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浅析压力容器失效四大形式

  压力容器在规定的使用环境和寿命期限内,其容器形状、材料性能等发生变化,完全失去原设计功能,或未能达到原设计要求,而不能正常使用的现象称之为压力容器失效。常见的压力容器失效形式大致可以分为强度失效、刚度失效、失稳失效和泄漏失效四大类。

  一、压力容器强度失效:压力容器在压力等荷载的作用下,因材料屈服或断裂而引起的失效形式,称为强度失效。通常包括:

  1、韧性断裂: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。压力容器一般有碳钢压力容器,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: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、疲劳断裂:压力容器受到交变荷载的长期作用,材料本身含有裂纹或经一定循环次数后产生裂纹,裂纹扩展使容器没有经过明显的塑性变形而突然发生的断裂。疲劳断裂过程可分为裂纹萌生、扩展和断裂三个阶段。

  4、蠕变断裂: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,最终导致容器断裂。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。

  5、腐蚀断裂: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。

  二、压力容器刚度失效:由于压力容器过渡的弹性变形而引起的失效。

  三、在压力作用下,容器突然失去其原有的规则几何形状而引起的失效。压力容器失稳失效的重要特征是弹性挠度和荷载不成比例,且临界压力与材料的强度无关,而主要取决于容器的尺寸和材料的弹性性质。

  四、压力容器泄漏失效:容器的各种接口密封面失效或器壁出现穿透性裂纹发生泄漏而引起的失效.泄漏介质可能引起燃烧,爆炸和中毒事故,并造成严重的环境污染。压力容器泄漏的原因是多方面的,受压部件受到频繁的振动而产生裂纹,胀接管口松动,器壁局部腐蚀变薄穿孔,局部鼓包变形及密封面失效等,都会造成压力容器因泄漏而失效。

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