承压设备失效分析分析思路及方法 1.doc

承压设备失效分析分析思路及方法 摘要：从承压设备生产、使用过程及材料、应力、环境等方面阐述了承压设备失效分析思路，讨论了原始数据获取、材料性能分析、断口分析、环境分析、应力分析、无损检测等失效分析方法对目前失效分析存在的问题进行了探讨，指出失效分析数据的整合和共享是失效分析发展的方向。Thought And Methods Of Pressure Equipment Failure Analysis Abstract: In this paper pressure equipment failure analysis was expounded by pressure equipment manufacture, usage as well as materials, stress, environment etc. Also, failure analysis methods such as the original data acquisition, material properties analysis, fracture analysis, environmental analysis, stress analysis, nondestructive testing were discussed. Finally, the current problems of Failure Analysis were discussed, and noting that the data integration and sharing is the developing direction of failure analysis.Keyword: Pressure equipment; failure analysis; Thought and method 1 失效分析的意义 十八世纪工业革命蒸汽动力机车的使用，承压设备进入人类的生产领域。承压设备广泛使用给人类带来巨大进步的同时，各种泄漏、着火、爆炸等失效事故逐渐增多，往往带来严重财产损失。随着现代工业的发展，生产规模的不断扩大，特种设备的数量迅速增加，特种设备向大型化、高参数、长周期运行的发展趋势愈加明显，一旦发生事故，将造成灾难性的后果。如1984年12月3日印度中央邦首府博帕尔市的农药厂发生甲基异氰酸酯储罐泄漏，共导致了2500余人丧生，20余万人中毒，造成了人类有史以来最惨重的中毒事件[1]。因此，设备的安全问题备受关注。而人类对设备安全的认识，绝大部分来源于对以往事故分析所获得的经验和教训。对失效现象进行科学、公正和客观的诊断，对人类揭示和认识客观事物的本质，激发和加快科学技术的进步，预测和预防促进和协调国民经济持续的发展以及营造和保证社会的稳定具有重要作用[2]。 2 失效分析的思路 根据“海恩法则”：每一起严重事故的背后，必然有29次轻微事故和300起未遂先兆以及1000起事故隐患[3]。因此，事故的发生是量的积累的结果，对这些量有不同的分析方法。 2.1 按照原理进行分析 任何事故都是有原因的。失效均是“应力、性能、缺陷和环境”交互作用的结果[4]。材料本身的化学成分、热处理状态、金相组织、屈服和抗拉强度、低温冲击性能等决定了材料的本质安全状态。需要强调的是，即使化学成分、金相组织和拉伸性能符合相关的要求，如果材料的热处理过程存在问题，微量有害元素会在材料显微组织的微区聚集，造成材料的冲击性能受到损害，以致发生严重事故[5]。 理想状态下，承压设备仅仅承受工作压力产生的一次薄膜应力。但是，由于设计、制造及使用等原因，承压设备结构和几何不连续产生应力集中使用中产生的缺陷也可能产生局部的应力集中，这些应力集中是承压设备失效的应力根源[6]。 承压设备运行过程中承受的温度、流量、腐蚀介质等是导致设备失效的环境因素。内外壁、不同部位温度差异过大或温度变化过大造成的温差应力，足以导致材料开裂失效[7]。材料在高温下会出现与常温不同的力学行为[7]。材料长期在高温下运行产生沿晶断裂，设备产生明显的蠕变变形，将最终导致设备失效[8]。 材料的腐蚀是承压设备失效的重要原因。在承压设备设计时，一般都充分考虑了设备工作介质对材料的腐蚀状况，并且都留有裕量，在正常的工作介质浓度下一般都是均匀腐蚀，不会对设备造成较大损伤。但是，在设备实际使用的过程中，由于承压设备具体细节结构的影响，某些有害微量元素在温度或压力的驱动下向一些间隙处聚集、浓缩，最终达到惊人的浓度，使局部材料腐蚀开裂，最终造成严重事故。如尽管电厂锅炉给水杂质含量非常低，但杂质还是会在裂纹、缝隙和沟槽等处以热-压力机制产生浓缩[9, 10]。存在温度梯度时，在间隙内会出现汽液两相状态，蒸汽在缝隙内沸腾，由于杂质在水和