淺析壓力容器破壞預防與維護措施

姬紅理 (中藍連海設計研究院 上海 201204)

壓力容器的制造、維護關系到化工企業的發展，對壓力容器進行有效維護能夠降低化工生產的成本； 提高壓力容器的安全系數能有效降低工作人員和周圍居民的安全風險； 對壓力容器維護經驗進行總結、分析、研究能有效促進科學的發展；有效維護壓力容器，延長壓力容器的使用壽命，能避免重復制造，節省材料， 節約資源。 下面我們對壓力容器破壞的各種形式進行分析，并思考相應的預防、維護措施。

一、韌性破裂

金屬材料的韌性破裂首先是發生大量的塑性變形， 在塑性變形嚴重處產生微孔，微孔容易夾雜雜質，在拉力作用下，微孔夾雜物容易與基體界分離，形成裂紋，最后造成斷裂。 塑性變形是壓力容器破裂的前兆，是緩解壓力、推遲破裂的形式，若不及時對壓力容器的變形采取措施， 隨著變形的加重和時間的推移破裂隨時可能發生。 壓力容器產生韌性破裂主要是因為壓力容器的液化氣壓體充裝過量，或者在使用過程中超壓，在維護過程中不恰當的維護措施導致器壁變薄，承受壓力能力降低，更容易發生變形，產生破裂。

預防壓力容器產生韌性破裂首先需要正確設計壓力容器，操作時嚴格按照規范進行，并對壓力容器設置超壓泄放裝置，當壓力容器承受壓力超過一定范圍時， 泄壓裝置啟動幫助容器泄壓。 再者在壓力容器維護過程中，要選擇恰當的方法。 最后加強壓力容器的檢查工作，對壓力容器的變形及時采取有效措施，預防破裂或爆破。

二、脆性破裂

壓力容器發生脆性破裂的主要原因首先是壓力容器制造選擇的材料韌性較差；其次在制作工程中，焊接接頭存在力學、物理、化學性能缺陷，不符合要求；再者，加工時不滿足冷加工變形技術要求；最后壓力容器內部本身存在一定的殘余應力。 在低溫壓力條件下，壓力容器承受的荷載主要為靜荷載，溫度的降低會造成壓力容器構成材料的韌性降低， 容易產生剪切斷裂或者解理斷裂。 壓力容器產生脆性破裂前外觀上往往沒有明顯的征兆，不會出現嚴重塑性變形的情況， 只是偶爾會出現很小的局部變形，在檢查過程中不容易發現。 壓力容器的破壞常發生在低溫情況，此時材料的韌性較差，破裂往往從缺陷出開始。

預防壓力容器發生脆性破裂， 首先在容器的設計和制造上需要保證容器的質量，選用韌性較好的材料，進行焊接時減少焊縫應力集中，并消除容器內部的殘余應力，制造完成后需要對容器進行仔細檢查，確保壓力容器的質量。 其次在容器的使用過程中，需要按照規范使用，不在低于其設計溫度的情況下使用壓力容器，啟動和停止壓力容器時需要注意壓力和溫度的變化，防止過大變化導致壓力容器的脆性破裂。 最后在維護過程中，需要按照《固定式壓力容器安全技術監察規程》定期進行嚴格檢查，及時發現容器缺陷和違規操作，盡快消除缺陷，防止裂紋的擴大。

三、疲勞破裂

壓力容器的疲勞破裂首先是在金屬表面形成駐留滑移帶，隨后裂紋順著切應力方向向容器內部擴展， 逐漸轉向與主應力垂直的方向，裂紋擴展速度較為緩慢。 裂紋得不到適當處理，隨著時間的推移，裂紋穿過晶面迅速向與主應力垂直方向擴展。 壓力容器產生疲勞破裂主要因為壓力容器承受循環荷載變化大，局部應力過高，超過壓力容器的承受能力。 另外壓力容器制作中應用高強度低合金鋼和一些特厚的材料，導致焊接難度大，焊接質量低，容易產生疲勞破裂。 壓力容器產生疲勞破裂前一般沒有明顯的變形。 壓力容器容易在操作溫度和承載壓力變化大的情況下發生， 產生疲勞破裂的部位往往是承受應力較大的部位或者存在缺陷的部位，疲勞裂紋往往能穿透器壁。

預防壓力容器產生疲勞破裂首先需要保證容器的制造質量，選擇抗疲勞材料，對容器進行疲勞分析；其次要避免頻繁地停開車，避免壓力、溫度變化過大，保證容器穩定運行。

四、腐蝕破裂

高溫容易造成壓力容器局部過熱， 處理一氧化碳和二氧化碳烴類介質時容易產生滲碳腐蝕， 在高壓和多水分的條件下或處理氫和硫等物質時容易發生腐蝕， 在多種混合氣體中添加水也容易產生腐蝕。 高溫、高壓情況下含碳量高的壓力容易發生氫脆。 腐蝕的內型主要分為應力腐蝕、滲碳腐蝕、疲勞腐蝕等。

針對不同的腐蝕破裂應采取不同的預防措施， 對應力腐蝕的預防需要選擇對應力腐蝕不敏感的材料，添加緩蝕劑；容器在設計和制造過程中盡量減少應力集中；降低材料脆性敏感性，避免氫環境等。

五、蠕變破裂

壓力容器在高溫條件下長時間工作， 材料的性能會出現退化，器壁逐漸出現變形，容器的體積逐漸增大。 隨著時間的推移，材料的韌性降低， 容易產生低應力脆斷， 嚴重時則出現蠕變破裂。 高溫容器遇到荷載變化大的情況，容易破壞另一類容器，產生蠕變疲勞破壞。

預防蠕變破裂首先需要按照國家標準設計和制造壓力容器，選擇滿足高溫力學性能的材料，在操作過程中盡量避免長時間高溫運行，控制器壁的溫度，在出現塑性變形的情況時及時處理，降低蠕變破裂發生的概率。

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