压力容器设计制造中脆性断裂问题研究

                                                                                                   

1压力容器重大脆断事故分析钢材料在承受较大压力时，自身结构并没有发生形变，而是突然间出现断裂，这种情况被称之为脆断。脆断事故发生的原因有很多，容器在工作状态下会承载较大压力，一旦超出能力范围便会发生危险，容器在瞬间暴涨，内部承装的原料也会随之涌出。高压状态下天然气喷射摩擦很大，很容易起火，因此常常会造成火灾。美国在上世纪发生过一次大型脆断事故，发生地点在天然气生产基地，压力容易承装的其他超出额定范围，但当时并没有被工作人员发现，仍然继续进行生产作业。容易并没有预兆表发生了爆炸，气体与液体同时涌出，伴随着巨大的爆破声音，随后便有火光传出。此次事故中共135人遇难，为该天然气生产企业带来了巨大经济损失。除此之外发生在西班牙天然气储藏容器脆断带来的损失也不容小视，容器在对密闭性进行测试时发现内部存在三处开裂区域，在水压力作用下发生了爆炸。通过对多起事故进行调查，科研人员找出了引发事故的具体原因，对压力容易设计工作起到促进工作，同时也可避免脆断现象的发生。2压力容器脆性断裂一般特征优化设计方案首先要明确脆断产生的原因，并对发生故障的容易进行调查，将断裂表面情况记录在工作报告中。通过工作人员的观察以及测量，将压力容易脆断特征总结如下。首先是表面情况，脆断处呈平直形式，与容器壁之间很少存在倾斜角度，临近断裂处容器壁规格也并没有发生改变，仍呈现出原有的厚度。观察脆断处的钢板厚度变化虽然物异常，但通过仪器测量可发现厚度减少了约3%。其次温度变化的测量，主要是针对使用现场温度变化的观察，结合以往调查结果进行分析，技术人员发现脆断现象多数发生在气候温度较为寒冷的季节，这与材料热胀冷缩的物理性质密不可分。再次是压力容器应对脆断的能力，金属材料自身会带有一定应力，用来平衡压力造成的表面扩张，但发生脆断时应力必然会出现减小。钢材料发生脆断的几率较大，与其他种类金属材料比较时可发现钢不容易弯曲，内部应力大小也有所区别。最后是对断裂产生原因进行科学判断，多数脆断是在焊接区域发生的，因此技术人员认为故障与焊接处理有着必然联系。3压力容器用钢抵抗脆断能力评定方法分析压力容器制作所用原料多数为金属钢，普通的刚才应用在其中后很容易发生脆断，选择过程中要严格按照质量标准来进行，要具备一定的韧性。在对压力容器进行检测时可通过改变温度来进行，上述分析中表面压力容器脆断与使用阶段室温有着必然联系，降低温度后对容易内部压力进行测试。通过这种方法能够发现容器中设计中存在的不合理部分，除此之外在设计制作过程中还要加强技术控制，确保容器各项指标达到规定标准才可投入到使用中。4预防和控制脆断的措施4.1设计措施设计优化时避免压力容器使用过程中发生脆断的有效措施。在对结构进行设计时要尽量减少需要焊接的制作部分，尽可能选择整体化结构，稳定性也能够得到提升。材料选择部分要对强度标准进行计算，可促进制度方案更科学严谨。除此之外还要体现出成本的节约性，以低造价高标准为设计理念。设计方案制定完成后要进行试验，通过计算机设备模拟使用中承载的压力，达到规定标准后可进入制造阶段。设计时可引入先进技术，在传统制作流程中做出突破，将安全质量放在首要位置。对于新型材辩或尚无或熟经验的特殊材料，应通过焊接试验评定、缺口韧性评定抗裂与止裂性能评定加以确定。从前面对压力容器脆断分析看，结构不连续，应力集中过高是造成脆断的重要原因。因此在结构设计中，要避免结构不连续、降低峰值应力达到控制臆断的目的。4.2制造措施一是对于自动焊如埋弧焊要采用多层焊工艺获得良好的缺口韧性，当施行两道焊工艺时.必须采用特殊焊剂和焊丝使焊缝金属获得满意的缺口韧性；采用气体保护焊，要通过采用氢气保护焊接，使焊缝提高抗脆断能力。二是要控制和消除焊后残余应力。焊接过程中产生的残余应力能够降低结构断裂应力，致使结构在较低应力水平下发生脆断。消除残余应力方法很多，如机械应力释放法，当必须使用焊后热处理消除残余应力时，还要考虑焊后热处理对焊件缺口韧性的影响。如Cr—M系焊缝金属经热处理可提高其缺口韧性，70—80kg／mm级高强钢经热处理可能会削弱其缺口韧性。对于低温钢系的焊缝金属，焊后热处理对其缺口韧性影响不明显。5结语压力容器在天然气以及其他行业生产中应用广泛，但脆断故障也时有发生。本文提出的设计与制造措施可为使用阶段提供安全保障，相信通过技术人员的努力，压力容器在制作工艺方面可做出突破，向更安全稳定的层面发展。工作人员也要明确设计阶段的技术重点，将故障发生的可能性降到最低，使压力容器更具有使用价值。作者：张依妮 单位：中油辽河工程有限公司更多动态，请关注我们官方网站：www.tuxren.com，或者关注我们的微信平台：asmecn，小编微信号: ，也欢迎大家前来投稿。
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