化工設備壓力容器破壞原因及預防研究

歐陽洋 崔洋

摘要：壓力容器設備廣泛應用于化工生產中，由于容器內部的存在壓力，所以其安全性關系到化工企業(yè)的正常運行，甚至影響到周圍環(huán)境和相關工作人員的安全，所以對化工設備壓力容器進行保養(yǎng)，防止其遭到破壞是十分必要的。化工壓力容器的破壞主要表現(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的預防措施。

關鍵詞：化工設備;壓力容器;破壞原因;預防措施

壓力容器是化工業(yè)中常用的特種設備，在化工生產中，壓力容器的安全性能尤其重要。化工壓力容器原材料易受環(huán)境腐蝕，容器的焊接部位易發(fā)生斷裂等故障。面對復雜的生產環(huán)境和極易產的安全故障因素，化工企業(yè)相關人員對壓力容器的破損予以重視，及早發(fā)現(xiàn)問題并及時處理，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駐留滑移帶，裂紋隨著切應力的方向向著容器內部不斷擴展，進而轉向和主應力垂直的方向，該過程的裂紋擴展速度較為緩慢，但是若不及時對裂紋進行處理，隨著時間的增長以及壓力容器的使用，裂紋就會穿過晶面迅速向著主應力垂直的方向再度擴展。壓力容器出現(xiàn)疲勞裂紋的主要原因是因為容器所承受的循環(huán)負荷變化較大，在加上局部應力過高，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程中出現(xiàn)的問題，應用一些高強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，最終導致焊接的質量較低，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有較為明顯的特征，變形程度較小，不易察覺。另外，壓力容器也會在溫度和承載力變化過大的情況下發(fā)生破裂，而產生破裂的位置一般是承受應力的主要部位，或者在生產過程中存在質量問題的部位，產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)生在壓力容器外來壓力低于器壁極限時，一般受溫度環(huán)境的影響，在出現(xiàn)損壞前不會出現(xiàn)較明顯的預兆，因此較難提前進行預防維護。損壞原因主要包括容器焊接處理不當、材料抗壓性能差等。而韌性變形的出現(xiàn)主要是因為壓力容器外壁承受的壓力過大。不同于脆性損壞，韌性破壞會發(fā)生塑性變形，使得容器器壁越來越薄，瓶身越來越大。同時，隨著外部壓力越來越大，一旦突破器壁口極限，就會導致器壁口開裂，雖不會產生碎片，但對化工生產仍會造成嚴重影響。制作時未選用正確材料、未進行規(guī)范操作、容器長期處于高負荷使用都是壓力容器出現(xiàn)韌性變形的主要原因。

1.3化學物質腐蝕容器

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

1.4蠕變

當壓力容器長時間在高溫環(huán)境下工作時，容器材料就會隨著時間的推移降低相應的性能，該性能表現(xiàn)為器壁發(fā)生變形，容器的體積慢慢變大，最后導致材料的韌性降低，最終發(fā)生低應力脆斷的概率大大增加，當情況進一步嚴重時，就會出現(xiàn)蠕變破裂，而容器在高溫的情況下負載會不斷增大，還會造成另外一類容器破裂，也就是所謂的蠕變疲勞破裂。

2、壓力容器損壞的預防策略

2.1壓力容器的疲勞損壞預防

壓力容器的疲勞破裂帶來的負面影響較大，為了緩解這一問題，我們應該盡量減少長時間加壓的操作。另外，為了盡量減少壓力容器的超負荷運行發(fā)生率，我們應該盡量減少重復操作的出現(xiàn)，把壓力容器破裂問題控制在合理范圍內。壓力容器的制作需要采用性能較強的材料，特別是在壓力容器的生產過程中，應該嚴格按照相關要求進行操作，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防

為了緩解壓力容器的脆性損壞問題，我們應該結合實際需求科學選擇容器材料，結合實際需求合理選擇質量較好的材料才能提升壓力容器的自設質量，從而有效降低壓力容器脆性破裂問題的出現(xiàn)。不僅如此，相關操作也應該嚴格相關要求落實，否則就會造成壓力容器的破裂問題。壓力容器制作工作人員應該嚴格按照要求選擇合適的材料，通過提升容器材料質量進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程中，工作人員應該認真做好焊接工作，確保焊接連接點的選擇準確性，盡量降低壓力容器的焊接問題發(fā)生率。在化工企業(yè)壓力容器的運用過程中，應該定期做好檢查工作，確保壓力容器的正常穩(wěn)定運行。

2.3壓力容器的韌性變形預防

只有嚴格按照相關要求落實好壓力容器的設計和生產操作及材料選擇工作，才能有效提升壓力容器的質量。在壓力容器的使用和生產過程中都需要降低超負荷問題的出現(xiàn)率，另外還應該結合實際情況進行預防，并每隔一段時間進行一次壓力容器設備的科學檢查，確保壓力容器設備的正常工作，從而有效增加壓力容器的使用時間。工作人員需要不斷提升壓力容器的自身性能，這樣才能增強壓力容器的抗壓能力。在壓力容器的設計制作工作中，我們需要按照生產需要和環(huán)境需要提升壓力容器的運行荷載能力。施工工作人員應該確保壓力容器自身作用的發(fā)揮，結合實際情況調整容器的安裝方案，把容器和檢測設備結合在一起，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，所以在對其采取措施時也要根據(jù)實際情況進行預防，針對應力腐蝕可以選擇一些對于應力腐蝕不太敏感的材料，并添加相應的緩蝕劑，在容器的制造過程中盡可能的避免應力過于集中，然后就是降低材料對于脆性的敏感度，防止周圍出現(xiàn)有氫環(huán)境。通過防腐蝕材料的涂抹，可起到預防腐蝕的作用，常用防腐蝕材料包括：（1）油脂涂料。該材料具有經濟性、涂刷性較強、提升表面濕潤性的等特點。但是在實際應用過程中，油脂材料的機械性能相對較差，且漆膜相對較軟，涂抹后需較長的周期才能干燥。同時，油脂材料的防水性相對較差。（2）生漆。生漆材料的應用具有較強的附著力，可以提升容器表面的光澤度，其漆膜堅韌性較強，在抵抗油性腐蝕、水腐蝕等方面表現(xiàn)優(yōu)異。但此材料的應用存在一定缺點，如生漆材料具有毒性，在材料涂抹、使用過程中，若人員防護不到位，極易出現(xiàn)皮膚過敏的問題。（3）酚醛樹脂材料。酚醛材料在現(xiàn)階段容器保護中的應用較為少見，雖然此種材料的應用有著較為理想的抗腐蝕效果，但是應用成本較高，且施工過程極為繁瑣。（4）環(huán)氧樹脂材料。此材料應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蠕變破裂預防措施

首先要做的就是按照國家相應的標準進行容器的制造，盡量選擇滿足高溫力學性能相關的材料，且在容器的使用過程中不能讓其長時間在高溫環(huán)境下運行，控制好容器壁的溫度，一旦容器出現(xiàn)塑性變形的痕跡，就要及時對其進行處理，防止容器破裂發(fā)展為蠕變破裂，最后就是要加強工作人員的檢查力度，時刻觀察容器的情況，一旦有出現(xiàn)破裂的痕跡，就要立即采取相應的預防措施。

結束語

壓力容器在正常的使用過程中也容易產生破損情況，這是屬于可控范圍內的。但如果化工企業(yè)相關人員對壓力容器的破損不予以重視，就可能引發(fā)更為嚴重的生產事故，不僅會對企業(yè)經濟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防工作。

參考文獻

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