新聞資訊

壓力容器失效模式是什么意思?

更新時間:2020-04-22 15:30:46 星期三
摘要:

壓力容器失效模式有哪些? 壓力容器的失效是損傷積累到一定程度,容器的強度、剛度或功能不能滿足使用要求的狀態。那 […]

壓力容器失效模式有哪些?

壓力容器的失效是損傷積累到一定程度,容器的強度、剛度或功能不能滿足使用要求的狀態。那么損傷是怎么產生的呢?其實損傷是一個過程,容器在外部機械力、介質環境、熱作用等單獨或共同作用下,材料性能下降、結構不連續或承載能力下降,這便是損傷。發生損傷后不一定失效,而發生失效則一定存在損傷。

失效模式是壓力容器的設計基礎,設計方法(準則)必須針對失效模式,壓力容器設計的第一步驟就應該是確定容器有可能發生的失效模式;對于第III類壓力容器,設計時還要求出具包括主要失效模式、風險控制等內容的風險評估報告。另外對壓力容器檢驗結果的評價,也是建立在失效模式的基礎上。

2 ISO 16528關于失效模式的分類

正在制定的壓力容器國際標準ISO 16528 Boilers and pressure vessels綜合世界主要工業國家的技術標準,參照歐洲標準的內容,針對鍋爐和壓力容器常見的失效形式,在標準中將失效模式歸納為三大類、14種,明確了針對失效模式的設計理念。

2.1第一大類:短期失效模式

(Short term failure modes)

1)脆性斷裂(Brittle fracture)

容器沒有明顯的塑性變形,且器壁中的應力值遠遠小于材料的強度極限

甚至低于材料的屈服極限而發生的斷裂。脆性斷裂的主要原因在于材料的脆化(材料選擇不當、材料加工工藝不當、應變時效、運行環境惡劣)和材料本身的缺陷。

2)韌性斷裂(Ductile rupture)

在壓力等荷載作用下,產生的應力值達到或接近器壁材料的強度極限而發生的斷裂。通常碳鋼壓力容器的韌性斷裂的主要原因是壁厚過?。ㄔO計壁厚不足和厚度因腐蝕而變?。?、內壓過高或選材不當、安裝不符合安全要求。

3)超量變形引起的接頭泄漏(Leakage at joints due to excessive deformations)

容器的各種接口密封面失效或脹接管口松動發生泄漏而引起的失效,泄漏介質可能引起燃燒、爆炸和中毒事故,并造成嚴重的環境污染。

4)超量局部應變引起的裂紋形成或韌性斷裂(Crack formation or ductile tearing due to excessive local strains)

5)彈性、塑性或彈塑性失穩(垮塌)(Instability-elastic, plastic or elastic-plastic)

在壓應力作用下,壓力容器突然失去其原有的規則幾何形狀引起的失效稱為失穩失效。容器彈性失穩的一個重要特征是彈性撓度與載荷不成比例,且臨界壓力與材料的強度無關,主要取決于容器的尺寸和材料的彈性性質,但當容器中的應力水平超過材料的屈服點而發生非彈性失穩時,臨界壓力還與材料的強度有關。

2.2第二大類:長期失效模式

(Long term failure modes)

1)蠕變斷裂(Creep rupture)

壓力容器在高溫下長期受載,隨著時間增加材料發生緩慢的塑性變形,塑性變形經長期積累而造成厚度明顯減薄或鼓脹變形,最終導致容器斷裂。壓力容器發生蠕變時,一般壁溫達到或超過其材料熔化溫度的25%~35%。蠕變斷裂的變形量取決于材料的韌性,斷裂時的應力值低于材料使用溫度下的強度極限。

2)蠕變-在機械連接處的超量變形或導致不允許的載荷傳遞(Creep-excessive deformations at mechanical joints or resulting in unacceptable transfer of load)

3)蠕變失穩(Creep instability)

隨著時間的推移逐漸積累的變形為蠕變變形,蠕變變形發展到一定程度會出現蠕變失穩。

4)沖蝕、腐蝕(Erosion, corrosion)

壓力容器材料在腐蝕介質作用下,如碳鋼罐,因均勻腐蝕導致壁厚減薄

及材料組織結構改變或局部腐蝕造成的凹坑,使材料力學性能降低,容器承載能力不足而發生的斷裂。壓力容器腐蝕機理有化學腐蝕和電化學腐蝕。腐蝕形態有均勻腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕、氫腐蝕、雙金屬腐蝕等。

5)環境助長開裂,如應力腐蝕開裂、氫開裂等(Environmentally assisted cracking e.g. stress corrosion cracking, hydrogen induced cracking, etc)

2.3 第三大類:循環失效模式

(Cyclic failure modes)

1)擴展性塑性變形(Progressive plastic deformation)

2)交替塑性(Alternating plasticity)

3)彈性應變疲勞(中周和高周疲勞)或彈塑性應變疲勞(低周疲勞)(Fatigue under elastic strains(medium and high cycle fatigue) or under elastic-plastic strains (low cycle fatigue))

4)環境助長疲勞(Environmentally assisted fatigue)

3 GB150-2011對于失效模式的考慮

經過多年的時間和參照國際上同類標準的技術內容,GB150-2011《壓力容器》在技術內容中直接和間接考慮了如下失效模式,并針對所考慮的失效模式確定了相應的設計準則和強度理論:

脆性斷裂(Brittle fracture):通過材料選用要求、材料韌性要求、制造和檢驗要求、以及結構形式要求,防止脆性斷裂的發生;

韌性斷裂(Ductile rupture):通過材料選用要求、結構強度設計方法、許用應力規定,防止韌性斷裂的發生;

接頭泄漏(Leakage at joints):通過法蘭設計方法和特殊密封結構的設計方法,結構要求以及對密封墊片和螺柱、螺母的要求,防止接頭泄漏的發生;

彈性或塑性失穩(Elastic or plastic instability):通過外壓結構設計方法防止整體失穩;通過局部局部的應力分析和評定,控制局部塑性失穩;

蠕變斷裂(Creep rupture):通過限制材料的使用溫度范圍控制蠕變斷裂的發生。

腐蝕是壓力容器的最常見失效模式,但在不同的工程應用中差別極大,不可能在標準中進行規定,因此GB150規定了由設計人員全面考慮腐蝕失效模式,并在選擇材料、結構設計、腐蝕防護等方面采取措施,保證容器的設計壽命。

4 其他標準涉及到的失效模式

承壓設備損傷模式在國外已經建立了相應的標準,如美國石油協會的API 571、API 579 、API 580 、API 581標準中均有壓力容器損傷模式的相關內容。在API 571標準中,介紹了一般工業中四大類、44種損傷模式,以及煉油工業中三大類、18種損傷模式。在美國的NB23標準中、歐盟的PED指令、英國的BS7910標準、美國的NACE標準對承壓設備的損傷模式也都有涉及。

我國目前正在制定《承壓設備損傷模式識別》標準,擬提出一套比較完整的,適合我國承壓設備現狀的損傷模式和識別方法,其內容主要包括承壓設備主要損傷模式和失效機理的理論描述、形態、影響因素、敏感材料、可能發生失效的設備或構件、檢測方法等?!冻袎涸O備損傷模式識別》標準草案將我國承壓設備的損傷模式分為五大類、73種,其中腐蝕減薄25種、環境開裂13種、材質裂化15種、機械損傷11種、其他損傷9種。已經頒布的GB/T 26610.1-2011《承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則 第1部分:基本要求和實施程序》也參考采用了該標準草案中的損傷模式分類方法。

5 總結

對壓力容器運行過程中損傷模式的識別,有助于定期檢驗方案的制定,有利于在設備發生失效前及時進行修復或報廢等處理。

本文首先闡述了壓力容器國際標準ISO 16528 Boilers and pressure vessels關于失效模式的分類,然后說明了GB150-2011對于失效模式的考慮,最后提到了其他標準中對于失效模式的相關描述,并對我國目前正在制定的《承壓設備損傷模式識別》做了簡要說明。

公共厕所www日本撒尿_2020人妻中文字幕在线乱码_黄页网址大全免费观看