压力容器承压部件的断裂形式探析

王　珂

压力容器承压部件的断裂形式探析

王珂

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院洛阳分院，河南洛阳 471000）

压力容器承压部件的断裂会造成非常严重的事故，为减少压力容器断裂现象的发生，应深入了解其断裂机制，以此来更为有效地避免和缓解压力容器承压部件发生断裂的程度。基于此，讨论压力容器中的承压部件的断裂形式。

钢制压力容器；承压部件；断裂形式

随着石油化工技术的发展，压力容器由于其自身的便利性与易用性，被广泛应用在相关领域与行业的生产作业中。然而压力容器在长期作业和使用的状态下，其内部的承压部件会因为长时间处于高压的状态下，会产生不同程度、不同形式的断裂。断裂往往发生的很突然，断裂发生时承压部件的应力水平很低，造成压力容器承压部件断裂的因素很多，较常见的有材料的性能、应力集中、环境温度、焊接工艺等，比如：强度等级不同的调质钢，所含化学成分的含量不同，其对应的力学性能就存在差异，不同的交货状态也会影响同种强度钢的韧性。为了更好地了解锅炉压力容器承压部件产生断裂的具体表现，本文立足于具体的断裂形式来展开讨论。

1　延性断裂

1.1承压部件的变形与延性断裂分析

压力容器内部承压部件的延性断裂指的是造成容器壁材料发生的断裂现象。由于在长期高压的状态下，压力容器内部的容器壁材料会受到不同程度的损毁和破坏，从而使容器壁发生形状的“改变”，同最初投入使用的状态产生差异，而这种差异便是“塑性变形”，即延性断裂。对于压力容器中容器壁严重变薄的气瓶来说，要利用压力环境更加平稳的方式进行断裂试验与检查，能够得到容器壁变形率与压力均值之间的对应关系：当压力容器内部空间压力值越小的时候，容器壁的“当量压力”也相对较小，则发生弹性变形的几率也相对较小，而容器自身的容积与压力系数也表现出正比例函数关系，即发生延性断裂现象的比例相对较低［1］。

1.2延性断裂事故分析

延性断裂事故是压力容器承压部件常发的事故类型，当发生延性断裂的状态下也可以将其描述为承压部件自身的“大量塑性变形”。延性断裂现象只有当压力容器承压部件的整个界面材料临界在“屈服”状态值才会出现的现象，一般情况的作业状态下是很少出现的。但是不能说延性断裂的发生概率偏低，因为其危害性是必须引起人们重视的。延性断裂常发生在以下情况中：

第一，液化气体容器存在充装过量的情况。由于有些压力容器内部在承装气体时，没有考虑到容器的可放容量，造成一些装有液化气体的气瓶、气桶、气罐等存在“极高临界状态”。这样由于错误计算而使得过分充装的情况直接提高了压力容器运输过程中发生承压部件发断裂现象的几率。并且加上在高温环境或者太阳直接暴晒的状态运输中，更是使得压力容器内部压力极速上涨，更会频发承压部件延性断裂的情况［2］。

第二，压力容器在使用过程中存在超压的情况。压力容器超压现象的出现在很多情况下是由于操作不当、违规操作以及计算不精准造成的。而压力容器在使用过程中的压力过高，会增加承压部件的作业负担，在运行状态中的“动力”过强，如果没有安装压力泄漏防护等装置的，会直接导致压力容器的承压部件出现延性断裂现象。

第三，压力容器设备维护不良而造成容器壁厚度变薄的情况。由于容器中的多种介质在长时间的作业状态下会对容器壁产生腐蚀、侵害以及磨损等情况，会对容器壁自身的完整度与完好度造成不同程度的破坏。那么久而久之如果不对容器壁进行定期、合理的保养与护理，在个别腐蚀部位会由于高度压强的冲击下发生延性断裂的情况，同时其也被称作为超载高应力断裂［3］。

2　脆性断裂

2.1压力容器脆性断裂事例分析

尽管压力容器在承压部件的材料选择上较为慎重，一般原材料都会具备较强的可塑性与韧性。但是由于在钢材不同的使用状态下，其都会产生不同程度的脆性转化，其也是造成脆性断裂现象的“真凶”。所以在压力容器承压部件的制作过程中会采取低合金高强钢的材料，从而防止容器在应力状态下发生失效现象。

2.2压力容器脆性断裂事故分析与预防

脆性断裂反映了材料本身抵抗裂纹扩展的能力，而裂纹与材料固有的属性无关，产生脆性断裂问题的原因较多，比较常见的有应力状态、环境温度、材料性能、焊接工艺等，造成脆性断裂的主要原因是由于承压部件表面存在裂纹等缺陷，使应力集中于裂纹尖端区域形成了三向拉应力状态。首先，在设计阶段要适当减少承压部件的结构应力性，规范焊接开孔并合理布置容器内部构造。其次，科学选择压力容器承压部件使用的材料，确保材料在作业状态仍具备良好的韧性、弹性与可塑性。最后，营造干净、科学的工作环境，防止容器内部出现恶劣使用条件，比如介质的残余、灰尘等。

3　结束语

围绕压力容器中的承压部件断裂形式进行主要分析。从承压部件产生断裂现象的因素上来说，压力容器由于其自身的便利性与易用性，被广泛应用在不同领域与行业的生产作业中，但同时也因为压力容器在长期作业和使用的状态下，其内部的承压部件会因为长时间处于高压的状态下疲劳荷载的影响，又要受到外部环境的影响，压力容器的力学性能会发生变化，缺陷也会随之扩大。基于此，在压力容器制造、安装、使用过程中，要加强检验承压部件的制造质量、焊接质量和由于压力容器结构变化造成的应力变化，及早发现缺陷，消除隐患。

［1］ 冯丽锋，宋欣.压力容器的破裂形式与预防措施［J］.石油和化工设备，2015，（5）：30-31；41.

［2］ 陈学东，崔军.我国压力容器设计、制造和维护十年回顾与展望［J］.压力容器，2015，（12）：1-23.

［3］ 寿比南，谢铁军，等.我国承压设备标准化十年技术进展和展望［J］.压力容器，2015，（12）：24-31.

Fracture Mode of the Pressure Vessel Pressure Parts

Wang Ke

Pressure Vessel Pressure Parts fracture can cause very serious accidents，in order to reduce the pressure vessel rupture occurring，should understand the fracture mechanism，in order to more effectively prevent and alleviate the pressure vessel is pressurized parts broken degree.Based on this，discusses the form of a pressure vessel rupture pressure parts.

steel pressure vessels；fracture mode；Pressure Parts

TK226.1

B

1003-6490（2016）06-0182-02

2016-06-06

王珂（1990—），女，河南洛阳人，硕士研究生，主要从事锅炉压力容器监检和检验工作。