化工压力容器的破裂形式与预防

庞志孝

摘 要：压力容器是化工生产中的重要设备，金属腐蚀也是化工生产中最容易出现的一种缺陷，压力容器的破坏往往会酿成严重的安全事故，所以，确保化工压力容器设备的安全在化工生产工作中至关重要，本文就针对化工生产中压力容器的破裂形式进行剖析，并提出一些预防压力容器破坏的措施及建议。

关键词：化工压力容器；破裂形式；预防

化学容器在我国的工业生产、日常生活及科学研究方面都得到了广泛的应用。由于其经常由于盛装有毒、有腐蚀性的物质，加之其工作环境通常比较恶劣，因此对其的强度和密封性有着极高的要求。而一旦因为质量控制不好引发事故，则会造成重大的社会经济损失和对人民财产造成严重威胁。而它的破坏形式主要以破裂形式为主。因此研究化学容器的破裂机理及其预防措施，对其的安全生产控制显得尤为重要。

1化工压力容器简介

化工压力容器广泛应用与化学工业生产，主要用于化学物质的储藏、反应、运输、分离等。属于一种密闭性设备，根据其承压力可分为低、中、高以及超高压几种，根据所承载的化学物质特性不同而选用不同压力等级的容器；反应化工压力容器主要作为化工物质间的化学反应或物理反应的反应器使用，而分离化工压力容器则主要用于化工物质间的分离、洗涤、吸收等，换热化工压力容器则主要是起到热交换器以及冷却器的作用，用于化工介质的热能交换。

2化工压力容器的破裂形式

2.1韧性破裂

容器器壁所承受的应力超过了其极限强度，使得容器发生破裂的现象称为韧性破裂。由于容器承受的应力过大，使得整个器壁发生明显的塑性变形，使得容器器壁厚度变薄，直径增大，使得整个变形呈现“腰鼓形”的形状。由于其承受的压力太大，往往释放大量的能量，使断裂口呈现出切断形的破坏形式，断口一般不平整，由于撕裂原因通常与主应力方向成45度夹角，破坏时一般为一个整体，不产生碎片[1]。由于材料的破坏通常要经历几个阶段，即弹性阶段、塑性阶段、屈服阶段以及破坏阶段。韧性破坏往往是由于材料处于屈服阶段时发生的，因此当容器由于选材不当或是使容器一直处于超负荷运转以及施工安装不符合规定以及维修不到位时都会导致韧性破坏的发生。

2.2脆性破坏

化工壓力容器器壁破坏时并没有发生显著的塑性变形，在所受的平均应力远远低于材料的极限强度时发生的破坏称为脆性破坏。发生脆性破坏时容器的破坏特征正好与韧性破坏相反。材料通常在达到屈服状态以前即发生破坏，断口通常较为平直且有金属光泽。通常发生在温度较低的情况，由于其破坏时不发生明显的塑性变形，破坏时无明显征兆，给预防工作带来很大的难度，通常破坏性极大。脆性破坏的发生往往是由于器壁材料的韧性太差，低温时韧性下降明显，由于材料缺陷及焊缝等原因，造成材料所受应力过于集中等原因造成的。

2.3疲劳破坏

疲劳破坏是一种压力容器较为常见的破坏形式。由于容器器壁的承压部位长时间的经受应力的重复作用，使得材料达到极限疲劳强度，在应力集中部位产生微裂缝，随着作用时间和次数的增加，微裂缝逐渐扩大，最终产生较大的裂缝，发生疲劳破坏。疲劳破坏的产生总是需要一个较长的演变过程，所受应力低于材料的极限抗拉强度时发生破坏，通常不发生明显的塑性变形，通常发生在应力集中区域，破坏时只产生裂纹。

2.4腐蚀破裂

大多数的化工压力容器是用来盛装腐蚀性物质的。容器器壁在腐蚀性介质的作用下，与材料发生反应，使得容器器壁由厚变薄，降低了材料的整体性能，使得器壁承压能力不足而发生破裂。同时容器一般用来盛装物体，使其承受拉伸应力，而在焊缝、开口等部分通常产生不同程度的应力集中。而压力容器的腐蚀破裂通常是由拉伸应力和腐蚀介质共同作用。腐蚀介质使器壁变薄使得产生应力集中区域，而拉伸应力则会加速这种腐蚀破坏，最终导致容器发生腐蚀破坏。由于容器器壁材料大多不是纯金属材料，而是采用合金材料，由于合金材料内部或多或少都会残留杂质，因此在特定的组合下，器壁就会和腐蚀性介质发生反应，从而使容器结构发生破坏。由于金属材料的组成和成为、溶液的浓度及所处环境的温度等因素都会对腐蚀破坏产生影响，使得其防护措施变得复杂多样化。

2.5蠕变破坏

在應力和高温的共同作用下，使得金属材料发生缓慢而持续的塑性变形现象称为蠕变。当容器承压部件长期在应力和高温的作用下，发生蠕变变形，使得器壁材料的厚度降低，严重时使得材料丧失机械性能，从而导致蠕变破裂的发生。蠕变破裂的产生主要是由于选材不当，使得材料无法承受局部高温环境，或是由于设计及养护不当，使得材料的抗蠕变能力下降，从而发生蠕变破裂。其破坏形式通常具有明显的塑性变形特征。

3压力容器破裂预防措施

3.1韧性破裂预防措施

韧性破坏的产生主要是由于材料所受应力过大，超过了容器的极限抗压强度，因此在设计生产容器时，要确保所用材料具有足够厚度和强度，以满足实际工作需要[2]。同时严格按照容器的设计参数进行操作，避免容器超负荷运行情况的发生，同时在应注重日常养护维修工作，保证各监测仪器的灵敏可靠度，使其真正发挥险前预警作用，同时在发现容器有明显塑性变形的情况下，应立即停止使用容器。

3.2脆性破裂的预防措施

容器发生脆性破坏主要是由于材料的韧性太低造成的。因此在设计时应选用韧性良好的材料设计容器。同时应严格执行施工流程，尽量消除容器内部缺陷的产生。在实际使用中要加强监测发现问题及时消除。

3.3疲劳破裂的预防措施

疲劳破裂的产生是由于长期受到重复应力的作用，使得应力集中，在薄弱面产生裂缝引起的。因此在实际使用中应避免不必要的加压和卸载操作。同时在设计生产时要保证质量，使其能够发挥应有的功能。

3.4腐蚀破裂预防措施

造成腐蚀破裂的原因是由于腐蚀介质与容器器壁接触发生反应，因此在实际使用中可以采取措施，避免介质与承压部件的接触，同时加强日常防护，将隐患消除与萌芽之中。

3.5蠕变破裂的预防措施

蠕变破裂通常是在高温与应力共同作用的结果。在设计时要选择合适的材料，设计合理受力结构，满足高温与应力作用的要求。同时在使用中应尽量避免容器局部产生高温。同时经常养护维修，防止蠕变破裂事故的发生。

总之，化工压力容器的破裂往往会造成重大的安全事故，并对环境造成严重污染，研究其破裂形式，针对其破裂形式提出有效的预防措施，对于确保化学容器设备在实际生产生活中的安全是至关重要的。因此，在化工压力容器运行时，要时刻监测容器的运行情况，注意容器的细微变化，从而采取相应措施，及时防范化工事故的发生。

参考文献：

[1]张建伟.化工压力容器的破裂形式与预防[J].中国化工贸易，2012，（8）：295

[2]李伟平.化工压力容器的破裂形式与预防[J].中国科技博览，2012，（34）：18