压力容器失效模式.doc

压力容器失效模式 损伤与失效的不同之处在于损伤是指容器在外部机械力、介质环境、热作用等单独或共同作用下，造成的材料性能下降、结构不连续或承载能力下降，损伤是一个过程；而失效是损伤积累到一定程度，容器强度、刚度或功能不能满足使用要求的状态。发生损伤后不一定失效，而发生失效则一定存在损伤。失效模式是压力容器的设计基础，设计方法（准则）必须针对失效模式，对压力容器检验结果的评价，也是建立在失效模式的基础上；而对压力容器运行过程中损伤模式的识别，有助于定期检验方案的制定，利于在设备发生失效前及时进行修复或报废等处理。 正在制定的压力容器国际标准ISO 16528 Boilers and pressure vessels综合世界主要工业国家的技术标准，参照欧洲标准的内容，针对锅炉和压力容器常见的失效形式，在标准中将失效模式归纳为三大类、14种，明确了针对失效模式的设计理念： 第一大类：短期失效模式（Short term failure modes）： 脆性断裂（Brittle fracture) 韧性断裂（Ductile rupture) 超量变形引起的接头泄漏（Leakage at joints due to excessive deformations） 超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂（Crack formation or ductile tearing due to excessive local strains） 弹性、塑性或弹塑性失稳（垮塌）（Instability - elastic, plastic or elastic-plash。） 第二大类：长期失效模式（Long term failure modes） 蠕变断裂（Creep Rupture) 蠕变—在机械连接处的超量变形或导致不允许的载荷传递（Creep- excessive deformations at mechanical joints or resulting in unacceptable transfer of load） 蠕变失稳（Creep instability〕 冲蚀、腐蚀（Erosion，corrosion） 环境助长开裂如：应力腐蚀开裂、氢致开裂（Environmentally assisted cracking e.g. stress corrosion cracking, hydrogen induced cracking, etc) 第三大类：循环失效模式（Cyclic failure modes）： 扩展性塑性变形（Progressive plastic deformation） 交替塑性（Alternating plasticity） 弹性应变疲劳（中周和高周疲劳）或弹-塑性应变疲劳（低周疲劳）Fatigue under elastic strains(medium and high cycle fatigue) or under elastic-plastic strains（low cycle fatigue) 环境助长疲劳（Environmentally assisted fatigue） 经过多年的实践和参照国际上同类标准的技术内容，GB 150-2011《压力容器》在技术内容中直接和间接考虑了如下失效模式，并针对所考虑的失效模式确定了相应的设计准则和强度理论： a)脆性断裂（Brittle fracture）：通过材料选用要求、材料韧性要求、制造和检验要求、以及结构形式要求，防止脆性断裂的发生； b) 韧性断裂（Ductile rupture）：通过材料选用要求、结构强度设计方法、许用应力规定，防止韧性断裂的发生； c)接头泄漏（Leakage at joints）：通过法兰设计方法和特殊密封结构的设计方法，结构要求以及对密封垫片和螺柱、螺母的要求，防止接头泄漏的发生； d）弹性或塑性失稳（Elastic or plastic instability）：通过外压结构设计方法防止整体失稳；通过局部的应力分析和评定，控制局部塑性失稳； e）蠕变断裂（Creep rupture)：通过限制材料的使用温度范围控制蠕变断裂的发生。 腐蚀是压力容器的最常见的失效模式，但在不同的工程应用中差别极大，不可能在标准中进行规定，因此GB 150规定了由设计人员全面考虑腐蚀失效模式，并在选择材料、结构设计、腐蚀防护等方面采取措施，保证容器的设计寿命。 承压设备损伤模式在国外已经建立了相应的标准，如美国石油协会的API 571, API579, API 580, AP