压力容器的破坏方式及原因

答：压力容器是工业生产中常用的，又是比较容易发生事故的特种设备。当压力容器发生事故时，不仅本身遭到破坏，而且还危及人身生命及破坏其他设备、房屋。为防止破坏事故的发生，首先必须了解它的破坏机理，掌握它发生破坏的规律，才能采取正确的防止措施和避免事故的办法。

压力容器破坏通常有下面几种形式：延性破坏、脆性破坏、疲劳破坏、蠕变破坏和腐蚀破坏。

（1）压力容器的延性破坏 又称为塑性破坏，是由于材料承受过高压力，以至超过了它的屈服强度和强度极限，因而使它产生较大的塑性变形，最后发生破裂的一种破坏的形式，一般事故大多属于这一类型。

1）由于圆筒形压力容器受力后的周向应力比轴向应力大1倍，并且压力容器端部受到封头的约束，所以压力容器的直径容易变大或周向发生较大的残余变形。破坏时，发现压力容器的断口多与轴向平行，呈撕断状态，断口不齐平，将破坏部分拼合时，沿断口线有间隙。压力容器破坏时不产生碎片或者仅有少量的碎块，爆破口的大小视压力容器爆破的膨胀能量而定，特别是液化气体容器，由于液体迅速气化，体积膨胀，促使裂口进一步扩大。

2）压力容器延性破坏主要产生原因如下：a.盛装液化气体的储罐、气瓶，因充装过量，在温度升高的情况下，液体气化体积迅速膨胀，使压力容器的内压大幅度升高；b.压力容器的安全装置（安全阀、压力表等）不全、不灵，再加上操作失误，使压力容器压力急剧增高；c.压力容器内有两种以上能相互起化学反应的气体发生化学爆炸，如用盛装氢气的气瓶充装氧气等；d.压力容器长期放置不用、维护不良，致使压力容器发生大面积腐蚀、厚度减薄、强度减弱。

3）压力容器发生延性破裂是由于超压而引起的，那么压力容器在试压和使用过程中就应该严禁超压，要严格按照有关规定进行压力试验与操作。同时，也应保证仪器仪表的状况良好与灵敏，按规定安装合适的安全泄压装置，并保证其灵敏可靠，严格防止液化气容器超量装载，加强对压力容器的维护与检查，发现器壁腐蚀、减薄、变形应立即停止使用。

（2）压力容器的脆性破坏 绝大多数脆性破坏发生在材料的屈服强度以下，破坏时没有或有很少的塑性变形，有的压力容器在脆裂后，将碎片拼接起来，测量其周长与原来相比没有明显的变化，破裂的断口齐平并与主应力方向垂直，断面呈晶粒状，在较厚的断面中，还常出现人字形纹路。当介质为气体或液化气体时，压力容器一般都裂成碎块或有碎块飞出，破坏大多数在温度较低的情况下或在进行水压试验时发生，脆性破坏往往在一瞬间发生断裂，并以极快的速度扩展。

主要产生原因及措施：脆性破坏是由材料的低温脆性和缺口效应引起的。为避免压力容器发生这类事故的主要措施是：选择在工作温度下仍具有足够韧性的材料来制造压力容器；其二在制造时，要采取严格的工艺措施，避免降低材料的断裂韧度，防止裂纹的产生；其三采用有效的无损探伤方法，并及时发现和消除裂缝。

同时，也应该看到温度对材料影响也是很大的，低温时压力容器脆性断裂的可能性很大，所以压力容器在温度较低或温度多次发生突变时发生脆性断裂的事例也较多。

（3）压力容器的疲劳破坏 是材料经过长期的交变载荷后，在比较低的应力状态下，没有明显的塑性变形而突然发生的损坏，疲劳破坏一般是从应力集中的地方开始，即在容易产生峰值应力的开孔、接管、转角及支撑部位处。当材料受到交变应力超过屈服强度时，能逐渐产生微小裂纹，裂纹两端在交变应力作用下不断扩展，最后导致压力容器的破坏，一般不产生脆性破坏那样的脆断碎片。

防止产生疲劳破坏的措施：为防止压力容器产生疲劳破坏这类事故，除在运行中尽量避免不必要的频繁加压、卸压和悬殊的温度变化等不利因素外，更重要的还在于设计压力容器时应采取适当的措施，并应以材料的持久极限作为设计依据，合理选用这些压力容器的许用应力。大多数压力容器的载荷变化次数应有效控制（一般不超过1000次），使造成疲劳破坏可能性尽量减少。(www.xing528.com)

根据疲劳破裂产生的机理及特征，防止疲劳破裂主要在于设计中应尽量减少应力集中，采用合理的结构及制造工艺，选用合适的抗疲劳材料。同时，在使用中也尽量减少不必要的加压、卸压或严格控制压力及温度的波动。

（4）压力容器的蠕变破坏 压力容器的蠕变破坏是材料在高于一定温度下受到外力作用，即使内部的应力小于屈服强度，也会随时间的增长而缓慢产生塑性的变形，即是蠕变破坏。产生蠕变的材料，其金相组织有明显的变化，如晶粒粗大、珠光体的球化等，有时还会出现蠕变的晶界裂纹，碳钢温度超过300～350℃、低合金钢温度超过300～400℃时就有可能发生蠕变，当压力容器发生蠕变破坏时，具有比较明显的塑性变形，变形量的大小视材料的塑性而定。

蠕变破坏的防止措施如下：

1）设计时要根据压力容器的使用温度，来选用合适的材料。

2）制造中进行焊接及冷加工时，为不影响材料的抗蠕变性能，应采取措施防止材料产生晶间裂纹。

3）运行中必须防止压力容器局部过热。

压力容器蠕变破裂虽较少见，但对高温容器仍不可忽视，特别在选材和结构设计两个方面都需慎重考虑压力容器的蠕变破裂。在制造压力容器时，切不要降低材料抗蠕变性能来凑合迁就。在使用时也应注意避免超温及局部过热。

（5）压力容器的腐蚀破坏 一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类，从腐蚀的形式上则可分为均匀腐蚀、局部腐蚀（非均匀腐蚀）、晶间腐蚀、应力腐蚀、冲蚀、缝隙腐蚀、氢腐蚀等多种形式。腐蚀把金属壳体的强度削弱到一定程度时，就会造成压力容器腐蚀破坏，以致发生爆炸和火灾事故。

各种腐蚀的原因和形态虽不相同，但都是受腐蚀介质、应力、材料的影响所致，故防止腐蚀的基点在于针对不同介质选用最佳耐蚀材料；在设计、制造过程中设法降低应力水平和应力集中；采取能降低介质腐蚀性的各种措施，使压力容器能够安全运行，确保生产正常进行。