化工設(shè)備壓力容器破壞原因及預(yù)防探析

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摘要：化工設(shè)備壓力容器屬于特種設(shè)備，破壞的因素較多，還需本著具體問題具體分析的原則，采取有效措施積極預(yù)防致命性的化工設(shè)備壓力容器破壞。本文主要對(duì)化工設(shè)備壓力容器的破壞原因及預(yù)防措施進(jìn)行闡述，希望對(duì)化工設(shè)備壓力容器的質(zhì)量控制管理水平的提升起到積極參照作用。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備；壓力容器；破壞原因；預(yù)防措施

引言

化工設(shè)備壓力容器的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，受腐蝕與裂紋及變形等破壞原因引起的質(zhì)量問題，易引起致命性的傷害。因此，相對(duì)于破壞的事后處理。更應(yīng)當(dāng)注重事前預(yù)防與事中控制，確?；ぴO(shè)備壓力容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效延長容器的使用壽命。由于化工設(shè)備壓力容器的破壞形式與原因多樣化，需在預(yù)防措施與管理手段等方面加強(qiáng)創(chuàng)新，以切實(shí)發(fā)揮化工設(shè)備壓力容器管理的作用價(jià)值。

1.化工設(shè)備壓力容器的事故特點(diǎn)

壓力容器屬于承壓設(shè)備，是指危險(xiǎn)性較大與涉及生命安全的承壓類特種設(shè)備和安全附件，包括壓力管道與鍋爐等。壓力容器的類型多樣性，可以按照承壓方式對(duì)其進(jìn)行分類，將其分為內(nèi)壓與外壓容器。如果分類方式選擇壓力大小，則可以將其分為高壓、低壓與中壓以及超高壓容器。如果在分類的過程中，選擇的分類方式是工作溫度，那么其包括了低溫、高溫以及常溫容器。如果按照制作方式對(duì)其進(jìn)行分類，其包括了鍛造、焊接以及鑄造容器等不同的分類方式，其所分類出來的內(nèi)容有所區(qū)別，但是任何一個(gè)化工設(shè)備壓力容器在使用的過程中，都不能忽視其安全可靠性的把控?；ぴO(shè)備壓力容器的事故特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)危險(xiǎn)性大

化工產(chǎn)品有高溫高壓與毒性及易燃易爆等特點(diǎn)，壓力容器發(fā)生火災(zāi)與泄漏及爆炸的可能性大，在危險(xiǎn)性上是其他行業(yè)不能比擬的。由于部分化工原料的反應(yīng)性與毒性和易燃性強(qiáng)，是促使化工企業(yè)內(nèi)部頻發(fā)惡性事故的主要原因。化工企業(yè)發(fā)生火災(zāi)爆炸與泄露等惡性事故后，不僅會(huì)造成工作人員受傷或死亡，還會(huì)引起較大的經(jīng)濟(jì)損失。

(2)環(huán)境污染

化工生產(chǎn)時(shí)運(yùn)用到的原料與產(chǎn)品及中間體和副產(chǎn)品等物質(zhì)，有一定程度的工業(yè)毒性和腐蝕性。泄漏到水體或空氣中，尤其是未經(jīng)過處理的工業(yè)物質(zhì)，不僅會(huì)引起不同程度的環(huán)境污染，也會(huì)引發(fā)經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡等。化工企業(yè)的惡性事故，普遍存在治理難度大與影響時(shí)間長等特征。

(3)影響設(shè)備正常運(yùn)行

化工企業(yè)對(duì)工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行要求較高，但大部分化工設(shè)備壓力容器的運(yùn)行環(huán)境惡劣，長期在腐蝕與高溫和高壓等環(huán)境中運(yùn)行，受到振動(dòng)與內(nèi)部腐蝕介質(zhì)等因素影響，會(huì)使得設(shè)備金屬產(chǎn)生疲勞感等質(zhì)量問題，會(huì)直接影響化工設(shè)備的正常運(yùn)行，這也是化工企業(yè)在設(shè)備安全使用管理中不能忽視的問題[1]。

2.化工壓力容器破壞的形式與原因及特征

(1)過度塑性變形

一旦化工壓力容器自身的壓力荷載超過已經(jīng)既定的數(shù)值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致化工設(shè)備的壓力容器壁漸漸變薄，甚至處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。容器也會(huì)由于其過度的塑形而成現(xiàn)形變，甚至導(dǎo)致容器直接破裂，如果過度塑形而產(chǎn)生的破裂，其斷口的狀態(tài)是一種撕裂的效果，而容器中也會(huì)伴隨著少量的碎塊，或者是不產(chǎn)生破片。與此同時(shí)，化工設(shè)備壓力容器爆破的能量，直接決定了容器爆破口的大小。

(2)過度彈性變形

所謂彈性變形，是指當(dāng)化工壓力容器固體受到外力的作用，進(jìn)而產(chǎn)生了一定的形變，這種形變是一種直接表現(xiàn)形式，而當(dāng)外力撤出之后，物體會(huì)漸漸地恢復(fù)到最初原來的形狀。為此，可以將其稱之為彈性性質(zhì)。這是一種可逆性的變形，通常情況下，人們將之稱為彈性變形，但是如果在使用化工壓力容器中，出現(xiàn)了過度彈性變形時(shí)，易促使化工設(shè)備壓力容器處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，隨著外力作用的增強(qiáng)，化工設(shè)備壓力容器會(huì)逐步向失穩(wěn)的程度過渡。

(3)大應(yīng)變疲勞

在交變應(yīng)力的作用影響下，局部結(jié)構(gòu)的不連續(xù)處或開孔接管周圍等化工設(shè)備壓力容器的局部區(qū)域，而其中金屬晶粒受到的力最大，會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，進(jìn)而逐步向呈現(xiàn)微小裂紋過度。隨著裂紋兩端逐步的增加和擴(kuò)展，最終所形成的化工壓力設(shè)備，其自身容易疲勞，并且容易受到明顯的破壞。高壓力的局部本身擁有極高應(yīng)力。面對(duì)極高應(yīng)力的局部區(qū)域，首先出現(xiàn)疲勞的現(xiàn)象，高應(yīng)力會(huì)引起大應(yīng)變部位的破壞。為此，也可以將其稱為大應(yīng)變疲勞，在目前分析化工壓力設(shè)備容器在使用的過程中發(fā)現(xiàn)其所具有的疲勞破壞特征主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)，即容器變形不明顯；破裂斷口主要存在于疲勞裂紋產(chǎn)生至擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)的兩個(gè)區(qū)域；化工設(shè)備壓力容器因開裂泄露而失效；化工設(shè)備壓力容器反復(fù)加卸載后更容易產(chǎn)生疲勞破壞。

(4)腐蝕疲勞

共同作用下，進(jìn)而形成的一種全新破壞形式，如果基于材料的腐蝕疲勞這一角度進(jìn)行分析，能發(fā)現(xiàn)其會(huì)導(dǎo)致金屬表面發(fā)生極為明顯的局部破壞，導(dǎo)致金屬產(chǎn)生疲勞裂紋。二是金屬表面的保護(hù)膜，在交變的拉伸應(yīng)力作用下發(fā)生破壞，從而產(chǎn)生表面腐蝕。交變應(yīng)力在破壞保護(hù)膜之后，保護(hù)模無法再次形成，這也會(huì)導(dǎo)致在腐蝕坑中出現(xiàn)沉積，直接影響到氧的擴(kuò)散，導(dǎo)致保護(hù)膜無法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，其最終所形成的是一種惡性循環(huán)。然而腐蝕坑的底部，則始終處于一種相對(duì)較為活躍的活性狀態(tài)，易形成腐蝕電池的陽極，最終在交變應(yīng)力與腐蝕的雙重作用下，裂紋會(huì)不斷的發(fā)展，直到最終金屬呈現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。

(5)應(yīng)力腐蝕

在分析應(yīng)力腐蝕時(shí)，考慮到應(yīng)力腐蝕主要是指拉伸應(yīng)力與金屬腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用，進(jìn)而形成一種獨(dú)特的破壞形式。當(dāng)化工壓力容器出現(xiàn)金屬應(yīng)力腐蝕這一現(xiàn)象后，由于應(yīng)力腐蝕兩個(gè)不同的作用因素，處于一種相互促進(jìn)的狀態(tài)，其中腐蝕會(huì)直接減少金屬本身的有效截面積，并且在金屬的表面漸漸形成一個(gè)缺口，促使其應(yīng)力更加集中。同時(shí)也需要考慮到基于預(yù)應(yīng)力的作用下，腐蝕的進(jìn)度會(huì)漸漸的被加速，基礎(chǔ)造成的結(jié)果就是金屬表面的缺口會(huì)越來越大，直到最后的斷裂。

(6)脆性破裂

脆性破裂是指未顯著塑性變形的斷裂，脆性破裂的容器部位常有碎片飛出，并呈現(xiàn)出碎塊狀；通常在低溫狀況下發(fā)生破裂事故；中低強(qiáng)度制造的厚壁容器與高強(qiáng)度鋼制的壓力容器上，更容易發(fā)生脆性斷裂。

(7)氫腐蝕破裂

由于大部分的工業(yè)設(shè)備，其壓力容器在制作和使用的過程中均屬處在高溫、高壓的情況下。為此，鋼的表面會(huì)吸附大量的氫分子。而氫分子會(huì)漸漸的分解成為氫離子或原子，導(dǎo)致在鋼表面層出現(xiàn)固溶現(xiàn)象，甚至?xí)蜾搩?nèi)擴(kuò)散，并通過氫腐蝕與氫脆等形式，不斷破壞鋼的性能。從氫腐蝕入手分析，氫離子或原子擴(kuò)散到鋼內(nèi)，會(huì)結(jié)合成氫分子，部分會(huì)與非金屬夾雜物或碳及碳化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成不容易溶解的氣體生成物。而生成物再晶界原有的微小縫隙中會(huì)漸漸的聚積，進(jìn)而逐步形成局部高壓以及用力集中，促使晶界逐步變寬，并且產(chǎn)生一定的微裂紋，而鋼的機(jī)械性能也在這一階段漸漸地被弱化。

(8)蠕變

金屬容器在外部溫度與應(yīng)力作用的持續(xù)性變化影響下，經(jīng)過長時(shí)間累計(jì)極易引起器壁的破損。蠕變與塑性變形不同，溫度是蠕變的重要影響因素，高溫會(huì)弱化金屬材料的剛性。除此之外，產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力會(huì)逐步弱化壓力容器的性能與質(zhì)量，從而促使其出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。

3.壓力容器破壞事故的分析方法

壓力容器發(fā)生事故的幾率大，一旦發(fā)生惡性事件，會(huì)引起停工停產(chǎn)，腐蝕作用等屬于工業(yè)設(shè)備壓力容器事故的直接原因，而壓力容器設(shè)備治理混亂與技術(shù)檔案資料不完整、安全生產(chǎn)職責(zé)落實(shí)不到位、安全生產(chǎn)整改監(jiān)視檢查不足等要素，是引起容器事故的間接原因。除了需要通過簡單的調(diào)查分析之外，還需要提供檢驗(yàn)容器是否具有斷裂，其破裂處的斷口又是一種怎樣的狀態(tài)，容器的理化性能。要想真正找到事故發(fā)生的原因，必要時(shí)可進(jìn)行容器破壞性的模擬試驗(yàn)等。在技術(shù)檢驗(yàn)與事故調(diào)查的同時(shí)，制定針對(duì)性的處理和預(yù)防措施。

4.壓力容器破壞的預(yù)防措施

定期檢驗(yàn)與預(yù)防化工設(shè)備壓力容器發(fā)生破壞的意義，是及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在與潛在的設(shè)備缺陷和隱患，查清容器的安全狀況，消除與監(jiān)控各種危險(xiǎn)因素，降低化工設(shè)備壓力容器發(fā)生事故的幾率，促使壓力容器能夠安全運(yùn)行。

(1)預(yù)防疲勞性破損

疲勞破損是典型的壓力容器破壞，預(yù)防出現(xiàn)疲勞破損的措施，是避免工業(yè)設(shè)備壓力容器的長期超負(fù)荷操作。工業(yè)設(shè)備壓力容器承受的作用力局限，需適當(dāng)減輕容器的加壓，以此控制壓力容器的損壞可能性。

(2)預(yù)防韌性變形與脆性損壞

根據(jù)運(yùn)行工況等實(shí)際，合理選擇容器制備的強(qiáng)度材料，避免出現(xiàn)韌性變形與脆性破壞。針對(duì)于出現(xiàn)變形的工業(yè)設(shè)備壓力容器，除非是輕微的局部凹陷，其它的變形需停止容器的繼續(xù)使用。工業(yè)設(shè)備壓力容器發(fā)生變形后，容器壁厚會(huì)變薄，變形材料的耐腐蝕性與韌性隨之弱化。針對(duì)于輕微的鼓包與面積較小與對(duì)其它部位影響小和容器材料有較好焊性的工業(yè)設(shè)備壓力容器，可挖去鼓包部位后，補(bǔ)焊相同的材料與形狀板塊，同時(shí)檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量。

(3)預(yù)防腐蝕性破壞

在制作工業(yè)設(shè)備壓力容器時(shí)，建議選擇高品質(zhì)的金屬材料，降低體內(nèi)雜質(zhì)的含量，以確保工業(yè)設(shè)備壓力容器的耐腐蝕性達(dá)標(biāo)。化工企業(yè)在壓力容器的投入使用前，建議在器壁內(nèi)安裝阻隔材料，避免容器壁直接接觸有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)。使用完畢后及時(shí)清理，做好工業(yè)設(shè)備壓力容器的檢查養(yǎng)護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與替換處理出現(xiàn)裂縫的壓力容器。從防腐作業(yè)入手分析，可有效解決工業(yè)設(shè)備壓力容器的表面腐蝕現(xiàn)象，表面防腐以表面噴砂和表面噴劑的兩種方案為主，在表面防腐作業(yè)前，需利用噴砂機(jī)去除表面鋼材上的銹跡與氧化物等預(yù)處理操作，確保表面干凈清潔無異物后，再合理調(diào)配防腐劑，嚴(yán)格控制調(diào)配的比例。防腐作業(yè)步驟與方法，需嚴(yán)格按照國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

(4)預(yù)防蠕變

壓力容器的蠕變問題，主要受高溫環(huán)境與應(yīng)力作用的影響。因此，要想高效解決蠕變破裂問題，需避免應(yīng)力作用與高溫條件同時(shí)出現(xiàn)在容器內(nèi)。要想規(guī)避蠕變的影響因素，首先需定期檢查維護(hù)。其次，及時(shí)替換處理損壞的工業(yè)設(shè)備壓力容器，避免蠕變問題逐步擴(kuò)張。最后，加強(qiáng)對(duì)工業(yè)設(shè)備壓力容器自身品質(zhì)的控制，制定完善的工業(yè)設(shè)備壓力容器采購計(jì)劃，引進(jìn)高質(zhì)量的工業(yè)設(shè)備壓力容器，降低安全事故發(fā)生率，延長工業(yè)設(shè)備壓力容器的使用壽命[2]。

5.壓力容器破壞的質(zhì)量控制

(1)制造前的質(zhì)量檢驗(yàn)

首先，嚴(yán)格審查施工圖紙。圖紙是壓力容器投入生產(chǎn)的技術(shù)參考和重要依據(jù)。因此，應(yīng)當(dāng)加大審查工業(yè)設(shè)備壓力容器設(shè)計(jì)圖的力度，確保其符合我國現(xiàn)行的規(guī)范要求和制造標(biāo)準(zhǔn)及制造條件等。其次，加工工藝流程的合理編制。壓力容器的生產(chǎn)流程與制造工藝，需嚴(yán)格依據(jù)相應(yīng)的工藝流程進(jìn)行。統(tǒng)一編制批量生產(chǎn)的壓力容器的加工工藝，以提高生產(chǎn)效率，促使加工流程有序?qū)嵤?。?yīng)用新技術(shù)與新工藝和新材料的容器，圍繞加工需求合理制定工藝流程。最后，加強(qiáng)對(duì)原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)。要求工藝設(shè)備壓力容器選用的材料達(dá)標(biāo)，符合加工工藝與生產(chǎn)條件的要求。生產(chǎn)企業(yè)需盡快完善監(jiān)管體制和制度，加大集中監(jiān)管化工設(shè)備壓力容器材料質(zhì)量的力度。

(2)控制焊接質(zhì)量

首先，從焊接材料的質(zhì)量控制入手分析。焊接材料的管理控制環(huán)節(jié)較多，涉及采購與驗(yàn)收和復(fù)驗(yàn)及烘干與發(fā)放等控制點(diǎn)。嚴(yán)格按照壓力容器材料的規(guī)定選用焊接材料，要求焊接材料的質(zhì)量符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。其次，從焊接工藝控制入手分析。要求焊工具備焊工合格證件，能夠得心應(yīng)手的展開焊接工作。嚴(yán)格按照焊接工藝書或焊接工藝卡施焊。壓力容器施焊前，合理編制焊接工藝方案，方案內(nèi)容涉及坡口形式與焊接方法選定、焊接材料、無損檢測等內(nèi)容。要想確保工藝的貫徹執(zhí)行與焊縫的質(zhì)量，要求責(zé)任工程師加強(qiáng)對(duì)工藝規(guī)程執(zhí)行情況的監(jiān)督，嚴(yán)格控制焊接順序和焊前預(yù)熱及焊材選擇等細(xì)節(jié)問題。加強(qiáng)焊縫檢驗(yàn)，包括無損探傷檢驗(yàn)與外觀檢驗(yàn)，本著引進(jìn)來與走出去的原則，引用先進(jìn)的探傷方法與技術(shù)設(shè)備，避免出現(xiàn)誤判等情況，以提高工業(yè)設(shè)備壓力容器的整體質(zhì)量。

(3)加強(qiáng)設(shè)備的質(zhì)量控制

化工設(shè)備壓力容器在生產(chǎn)與投入使用中的安全隱患問題不能忽視，化工設(shè)備壓力容器屬于危設(shè)備，在使用中需加強(qiáng)對(duì)容器的質(zhì)量控制，并將質(zhì)量控制的理念與制定和措施，貫穿容器使用的各環(huán)節(jié)。在制定質(zhì)量控制制度前，廣泛收集工作人員的意見想法，促使質(zhì)量控制更貼近于化工設(shè)備壓力容器應(yīng)用的實(shí)際情況。為提高質(zhì)量控制的有效性，建立完善的自我檢查流程與互相檢驗(yàn)程序，引入精細(xì)化與流程管理等現(xiàn)代化的管理手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理化工設(shè)備壓力容器的裂紋等破壞因素。化工企業(yè)需強(qiáng)化壓力容器事故的預(yù)防觀念，根據(jù)化工設(shè)備壓力容器的使用情況，建立完善的監(jiān)測使用體系，將容器事故的可能性降到最低。根據(jù)監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題，采取針對(duì)性的措施進(jìn)行維護(hù)處理，實(shí)現(xiàn)資源的整合優(yōu)化與高效利用。

(4)提供人才保障

化工企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)完善人才培養(yǎng)考核機(jī)制，要求工作人員深入了解化工設(shè)備壓力容器的運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)體系及技術(shù)參數(shù)等內(nèi)容，將其從傳統(tǒng)的工作模式與態(tài)度及觀念中脫離出來，加強(qiáng)對(duì)化工設(shè)備壓力容器安全運(yùn)行的重視。輔助監(jiān)測化工設(shè)備壓力容器的使用情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理各種質(zhì)量問題，為化工設(shè)備壓力容器破壞問題的管理方案完善獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。尤其是化工設(shè)備壓力容器安全狀況的檢查與試驗(yàn)人員，需了解《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等法規(guī)的內(nèi)容，定期檢驗(yàn)化工設(shè)備壓力容器，并熟練掌握水壓試驗(yàn)和內(nèi)外部檢驗(yàn)及外部檢驗(yàn)等方法。

(5)系統(tǒng)監(jiān)測危險(xiǎn)因素

提高工作人員的信息素養(yǎng)，靈活操作檢驗(yàn)系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)庫，將化工設(shè)備壓力容器在運(yùn)行中常出現(xiàn)的破壞形式及原因和危險(xiǎn)因素及處理等內(nèi)容，整理到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，為信息技術(shù)智能與自動(dòng)監(jiān)測化工設(shè)備壓力容器的破壞情況和安全事故等質(zhì)量問題奠定基礎(chǔ)[3]。如化工設(shè)備壓力容器部件損害的原因，或是熱應(yīng)力與交變的溫度引起的疲勞裂紋；因高溫蠕變使部件產(chǎn)生裂紋或塑性變形；壓力波動(dòng)或頻繁加卸壓導(dǎo)致的低周疲勞損害和低周疲勞裂紋；長期高溫導(dǎo)致鋼材組織惡化，包括熱脆與石墨化及珠光體球化等，逐步弱化鋼材的機(jī)械性能等。檢驗(yàn)人員將這些部件損壞的危險(xiǎn)因素，整理并歸置于數(shù)據(jù)庫內(nèi)，為后續(xù)化工設(shè)備壓力容器破壞的預(yù)防工作展開提供價(jià)值參照，促使質(zhì)量控制與預(yù)防方案，更具有針對(duì)性和有效性及可行性，這也對(duì)工作人員的職業(yè)素養(yǎng)和業(yè)務(wù)能力提出了更高要求。

6.總結(jié)

在化工工業(yè)中，工業(yè)設(shè)備壓力容器惡性事故的危害與影響不能忽視。要求工作人員提高對(duì)壓力容器使用的認(rèn)知度，嚴(yán)格按照規(guī)定要求，加強(qiáng)對(duì)密封質(zhì)量與容器破裂危險(xiǎn)因素的控制，同時(shí)提升容器的生產(chǎn)技術(shù)及管理技術(shù)水平，確保容器的安全性能，有效預(yù)防壓力容器破裂的情況發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]張紅霞,姬倩倩.化工壓力容器的破裂及預(yù)防探討[J].山東工業(yè)技術(shù),2018(09):15.

[2]王冬臣.油氣集輸容器內(nèi)防腐施工質(zhì)量控制分析[J].全面腐蝕控制,2020,34(11):79-81.

[3]許錦水.壓力容器的腐蝕案例分析及防腐措施[J].鍋爐制造,2020(02):50-51+62.

作者:紀(jì)賢炎 單位:福建眾和利達(dá)化工裝備有限公司