第五 章 压力容器 安全.ppt

* 封头是其重要组成部件，如何选用封头？ 平板尤其在与筒体的连接处产生较大的局部应力。 受力状况差，意味着需要采用更大的壁厚。冲压深度大，意味着更难制造。 * 通过对压力容器安全监察范围的界定、分类、主要工艺参数、结构特征的了解，对压力容器有一个初步的认识。 压力容器的实效形式，为什么会失效？采取什么样的改进预防措施？ * 如果是压缩气体或液化气体，气瓶破裂的结果如何？ 弹性模量 E=( F/S)/(dL/L) MPa * 冲击韧性值摆锤冲断试样所作的冲击吸收功Ak与试样横截面积S的比值，是衡量压力容器材料韧性的一个重要指标。 * * * 脆性倾向 * 金属的“疲劳破坏”实际应是“反复应力破坏” , 高周疲劳 Nf105, 低周疲劳 Nf105 与机器零件疲劳相比：低周疲劳。（Nf105） * 当裂纹每经过一转前进时在断裂表面产生条痕。 * 机械化学效应理论认为，金属材料在应力作用下在应力集中处迅速变形屈服成为腐蚀电池阳极区，与金属表面腐蚀电池的阴极区构成小阳极大阴极的腐蚀电池。使金属沿特定的狭窄区域迅速溶解开裂。 氢脆理论认为，在应力作用下，金属腐蚀生成的氢被金属吸收，产生氢应变铁素体或高活化氢化物，使金属材料脆化而出现裂纹，并沿氢脆部位向前扩展，导致破裂。 * * 硫化氢、连多硫酸、亚硫酸 * 选材 碳钢 合金钢 5.4.2 韧性破裂（延性破裂） 断口宏观特征： 断口处有明显伸长变形(10%)，容器形状发生较大变化； 容器一般不是碎裂，沿容器轴向裂开； 断面与主应力方向成45°夹角，呈暗灰色纤维状； 爆炸压力接近计算爆破压力。 断口微观特征：韧窝 外力作用形成微裂纹，聚合产生微孔洞，孔洞长大、增殖，最后连接形成断裂。 容器超压的原因： a. 液化气体过量充装 事故：液化石油气钢瓶超装发生爆炸 b. 违规操作、超压泄放装置选用不当或失灵 事故：某化肥厂合成氨系统高压设备气密试验爆炸，因煤气与空气混合气被压缩机压入试压系统。 c. 容器腐蚀严重，壁厚过度减薄 事故：加压变换冷却塔腐蚀爆裂 P=0.8MPa，Di=1000， =8mm，经三年运行腐蚀后： max=3mm min=1mm d. 设计选材不当或结构不合理 防止韧性破裂的安全措施：正确设计、规范操作，设置超压泄放装置，正确选用和维护，加强在用容器检验。 5.4.3 脆性破裂 容器破裂时没有经过明显的塑性变形，破裂时壳体的应力（正常工作压力下）远远低于材料的强度极限，所以也称为低应力脆断。常发生在壳体材料的缺陷处。 脆性破裂发生的原因： ①材料韧性差（焊接造成或温度原因） 用冲击功度量材料韧性 ②容器存在超标缺陷（制造或使用中产生的裂纹） 冲击韧度 表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。 值的大小表示材料的韧性好坏。 材料的 值随温度降低而减小，且在某一温度范围内， 值急剧降低，这种现象称为冷脆，此温度范围称为“韧脆转变温度”。 材料的冲击试验 摆锤刀刃 V型缺口冲击值： 试样： 事故：1965年英国汤姆森公司氨合成塔在水压试验时爆炸， Pc=35.1MPa， t=200℃，Di=1700， =150mm 爆炸时压力34.5MPa，σ=199.5 MPaσb=388 MPa 设备材料：锰铬钼钒低合金钢， 原因：焊接处材料存在成分偏析；有10mm埋藏裂纹； 材料韧性差：理论 =60Nm/cm2 实际 =15Nm/cm2 事故：1962年某化肥厂水洗塔爆炸，Pc=3MPa，Di=2200，δ=44mm，爆炸时压力2.8MPa，σ=70 MPa σb=240 MPa ，设备材料：碳钢 原因：焊缝质量差，存在13-19mm深的裂纹； 环境气温-27℃，导致材料韧性差。 宏观特征： 外观没有明显伸长变形； 裂口齐平，与最大主应力方向垂直； 容器常破裂成碎片； 低温或介质腐蚀易发生脆断。 韧性断裂的断口 微观特征：韧窝 脆性断裂微观特征：穿晶脆性断裂 脆性破裂的三个条件： 高应力场；材料的脆性倾向；存在脆裂的引发源：如裂纹或缺口。 预防脆性破裂的措施 合理选材，选用在运行温度下有良好冲击韧性的材料； 在制造和运行过程中材料不发生韧性下降； 加强定期检验，及时发现缺陷(裂纹)的产生和扩展。 5.4.4 疲劳破裂 压力容器在长期交变载荷作用下所发生的破裂称为疲劳破裂。 原因： 由交变的压力、温度以及振动等原因引起的交变应力。 （1）高应力低循环疲劳 交变载荷循环次数102～105，而相应的应力水平较高。 以应