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工业压力容器失效原因及模式

发布时间:2020-05-28 09:46:44         发布人:化工泵
   工业生产使用中,压力容器的失效是什么原因产生的,分为哪些呢?压力容器的失效是损伤积累到一定程度,容器的强度、刚度或功能不能满足使用要求的状态。那么损伤是怎么产生的呢?其实损伤是一个过程,容器在外部机械力、介质环境、热作用等单独或共同作用下,材料性能下降、结构不连续或承载能力下降,这便是损伤。发生损伤后不一定失效,而发生失效则一定存在损伤。
   失效模式是压力容器的设计基础,设计方法(准则)必须针对失效模式,压力容器设计的一步骤就应该是确定容器有可能发生的失效模式;对于第III类压力容器,设计时还要求出具包括主要失效模式、风险控制等内容的风险评估报告。另外对压力容器检验结果的评价,也是建立在失效模式的基础上。
   针对锅炉和压力容器常见的失效形式,在标准中将失效模式归纳为三大类。
压力容器
一、长期失效模式
1、冲蚀、腐蚀(Erosion, corrosion)
  压力容器材料在腐蚀介质作用下,如碳钢罐,因均匀腐蚀导致壁厚减薄及材料组织结构改变或局部腐蚀造成的凹坑,使材料力学性能降低,容器承载能力不足而发生的断裂。压力容器腐蚀机理有化学腐蚀和电化学腐蚀。腐蚀形态有均匀腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀、氢腐蚀、双金属腐蚀等。
2、蠕变断裂(Creep rupture)
    压力容器在高温下长期受载,随着时间增加材料发生缓慢的塑性变形,塑性变形经长期积累而造成厚度明显减薄或鼓胀变形,导致容器断裂。压力容器发生蠕变时,一般壁温达到或超过其材料熔化温度的25%~35%。蠕变断裂的变形量取决于材料的韧性,断裂时的应力值低于材料使用温度下的强度极限。
3、环境助长开裂,如应力腐蚀开裂、氢开裂等
4、蠕变-在机械连接处的超量变形或导致不允许的载荷传递
5、蠕变失稳(Creep instability)
  随着时间的推移逐渐积累的变形为蠕变变形,蠕变变形发展到一定程度会出现蠕变失稳。
二、短期失效模式
1、韧性断裂(Ductile rupture)
   在压力等荷载作用下,产生的应力值达到或接近器壁材料的强度极限而发生的断裂。通常碳钢压力容器的韧性断裂的主要原因是壁厚过薄(设计壁厚不足和厚度因腐蚀而变薄)、内压过高或选材不当、安装不符合安全要求。
2、脆性断裂(Brittle fracture)
   容器没有明显的塑性变形,且器壁中的应力值远远小于材料的强度极限
甚至低于材料的屈服极限而发生的断裂。脆性断裂的主要原因在于材料的脆化(材料选择不当、材料加工工艺不当、应变时效、运行环境恶劣)和材料本身的缺陷。
3、超量变形引起的接头泄漏(Leakage at joints due to excessive deformations)
   容器的各种接口密封面失效或胀接管口松动发生泄漏而引起的失效,泄漏介质可能造成严重的环境污染。
4、弹性、塑性或弹塑性失稳(垮塌)
5、超量局部应变引起的裂纹形成或韧性断裂
   在压应力作用下,压力容器突然失去其原有的规则几何形状引起的失效称为失稳失效。容器弹性失稳的一个重要特征是弹性挠度与载荷不成比例,且临界压力与材料的强度无关,主要取决于容器的尺寸和材料的弹性性质,但当容器中的应力水平超过材料的屈服点而发生非弹性失稳时,临界压力还与材料的强度有关。
三、循环失效模式
1、环境助长疲劳
2、扩展性塑性变形
3、交替塑性
4、弹性应变疲劳(中周和高周疲劳)或弹塑性应变疲劳(低周疲劳)。
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