段容器保護(hù)中的應(yīng)用較為少見，雖然此種材料的應(yīng)用有著較為理想的抗腐蝕效果，但是應(yīng)用成本較高，且施工過(guò)程極為繁瑣。（4）環(huán)氧樹脂材料。此材料應(yīng)用有著較好的腐蝕抵抗效果，常用固化劑包括芳香胺及其改性物、聚酰胺樹脂等。

2.5蠕變破裂預(yù)防措施

首先要做的就是按照國(guó)家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行容器的制造，盡量選擇滿足高溫力學(xué)性能相關(guān)的材料，且在容器的使用過(guò)程中不能讓其長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下運(yùn)行，控制好容器壁的溫度，一旦容器出現(xiàn)塑性變形的痕跡，就要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理，防止容器破裂發(fā)展為蠕變破裂，最后就是要加強(qiáng)工作人員的檢查力度，時(shí)刻觀察容器的情況，一旦有出現(xiàn)破裂的痕跡，就要立即采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

結(jié)束語(yǔ)

壓力容器在正常的使用過(guò)程中也容易產(chǎn)生破損情況，這是屬于可控范圍內(nèi)的。但如果化工企業(yè)相關(guān)人員對(duì)壓力容器的破損不予以重視，就可能引發(fā)更為嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，不僅會(huì)對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益與品牌形象造成影響，還有可能威脅工人的生命安全。為規(guī)避上述現(xiàn)象，必須做好壓力容器的檢查與預(yù)防工作。

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