化工設備壓力容器破壞原因及預防分析

沈俊 陳偲 潘學明

摘要：壓力設備是化工生產中最為常用的設備，而壓力容器是否能夠正常使用直接關系到化工企業的正常運行，甚至影響到周圍環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，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為韌性破裂、脆性破裂、疲勞破裂以及腐蝕破裂等，如何根據不同的破壞因素而制定出相應的預防措施是本文的探討的主題。

關鍵詞：化工設備;壓力容器;破壞;預防措施

引言：壓力容器屬于化工設備中的特殊存在，通常應用于環境惡劣的化工生產過程中，容易受到生產過程中的化學物質腐蝕等外界環境的干擾，極易發生破壞，加之化工生產領域中應用到的壓力容器有著多樣化的種類，其用量也是不計其數。對此，需要化工企業做好定期的檢查養護工作，發現已損壞的壓力容器需及時更換，同時做好預防性養護工作，確保工作中的壓力容器時刻保持安全狀態。

1化工壓力容器破壞的原因

1.1過度塑性變形

一旦化工壓力容器自身的壓力荷載超過已經既定的數值時，就會導致化工設備的壓力容器壁漸漸變薄，甚至處于不穩定的狀態。容器也會由于其過度的塑形而成現形變，甚至導致容器直接破裂，如果過度塑形而產生的破裂，其斷口的狀態是一種撕裂的效果，而容器中也會伴隨著少量的碎塊，或者是不產生破片。與此同時，化工設備壓力容器爆破的能量，直接決定了容器爆破口的大小。

1.2脆性破裂

壓力容器制造材料的韌性無法滿足工作要求;在壓力容器的加工過程中，沒有對焊接接頭進行妥善的處理，造成其存在一定程度的力學和物理性能方面的缺陷;在加工過程中沒有嚴格按照操作規范進行生產，其冷加工變形無法滿足安全生產的要求;壓力容器自身存在一定的殘余應力，在長時間的工作過程中得以釋放。

1.3韌性破壞

金屬材料最容易發生的就是塑性變形，在該變形處產生較小的細孔，而細孔很容易被雜質填充，在外力的作用下，細孔中的雜質和基體界分離，形成裂紋，最終出現容器破裂。金屬容器出現塑性變形時發生破裂的前兆，并且緩解壓力、延遲破裂時間的形式，若在此過程中不及時的采取想用措施，隨著時間的推移壓力容器發生破裂的可能性就不斷增大。壓力容器出現韌性破裂的主要原因是由于容器的液化氣壓出現充裝過量，或者在容器的使用過程中超壓以及在維護過程中由于某些不正確的操作導致的容器壁變薄，使其的承受力降低，大大增加容器破裂的概率。

1.4化學物質腐蝕

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，如果繼續使用該容器承受過大壓力，就極易出現破裂現象。但現研發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。

1.5蠕變

金屬容器容易受到應力與外部溫度的影響而出現變化，這類持續性的變化經過長時間累計就容易產生器壁的破損。這樣的情況被稱為蠕變，它與塑性變形不同。在蠕變中，溫度是重要的影響因素，高溫會使得金屬材料失去剛性，再加上生產中產生的拉伸應力，就會使得壓力容器的性能與質量逐漸減弱，最終出現損壞。

2壓力容器破壞預防措施

2.1脆性破裂的預防

首先，對于壓力容器的構成材料，要充分結合壓力容器的工作要求，優選韌性較高的金屬材料，并且還要采取可靠地控制措施避免焊縫應力過于集中，同時，還要進一步消除殘留在金屬壓力容器上的殘余應力;其次，要嚴格按照壓力容器的使用規范進行各項操作，在其工作過程中要對壓力容器的溫度和壓力進行實時的監測，當其超過壓力容器的規定值時，需要及時調整工作條件，為壓力容器創造良好的工作條件。[1]

2.2韌性破壞的預防措施

要想預防壓力容器出現的韌性破裂首先要做的就是要正確的設計壓力容器，并且相關人員進行操作時一定要嚴格按照相應的規章制度進行，在容器的外部設置一個超壓泄放的裝置，該裝置在容器的壓力超過一定數值時，就會自動幫助容器泄壓，保證容器的安全運行。另外在對其進行維護時，工作人員也要注意選擇適當的方式，盡量不出現失誤，保證容器的維護工作順利完成。最后就是要加強對容器的檢查，工作人員要時刻注意容器的變化，觀察其是否有出現破裂的前兆，如若發現上述前兆，就要立即對壓力容器采取預防措施，防止容器破裂。

2.3預防腐蝕性破壞

化工企業在壓力容器的投入使用前，建議在器壁內安裝阻隔材料，避免容器壁直接接觸有腐蝕性的化學物質。使用完畢后及時清理，做好工業設備壓力容器的檢查養護工作，及時發現與替換處理出現裂縫的壓力容器。從防腐作業入手分析，可有效解決工業設備壓力容器的表面腐蝕現象，表面防腐以表面噴砂和表面噴劑的兩種方案為主，在表面防腐作業前，需利用噴砂機去除表面鋼材上的銹跡與氧化物等預處理操作，確保表面干凈清潔無異物后，再合理調配防腐劑，嚴格控制調配的比例。防腐作業步驟與方法，需嚴格按照國家規定的標準進行。

2.4預防蠕變破裂的方法

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境下運行，控制好容器壁的溫度，一旦容器出現塑性變形的痕跡，就要及時對其進行處理，防止容器破裂發展為蠕變破裂，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，一旦有出現破裂的痕跡，就要立即采取相應的預防措施。

3壓力容器破壞的質量控制

3.1控制焊接質量

首先，從焊接材料的質量控制入手分析。焊接材料的管理控制環節較多，涉及采購與驗收和復驗及烘干與發放等控制點。嚴格按照壓力容器材料的規定選用焊接材料，要求焊接材料的質量符合行業標準與國家標準的相關規定。其次，從焊接工藝控制入手分析。要求焊工具備焊工合格證件，能夠得心應手的展開焊接工作。嚴格按照焊接工藝書或焊接工藝卡施焊。壓力容器施焊前，合理編制焊接工藝方案，方案內容涉及坡口形式與焊接方法選定、焊接材料、無損檢測等內容。要想確保工藝的貫徹執行與焊縫的質量，要求責任工程師加強對工藝規程執行情況的監督，嚴格控制焊接順序和焊前預熱及焊材選擇等細節問題。

3.2合理選擇材料

一方面，力學性能要求。V型缺口試樣的沖擊功規定值應該達到規范標準，并且材料斷裂伸長率應該超過鋼板標準較高值。另一方面，通用要求。設計運用的材料應該與國家、行業標準相符，具備清晰壓力容器質量與規格標志，還應該有相應的質量證明書;專用鋼帶制造單位必須具備特種設備制造的許可證書：使用要求與《規程》要求相符：材料質量證明書內容必須清晰、完整，并具備相應的質檢章。此外，若用戶提出了壓力容器變薄新要求，那么設計人員應該重新分析容器受力情況，并獲得最大減薄程度;若用戶要求壓力容器變厚，那么設計人員則要對各方向拉應力進行考慮，避免出現脆性干裂問題。

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。但如果化工企業相關人員對壓力容器的破損不予以重視，就可能引發更為嚴重的生產事故，不僅會對企業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。為規避上述現象，必須做好壓力容器的檢查與預防工作。

參考文獻

[1]李曉光.淺析化工設備壓力容器破壞原因及預防措施[J].節能，2019，38（7）：146-147.