第八章承壓設(shè)備事故與處理課件

第8章承壓設(shè)備事故與處理2023/7/311承壓設(shè)備事故與處理第8章承壓設(shè)備事故與處理2023/7/311承壓設(shè)備事故與前言承壓設(shè)備數(shù)量

截止2005年底，我國有在用鍋爐55.38萬臺(tái)、壓力容器152.30萬臺(tái)、氣瓶1.30億只、壓力管道22.50萬千米。事故與損失2005年全年共發(fā)生特種設(shè)備（包括電梯、載人索道、大型游樂設(shè)施等在內(nèi)）嚴(yán)重以上事故274起，其中，特大事故1起，重大事故18起，嚴(yán)重事故255起，死亡301人，受傷293人，直接經(jīng)濟(jì)損失6964.69萬元。年萬臺(tái)設(shè)備事故起數(shù)為0.87，萬臺(tái)設(shè)備死亡人數(shù)為0.97與2004年相比，特種設(shè)備事故總起數(shù)減少7%，死亡人數(shù)增加1%，受傷人數(shù)減少31%，直接經(jīng)濟(jì)損失增加53%，在設(shè)備總量快速增長的情況下，萬臺(tái)設(shè)備事故起數(shù)繼續(xù)保持下降趨勢。2023/7/312承壓設(shè)備事故與處理前言承壓設(shè)備數(shù)量2023/7/312承壓設(shè)備事故與處理前言——續(xù)事故原因按事故發(fā)生的原因分析，2005年274起特種設(shè)備事故中，使用不當(dāng)及違章操作占44%，設(shè)備本身質(zhì)量問題占20%，超期未檢或者未按規(guī)定檢驗(yàn)占16%，安全附件及安全裝置損壞失效占10%，氣瓶混裝占6%，尚未調(diào)查結(jié)案或其它原因的占4%。2023/7/313承壓設(shè)備事故與處理前言——續(xù)事故原因2023/7/313承壓設(shè)備事故與處理8.1承壓設(shè)備的破壞形式分類壓力

溫度介質(zhì)環(huán)境變形疲勞腐蝕磨損蠕變失穩(wěn)破裂爆炸坍塌2023/7/314承壓設(shè)備事故與處理8.1承壓設(shè)備的破壞形式分類壓力溫度介質(zhì)環(huán)境變形破裂202斷裂的分類斷裂塑性變形大小韌性斷裂脆性斷裂裂紋擴(kuò)展途徑沿晶斷裂穿晶斷裂受力狀態(tài)靜載斷裂沖擊斷裂疲勞斷裂工作條件冷脆斷裂高溫蠕變斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂氫脆和氫腐蝕斷裂2023/7/315承壓設(shè)備事故與處理斷裂的分類斷裂塑性變形大小韌性斷裂裂紋擴(kuò)展途徑沿晶斷裂受力狀8.1承壓設(shè)備的破壞形式分類金屬等材料構(gòu)件的斷口一般由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個(gè)區(qū)域組成，這三個(gè)區(qū)域通常被稱作斷口三要素。圖8-1為光滑圓柱金屬棒在室溫下承受靜載拉伸作用，所呈現(xiàn)的典型破裂斷口形貌，整個(gè)斷口呈杯錐狀。具體形貌特征為：圖8-1拉伸斷口三個(gè)區(qū)域的示意圖2023/7/316承壓設(shè)備事故與處理8.1承壓設(shè)備的破壞形式分類金屬等材料構(gòu)件的斷口一般由纖維區(qū)⑴纖維區(qū)纖維區(qū)位于斷口中央，呈粗糙的纖維狀圓環(huán)形花樣。纖維區(qū)是裂紋形成并緩慢擴(kuò)展的區(qū)域。當(dāng)拉伸載荷產(chǎn)生的應(yīng)力超過強(qiáng)度極限時(shí)試件產(chǎn)生縮頸，由于缺口效應(yīng)在縮頸處將產(chǎn)生應(yīng)力集中，并出現(xiàn)三向應(yīng)力。在三向應(yīng)力作用下，裂紋首先在最小截面中心部位的某些非金屬夾雜物、第二相質(zhì)點(diǎn)、缺陷等處形成，并不斷擴(kuò)大、連接，使夾雜物之間的基體金屬產(chǎn)生內(nèi)縮頸，拉斷夾雜物或使之與基體金屬分離，形成顯微空洞。在進(jìn)一步受拉伸直到斷裂的過程中，纖維區(qū)底部的晶粒被拉長得像“纖維”一樣，顯微空洞被拉斷成兩半，在斷面上形成“韌窩”和“鋸齒”。小鋸齒的斜面與拉力呈45°，說明纖維區(qū)的形成實(shí)質(zhì)上是切應(yīng)力作用下的斷裂。但纖維鋸齒狀斷口形成的總斷面是和拉力載荷垂直的。該區(qū)塑性變形較大，表面粗糙不平，呈暗灰色。

2023/7/317承壓設(shè)備事故與處理⑴纖維區(qū)纖維區(qū)位于斷口中央，呈粗糙的纖維狀圓環(huán)形花樣。纖維區(qū)⑵放射區(qū)放射區(qū)在纖維區(qū)的四周，其基本特點(diǎn)是有放射花樣或放射線。放射區(qū)是裂紋迅速擴(kuò)展的區(qū)域，放射線平行于裂紋擴(kuò)展的方向，而且垂直于裂紋前端輪廓線，各放射線另一端共同指向裂紋起始位置。放射花樣也是由材料的剪切變形造成的，不過它與纖維區(qū)的剪切斷裂不同，是在裂紋達(dá)臨界尺寸后快速低能量撕裂的結(jié)果。這時(shí)，材料的宏觀塑性變形量很小，表現(xiàn)為脆性斷裂。但在微觀局部區(qū)域，仍有很大的塑性變形。放射形花樣是剪切型低能量撕裂的一種標(biāo)志。沿晶斷裂和解理斷裂一般包括在快速破壞的放射區(qū)內(nèi)。因?yàn)檫@類斷裂塑性變形很小，所以斷口的放射線極細(xì)。材料越脆，放射線越細(xì)，直至消失。2023/7/318承壓設(shè)備事故與處理⑵放射區(qū)放射區(qū)在纖維區(qū)的四周，其基本特點(diǎn)是有放射花樣或放射線⑶剪切唇剪切唇在斷裂過程的最后階段形成，表面平滑，與拉應(yīng)力方向呈45°，通常稱為“拉邊”。在剪切唇區(qū)域，裂紋也快速擴(kuò)展，但材料的塑性變形量很大，是韌性斷裂區(qū)。2023/7/319承壓設(shè)備事故與處理⑶剪切唇剪切唇在斷裂過程的最后階段形成，表面平滑，與拉應(yīng)力方一般地說，工程結(jié)構(gòu)斷口都有“三要素”及大體相同的形貌，但是，當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸、形狀及材料性能以及受力狀態(tài)、加載速度和工作溫度不同時(shí)，斷口三個(gè)區(qū)域的形態(tài)、大小和相對(duì)位置都會(huì)發(fā)生變化。材料強(qiáng)度增高，塑性降低，則放射區(qū)所占比例增大；結(jié)構(gòu)斷面尺寸加大，放射區(qū)明顯增大而纖維區(qū)變化不大；缺口的存在不但改變了斷口中各區(qū)所占比例，而且改變了各區(qū)的分布。例如缺口圓柱試樣首先從缺口處形成裂紋，最后斷裂區(qū)在心部；平板試件的纖維區(qū)呈橢圓形，放射區(qū)的花樣呈人字形，人字形花樣尖端指向裂源；沖擊斷裂的斷口，其三個(gè)區(qū)不呈同心分布，而是依沖擊方向依次分布等。韌性斷裂與脆性斷裂之間沒有明顯界限。斷口中以纖維區(qū)和剪切唇為主，放射區(qū)所占比例很小時(shí)，即為韌性斷裂；斷口中以放射區(qū)為主，纖維區(qū)和剪切唇所占比例很小時(shí)，即為脆性斷裂。由于實(shí)際構(gòu)件的尺寸形狀、材料性能、工作條件與試驗(yàn)時(shí)斷口產(chǎn)生的條件大不相同，所以實(shí)際構(gòu)件斷裂時(shí)的情況要復(fù)雜得多。2023/7/3110承壓設(shè)備事故與處理一般地說，工程結(jié)構(gòu)斷口都有“三要素”及大體相同的形貌，但是，8.1.1韌性破壞承壓部件的變形與韌性斷裂韌性斷裂的特征韌性斷裂事故原因預(yù)防2023/7/3111承壓設(shè)備事故與處理8.1.1韌性破壞承壓部件的變形與韌性斷裂2023/7/3承壓部件的變形與韌性斷裂金屬構(gòu)件超載時(shí)會(huì)發(fā)生塑性變形，使宏觀尺寸發(fā)生明顯變化。當(dāng)其應(yīng)力應(yīng)變?cè)龃蟮讲牧系目估瓘?qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)斷裂失效。一般將發(fā)生過明顯塑性變形之后的斷裂稱為韌性(或稱延性)斷裂失效。韌性斷裂的宏觀特征1、有明顯的塑性變形2、爆破口是長縫或有分叉，但無碎片2023/7/3112承壓設(shè)備事故與處理承壓部件的變形與韌性斷裂金屬構(gòu)件超載時(shí)會(huì)發(fā)生塑性變形，使宏觀承壓部件的變形與韌性斷裂——續(xù)2023/7/3113承壓設(shè)備事故與處理承壓部件的變形與韌性斷裂——續(xù)2023/7/3113承壓設(shè)備韌性斷裂的特征韌性斷裂的斷口特征

斷口呈暗灰色纖維狀。碳鋼和低合金鋼韌性斷裂時(shí)，由于纖維空洞的形成、長大和聚集，最后形成鋸齒形的纖維狀斷口，多數(shù)屬于穿晶斷裂，斷口沒有金屬光澤而呈暗灰色。由于這種斷裂是先滑移而后斷裂，一般是切斷，所以斷裂的宏觀表面平行于最大剪應(yīng)力方向而與最大主應(yīng)力成45°。2023/7/3114承壓設(shè)備事故與處理韌性斷裂的特征韌性斷裂的斷口特征2023/7/3114承壓韌性斷裂的特征——續(xù)韌性破壞的設(shè)備一般不發(fā)生碎裂。韌性斷裂的容器一般不破碎成塊或者片，而是只裂開一個(gè)裂口。壁厚比較均勻的圓筒形容器，常常是在中部沿軸向裂開，裂口的大小與容器破裂時(shí)釋放的能量有關(guān)。盛裝常溫受壓水的容器，破裂時(shí)因釋放膨脹功很小，所以破口也??；盛裝受壓飽和水及液化氣體的容器，破裂時(shí)因閃蒸產(chǎn)生大量氣體，器壁的裂口也較大。實(shí)際爆破壓力接近計(jì)算爆破壓力，屬于超壓或超載破壞。承壓設(shè)備的韌性斷裂是載荷引起的當(dāng)量應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的斷裂，其實(shí)際爆破壓力往往與計(jì)算爆破壓力相接近，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了承壓設(shè)備的許用壓力及正常工作壓力，屬于超壓或超載破壞（設(shè)備壁因腐蝕或磨損減薄時(shí)例外）。2023/7/3115承壓設(shè)備事故與處理韌性斷裂的特征——續(xù)韌性破壞的設(shè)備一般不發(fā)生碎裂。韌性斷裂的韌性斷裂事故原因預(yù)防⑴承壓設(shè)備常見韌性斷裂事故承壓設(shè)備承壓部件只有在發(fā)生大量塑性變形才會(huì)出現(xiàn)韌性斷裂，而這種情況在正確設(shè)計(jì)制造及合理使用時(shí)一般不會(huì)出現(xiàn)，即使出現(xiàn)也有明顯的征兆。因此該種事故基本上可以避免。但實(shí)際使用中韌性斷裂并不少見，常發(fā)生于以下情況：①液化氣體容器充裝過量。有些盛裝高臨界溫度液化氣體的氣瓶、罐車和貯罐，由于操作疏忽、計(jì)量錯(cuò)誤或其它原因造成充裝過量，在運(yùn)輸或使用過程中，容器內(nèi)介質(zhì)溫度因環(huán)境溫度影響或太陽曝曬而升高，介質(zhì)體積膨脹滿液后使器內(nèi)壓力急劇上升，最終導(dǎo)致容器韌性斷裂。②承壓設(shè)備在使用中超壓。由于違反操作規(guī)程、操作失誤或其它原因，造成設(shè)備內(nèi)壓力升高并超過其許用壓力，而設(shè)備又沒有裝設(shè)安全泄壓裝置或安全泄壓裝置失靈，最終造成韌性斷裂。2023/7/3116承壓設(shè)備事故與處理韌性斷裂事故原因預(yù)防⑴承壓設(shè)備常見韌性斷裂事故2023/7/韌性斷裂事故原因預(yù)防——續(xù)③設(shè)備維護(hù)不良引起壁厚減薄。由于介質(zhì)對(duì)器壁的腐蝕或磨損，或設(shè)備長期閑置不用而又未進(jìn)行可靠防護(hù)，造成器壁嚴(yán)重減薄，又未及時(shí)檢驗(yàn)，使部件在正常工作壓力下發(fā)生韌性斷裂。對(duì)腐蝕減薄部位來說，這也屬于超載高應(yīng)力斷裂。⑵承壓設(shè)備韌性斷裂的預(yù)防要防止承壓設(shè)備發(fā)生韌性斷裂事故，最根本的是保證部件器壁上的當(dāng)量應(yīng)力在任何情況都不超過材料的屈服點(diǎn)。①承壓設(shè)備必須按規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。承壓部件必須經(jīng)過強(qiáng)度驗(yàn)算，未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算的承壓設(shè)備禁止使用。2023/7/3117承壓設(shè)備事故與處理韌性斷裂事故原因預(yù)防——續(xù)③設(shè)備維護(hù)不良引起壁厚減薄。由于介韌性斷裂事故原因預(yù)防——續(xù)②禁止將一般生活鍋爐改裝成承壓鍋爐；防止非承壓的容器因結(jié)構(gòu)或操作原因在器內(nèi)產(chǎn)生壓力。③承壓設(shè)備應(yīng)按規(guī)定裝設(shè)性能和規(guī)格都符合要求的安全泄壓裝置，并始終使其處于靈敏可靠的狀態(tài)。④認(rèn)真執(zhí)行安全操作規(guī)程，操作人員不得擅自離開工作崗位，注意監(jiān)督檢查，防止承壓設(shè)備超壓。⑤作好承壓設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作，采取有效措施防止腐蝕性介質(zhì)及大氣對(duì)設(shè)備的腐蝕。對(duì)長期停用的鍋爐、容器及管道，應(yīng)妥善保養(yǎng)防護(hù)。⑥嚴(yán)格定期檢驗(yàn)制度，檢驗(yàn)時(shí)若發(fā)現(xiàn)承壓部件器壁被腐蝕而致厚度嚴(yán)重減薄，或承壓設(shè)備在使用中曾發(fā)生過顯著的塑性變形時(shí)，即應(yīng)停用。2023/7/3118承壓設(shè)備事故與處理韌性斷裂事故原因預(yù)防——續(xù)②禁止將一般生活鍋爐改裝成承壓鍋爐8.1.2脆性破壞脆性破壞的概念脆性斷裂的特征脆性斷裂的預(yù)防2023/7/3119承壓設(shè)備事故與處理8.1.2脆性破壞脆性破壞的概念2023/7/3119承壓設(shè)脆性破壞的概念脆性斷裂失效主要是指設(shè)備在沒有發(fā)生塑性變形時(shí)就發(fā)生斷裂或爆炸。其基本原因一是由于材料的脆性轉(zhuǎn)變而引起的脆斷；二是由于構(gòu)件出現(xiàn)了嚴(yán)重的缺陷（如裂紋）導(dǎo)致發(fā)生低應(yīng)力水平下的脆斷，這稱為低應(yīng)力脆斷。盡管承壓設(shè)備材料一般具有較好的塑性和韌性，但鋼材在不同使用條件下有產(chǎn)生脆性及脆化的可能。特別是高參數(shù)、厚截面的大型容器，通常采用低合金高強(qiáng)鋼制造，在高壓、低溫、三向應(yīng)力狀態(tài)、缺口、殘余應(yīng)力等因素的影響下，脆性斷裂成為其主要的失效形式之一。脆性斷裂是一個(gè)快速斷裂的過程，材料內(nèi)部的微裂紋很快擴(kuò)展達(dá)到臨界長度，幾乎不經(jīng)歷裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段就進(jìn)入裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段，裂紋擴(kuò)展阻力小，擴(kuò)展速度很快，最大可達(dá)聲音在該材料中的傳播速度。2023/7/3120承壓設(shè)備事故與處理脆性破壞的概念脆性斷裂失效主要是指設(shè)備在沒有發(fā)生塑性變形時(shí)就脆性斷裂的特征承壓部件發(fā)生脆性斷裂時(shí)，在破裂形狀、斷口形貌等方面都具有一些與韌性斷裂相反的特征。⑴無明顯殘余變形。由于金屬的脆斷一般沒有留下殘余伸長，因此脆性斷裂后的承壓設(shè)備沒有明顯的殘余變形。許多在水壓試驗(yàn)時(shí)脆性斷裂的承壓設(shè)備，其試驗(yàn)壓力與容積增量的關(guān)系在斷裂前基本上還是線性關(guān)系，即處于彈性變形狀態(tài)。有些脆裂成塊的承壓設(shè)備，將碎塊拼組起來基本上還是原承壓設(shè)備的形狀，其周長與原周長相差無幾，承壓設(shè)備的壁厚也沒有減薄。⑵斷口平齊且有金屬光澤。脆性斷裂一般是正應(yīng)力引起的解理斷裂，斷口平齊且與主應(yīng)力方向垂直。承壓設(shè)備脆斷的縱縫裂口與設(shè)備壁表面垂直；環(huán)向脆斷時(shí)，裂口與承壓設(shè)備的中心線相垂直。脆斷往往是晶界斷裂，所以斷口呈閃爍金屬光澤的結(jié)晶狀。在壁很厚的承壓設(shè)備脆性斷口上，還常有人字形放射花紋，其尖端指向裂紋源，始裂點(diǎn)往往是缺陷處或形狀突變處。2023/7/3121承壓設(shè)備事故與處理脆性斷裂的特征承壓部件發(fā)生脆性斷裂時(shí)，在破裂形狀、斷口形貌等脆性斷裂的特征——續(xù)⑶破裂成碎塊。由于承壓設(shè)備脆性斷裂時(shí)材料韌性較差，脆性斷裂的過程又是裂紋迅速擴(kuò)展的過程，破壞往往在一瞬間發(fā)生，設(shè)備內(nèi)的壓力和能量無法通過一個(gè)裂口釋放，因此脆性斷裂的設(shè)備常裂成碎塊，且常有碎片飛出。如果承壓設(shè)備是在使用中脆性斷裂，設(shè)備內(nèi)介質(zhì)為氣體或液化氣體，則碎裂的情況將遠(yuǎn)較水壓試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)重，造成的后果常比韌性斷裂嚴(yán)重得多。⑷斷裂時(shí)的名義應(yīng)力較低。金屬的脆性斷裂是因裂紋擴(kuò)展造成的，斷裂時(shí)設(shè)備壁中的一次應(yīng)力——名義應(yīng)力通常不高，往往低于鋼材的屈服點(diǎn)，因而這類斷裂可以在承壓設(shè)備的正常操作壓力或水壓試驗(yàn)壓力下發(fā)生。⑸斷裂多在溫度較低的情況下發(fā)生。由于常用的承壓設(shè)備鋼材多有冷脆傾向，所以脆性斷裂常在較低的溫度下發(fā)生；包括較低的水壓試驗(yàn)溫度和較低的使用溫度。此外，脆性斷裂常見于高強(qiáng)鋼制造的容器及厚壁容器，這些容器材料的沖擊韌性或斷裂韌性較低。2023/7/3122承壓設(shè)備事故與處理脆性斷裂的特征——續(xù)⑶破裂成碎塊。由于承壓設(shè)備脆性斷裂時(shí)材料8.1.2脆性破壞2023/7/3123承壓設(shè)備事故與處理8.1.2脆性破壞2023/7/3123承壓設(shè)備事故與處理脆性斷裂的預(yù)防傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不包含脆性強(qiáng)度概念，沒有考慮缺陷大小、溫度、加載速度、構(gòu)件尺寸效應(yīng)、三向應(yīng)力狀態(tài)等引起脆性斷裂的因素。⑴正確選擇材料。考慮材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，考慮材料的斷裂韌性。⑵減少承壓設(shè)備中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中，消除殘余應(yīng)力例如減少尖銳角，消除未熔合與未熔透的焊縫，承壓設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保證結(jié)構(gòu)幾何尺寸的連續(xù)性。盡量減少由焊接產(chǎn)生的缺陷。細(xì)致設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少和避免焊縫集中和重疊交叉。需采用較好的焊接方法，保證焊透，盡量避免焊縫表面缺陷。2023/7/3124承壓設(shè)備事故與處理脆性斷裂的預(yù)防傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不包含脆性強(qiáng)度概念，沒有考慮缺陷大小、脆性斷裂的預(yù)防——續(xù)⑶加強(qiáng)對(duì)承壓設(shè)備的檢驗(yàn)。對(duì)在用承壓設(shè)備定期檢驗(yàn)，及早發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)消除或嚴(yán)格監(jiān)控，也是防止設(shè)備發(fā)生脆性斷裂的有效措施。2023/7/3125承壓設(shè)備事故與處理脆性斷裂的預(yù)防——續(xù)⑶加強(qiáng)對(duì)承壓設(shè)備的檢驗(yàn)。對(duì)在用承壓設(shè)備定8.1.3疲勞破壞疲勞斷裂是承壓設(shè)備承壓部件較為常見的一種斷裂方式。據(jù)英國統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)行期間發(fā)生破壞事故的容器，有89.4%是由裂紋引起的；而在由裂紋引起的事故中，疲勞裂紋占39.8%。國外還有資料估計(jì)，壓力容器運(yùn)行中的破壞事故有75%以上是由疲勞引起的。由此可見，承壓設(shè)備的疲勞斷裂是絕不能忽視的。2023/7/3126承壓設(shè)備事故與處理8.1.3疲勞破壞疲勞斷裂是承壓設(shè)備承壓部件較為常見的一種斷金屬疲勞現(xiàn)象承受交變載荷的金屬構(gòu)件，在載荷長期反復(fù)作用下，盡管載荷引起的最大應(yīng)力不一定很高，也會(huì)引起構(gòu)件突然斷裂，且無明顯的塑性變形。人們把這類斷裂歸之于金屬的“疲勞”。疲勞斷裂時(shí)載荷交變的周次N，稱為疲勞壽命。引起疲勞斷裂的交變載荷及應(yīng)力，可以是機(jī)械載荷及機(jī)械應(yīng)力，例如內(nèi)壓及相應(yīng)的薄膜應(yīng)力；也可以是熱（溫度）載荷及相應(yīng)的熱應(yīng)力。由交變的熱應(yīng)力引起的疲勞稱作熱疲勞。所謂交變載荷是指載荷的大小、方向或大小和方向都隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的一類載荷。交變載荷的特征一般用平均應(yīng)力σm——循環(huán)應(yīng)力中最大應(yīng)力σmax與最小應(yīng)力σmin的平均值，即，應(yīng)力半幅及應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱系數(shù)或稱應(yīng)力比r=σmin/σmax來表達(dá)。2023/7/3127承壓設(shè)備事故與處理金屬疲勞現(xiàn)象承受交變載荷的金屬構(gòu)件，在載荷長期反復(fù)作用下，盡金屬疲勞現(xiàn)象——續(xù)⑴疲勞曲線與疲勞極限。多次實(shí)驗(yàn)表明，金屬承受交變載荷時(shí)，應(yīng)力幅越大，疲勞壽命越短，即斷裂時(shí)載荷交變的總周次N越少；應(yīng)力幅越小，疲勞壽命越長，總周次N越多。如圖8-2，這種應(yīng)力幅與N的關(guān)系所繪成的曲線稱作金屬疲勞曲線。疲勞曲線的水平段表明，當(dāng)應(yīng)力幅不越過某特定值時(shí)，疲勞壽命可為無窮大，此特定應(yīng)力值稱作材料的疲勞極限，以σr表示，下標(biāo)r即應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱系數(shù)。對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限以σ-1表示。實(shí)驗(yàn)表明，結(jié)構(gòu)鋼的疲勞極限與其抗拉強(qiáng)度有一定比例關(guān)系。對(duì)稱循環(huán)的疲勞極限σ-1約為抗拉強(qiáng)度的40%。金屬疲勞斷裂過程是金屬中疲勞裂紋萌生、亞臨界擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展的過程。2023/7/3128承壓設(shè)備事故與處理金屬疲勞現(xiàn)象——續(xù)⑴疲勞曲線與疲勞極限。多次實(shí)驗(yàn)表明，金屬承金屬疲勞現(xiàn)象——續(xù)⑵高周疲勞與低周疲勞。一般轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械發(fā)生的疲勞斷裂，往往應(yīng)力水平較低而疲勞壽命較高，疲勞斷裂時(shí)載荷交變周次N≥1×105，稱作低應(yīng)力高周疲勞或簡稱高周疲勞。若交變載荷引起的最大應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)，而疲勞壽命N＝102~104，則為大應(yīng)變低周疲勞或簡稱低周疲勞。⑶承壓設(shè)備承壓部件的疲勞斷裂。承壓設(shè)備承受的壓力載荷通常被認(rèn)為是靜載荷，在常規(guī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中人們關(guān)心的主要是承壓部件的靜載強(qiáng)度失效問題。但實(shí)踐表明，由于承壓設(shè)備存在啟動(dòng)停運(yùn)、調(diào)荷變壓、反復(fù)充裝等問題，從宏觀上說承壓設(shè)備承受的壓力載荷仍是交變的，只是交變頻率較低，周期較長，且大體上屬于脈動(dòng)載荷（r＝0）而已。隨著承壓設(shè)備參數(shù)的提高和高強(qiáng)鋼的應(yīng)用，承壓設(shè)備的疲勞斷裂問題不僅在國外，而且在國內(nèi)也日益受到關(guān)注。2023/7/3129承壓設(shè)備事故與處理金屬疲勞現(xiàn)象——續(xù)⑵高周疲勞與低周疲勞。一般轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械發(fā)生的疲金屬疲勞現(xiàn)象——續(xù)承壓部件的疲勞斷裂，絕大多數(shù)屬于金屬的低周疲勞。許多承壓設(shè)備都具備產(chǎn)生低周疲勞的條件：①存在較高的局部應(yīng)力。承壓部件的接管、開孔、轉(zhuǎn)角及其它幾何形狀不連續(xù)的部位，焊縫及其它隱含缺陷之處，都有程度不同的應(yīng)力集中。應(yīng)力集中處的局部應(yīng)力往往比設(shè)計(jì)應(yīng)力大好幾倍，可能達(dá)到并超過材料的屈服點(diǎn)。反復(fù)的加載和卸載，將會(huì)在受力最大處產(chǎn)生伸縮塑性變形并產(chǎn)生裂紋，裂紋逐步擴(kuò)展最終導(dǎo)致斷裂。②存在交變載荷及反復(fù)應(yīng)力。承壓部件承受的交變載荷及設(shè)備壁中的反復(fù)應(yīng)力可產(chǎn)生于：a、間歇操作的設(shè)備經(jīng)常進(jìn)行反復(fù)的加壓和卸壓；b、在運(yùn)行過程中設(shè)備壓力在較大范圍內(nèi)變動(dòng)；c、設(shè)備介質(zhì)溫度及設(shè)備壁溫度反復(fù)變化；d、部件強(qiáng)迫振動(dòng)并引起較大局部附加應(yīng)力；e、氣瓶多次充裝等。2023/7/3130承壓設(shè)備事故與處理金屬疲勞現(xiàn)象——續(xù)承壓部件的疲勞斷裂，絕大多數(shù)屬于金屬的低周圖8-2疲勞曲線示意圖2023/7/3131承壓設(shè)備事故與處理圖8-2疲勞曲線示意圖2023/7/3131承壓設(shè)備事故與處疲勞斷裂的特征⑴部件沒有明顯的塑性變形。首先局部應(yīng)力較高的部位產(chǎn)生微細(xì)裂紋，然后逐步擴(kuò)展，最后剩余截面上的應(yīng)力達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度或超過材料斷裂韌度而發(fā)生開裂。它和脆性斷裂相似，一般沒有明顯的塑性變形。即使它的最后斷裂區(qū)是韌性斷裂，也不會(huì)造成部件整體的塑性變形，破裂后部件的直徑?jīng)]有明顯的增大，大部分壁厚也沒有明顯的減薄。⑵斷口存在兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是疲勞裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展區(qū)，另一個(gè)是最后斷裂區(qū)。對(duì)于對(duì)稱循環(huán)的疲勞斷口，前者光滑，后者粗糙，光滑區(qū)一般有規(guī)則的貝殼花樣或海灘狀條紋。在疲勞斷口上，載荷的脈動(dòng)性質(zhì)且變化周期較長，裂紋擴(kuò)展較緩慢，斷口無法受到反復(fù)的擠壓研磨，因而裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展區(qū)像對(duì)稱循環(huán)斷口那樣光滑，裂紋前沿的擴(kuò)展條紋也不那樣規(guī)則，但仍能區(qū)別光滑區(qū)與粗糙區(qū)，有時(shí)也可看到弧形條紋。2023/7/3132承壓設(shè)備事故與處理疲勞斷裂的特征⑴部件沒有明顯的塑性變形。首先局部應(yīng)力較高的部疲勞斷裂的特征⑶設(shè)備常因開裂泄漏而失效。疲勞斷裂的承壓設(shè)備或部件一般不像脆性斷裂那樣整體破壞產(chǎn)生碎片，而只是開裂一個(gè)破口，使設(shè)備或部件因泄漏而失效。開裂部位常是開孔接管處或其它應(yīng)力集中及溫度交變部位。⑷部件在多次承受交變載荷后斷裂。即疲勞斷裂是和交變載荷相關(guān)聯(lián)的，是需要循環(huán)交變一定周次和持續(xù)一定時(shí)間的。疲勞斷裂的過程要比脆性斷裂緩慢得多。2023/7/3133承壓設(shè)備事故與處理疲勞斷裂的特征⑶設(shè)備常因開裂泄漏而失效。疲勞斷裂的承壓設(shè)備或承壓設(shè)備疲勞斷裂的預(yù)防承壓設(shè)備疲勞斷裂的預(yù)防有以下幾個(gè)方面：1.在保證結(jié)構(gòu)靜載強(qiáng)度的前提下，選用塑性好的材料；2.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中盡量避免或減小應(yīng)力集中；3.在制造和安裝過程中盡量減少和避免殘余應(yīng)力、安裝應(yīng)力；4.在運(yùn)行中盡量避免反復(fù)頻繁地加載和卸載，減少壓力和溫度波動(dòng)；5.加強(qiáng)檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除結(jié)構(gòu)缺陷。2023/7/3134承壓設(shè)備事故與處理承壓設(shè)備疲勞斷裂的預(yù)防承壓設(shè)備疲勞斷裂的預(yù)防有以下幾個(gè)方面：8.1.4應(yīng)力腐蝕破壞應(yīng)力腐蝕及其特點(diǎn)應(yīng)力腐蝕斷裂的特征氫脆斷裂與應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕斷裂的預(yù)防2023/7/3135承壓設(shè)備事故與處理8.1.4應(yīng)力腐蝕破壞應(yīng)力腐蝕及其特點(diǎn)2023/7/3135應(yīng)力腐蝕及其特點(diǎn)金屬構(gòu)件在應(yīng)力和特定的腐蝕性介質(zhì)共同作用下導(dǎo)致脆性斷裂的現(xiàn)象，叫應(yīng)力腐蝕斷裂。應(yīng)力腐蝕斷裂是介質(zhì)腐蝕造成構(gòu)件斷裂中最常見、危害最大的一種。應(yīng)力腐蝕是特殊的腐蝕現(xiàn)象和腐蝕過程，應(yīng)力腐蝕斷裂是應(yīng)力腐蝕的最終結(jié)果。應(yīng)力腐蝕及其斷裂有以下特點(diǎn)：⑴引起應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力必須是拉應(yīng)力，且應(yīng)力可大可小，極低的應(yīng)力水平也可能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕破壞。應(yīng)力既可由載荷引起，也可以是焊接、裝配或熱處理引起的內(nèi)應(yīng)力，即殘余應(yīng)力。一般認(rèn)為壓縮應(yīng)力不會(huì)引起應(yīng)力腐蝕及斷裂，但褚武揚(yáng)等人的研究表明，壓應(yīng)力也可以引起應(yīng)力腐蝕斷裂。2023/7/3136承壓設(shè)備事故與處理應(yīng)力腐蝕及其特點(diǎn)金屬構(gòu)件在應(yīng)力和特定的腐蝕性介質(zhì)共同作用下導(dǎo)應(yīng)力腐蝕及其特點(diǎn)——續(xù)⑵純金屬不發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞，但幾乎所有的合金在特定的腐蝕環(huán)境中，都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)腐蝕裂紋。極少量的合金或雜質(zhì)都會(huì)使材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。各種工程材料幾乎都有應(yīng)力腐蝕敏感性。⑶產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料和腐蝕性介質(zhì)之間有選擇性和匹配關(guān)系，即當(dāng)二者是某種特定組合時(shí)才會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕。常用金屬材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的敏感介質(zhì)如表8-1所示。⑷應(yīng)力腐蝕是一個(gè)電化學(xué)腐蝕過程，包括應(yīng)力腐蝕裂紋萌生、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展等階段，失穩(wěn)擴(kuò)展即造成應(yīng)力腐蝕斷裂。2023/7/3137承壓設(shè)備事故與處理應(yīng)力腐蝕及其特點(diǎn)——續(xù)⑵純金屬不發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞，但幾乎所有表8-1常用材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的敏感介質(zhì)材料可發(fā)生應(yīng)力腐蝕的敏感介質(zhì)碳鋼氫氧化物溶液；硫化氫水溶液；碳酸鹽或硝酸鹽或氰酸鹽水溶液；海水；液氨；濕的CO—CO2—空氣；硫酸—硝酸混合液；熱三氯化鐵溶液。奧氏體不銹鋼海水；熱的氫氧化物溶液；氯化物溶液；熱的氟化物溶液。鋁合金潮濕空氣；海水；氯化物的水溶液；汞。鈦合金海水；鹽酸；發(fā)煙硝酸；300℃以上的氯化物；潮濕空氣；汞。2023/7/3138承壓設(shè)備事故與處理表8-1常用材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的敏感介質(zhì)材料可發(fā)生應(yīng)力腐蝕的敏應(yīng)力腐蝕斷裂的特征⑴應(yīng)力腐蝕斷裂屬于脆性斷裂，斷口平齊，沒有明顯的塑性變形，斷裂方向與主應(yīng)力垂直。⑵應(yīng)力腐蝕是一種局部腐蝕，其斷口一般可分出裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)兩部分，前者顏色較深，有腐蝕產(chǎn)物伴隨，后者顏色較淺且潔凈。⑶應(yīng)力腐蝕斷裂既可能是穿晶斷裂，也可能是沿晶斷裂，或者是穿晶沿晶混合型斷裂，沒有明顯規(guī)律。但應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展過程中均會(huì)發(fā)生裂紋分叉現(xiàn)象，即有一主裂紋擴(kuò)展得最快，其余是擴(kuò)展得較慢的支裂紋。⑷引起斷裂的因素中均有特定介質(zhì)及拉伸應(yīng)力。2023/7/3139承壓設(shè)備事故與處理應(yīng)力腐蝕斷裂的特征⑴應(yīng)力腐蝕斷裂屬于脆性斷裂，斷口平齊，沒有應(yīng)力腐蝕斷裂的特征2023/7/3140承壓設(shè)備事故與處理應(yīng)力腐蝕斷裂的特征2023/7/3140承壓設(shè)備事故與處理2023/7/3141承壓設(shè)備事故與處理2023/7/3141承壓設(shè)備事故與處理2023/7/3142承壓設(shè)備事故與處理2023/7/3142承壓設(shè)備事故與處理2023/7/3143承壓設(shè)備事故與處理2023/7/3143承壓設(shè)備事故與處理2023/7/3144承壓設(shè)備事故與處理2023/7/3144承壓設(shè)備事故與處理氫脆斷裂與應(yīng)力腐蝕失效分析中常把氫脆與應(yīng)力腐蝕聯(lián)系起來，認(rèn)為氫脆斷裂是一種廣義的應(yīng)力腐蝕斷裂，它與一般應(yīng)力腐蝕斷裂既有共同之處，也有顯著區(qū)別。⑴氫脆斷裂與應(yīng)力腐蝕斷裂共同之處是：二者都由介質(zhì)及拉伸應(yīng)力共同作用引起；都是脆性斷裂，裂紋及斷口與主應(yīng)力垂直。⑵氫脆斷裂與應(yīng)力腐蝕斷裂的區(qū)別在于：①氫脆斷裂是陰極反應(yīng)的結(jié)果，即在電化學(xué)腐蝕反應(yīng)過程中由于陰極吸氫而造成脆性斷裂，而一般應(yīng)力腐蝕斷裂屬于陽極反應(yīng)，是以金屬陽極溶解損傷為基礎(chǔ)的；2023/7/3145承壓設(shè)備事故與處理氫脆斷裂與應(yīng)力腐蝕失效分析中常把氫脆與應(yīng)力腐蝕聯(lián)系起來，認(rèn)為氫脆斷裂與應(yīng)力腐蝕——續(xù)②氫脆斷裂既可產(chǎn)生于合金，也可產(chǎn)生于純金屬，而一般應(yīng)力腐蝕斷裂僅產(chǎn)生于合金；③氫脆斷裂斷面上沒有腐蝕產(chǎn)物，而一般應(yīng)力腐蝕斷裂斷面上有腐蝕產(chǎn)物；④氫脆斷裂裂紋幾乎不分叉，而一般應(yīng)力腐蝕斷裂裂紋都是分叉的。有的應(yīng)力腐蝕通過陽性反應(yīng)在消耗金屬陽極的同時(shí)還產(chǎn)生氫，這些氫在金屬陰極又導(dǎo)致氫脆，使得一般應(yīng)力腐蝕與氫脆在同一金屬內(nèi)同時(shí)發(fā)生，金屬結(jié)構(gòu)最后斷裂的機(jī)制也更加復(fù)雜。2023/7/3146承壓設(shè)備事故與處理氫脆斷裂與應(yīng)力腐蝕——續(xù)②氫脆斷裂既可產(chǎn)生于合金，也可產(chǎn)生于應(yīng)力腐蝕斷裂的預(yù)防由于在學(xué)術(shù)上對(duì)應(yīng)力腐蝕的機(jī)理尚缺乏深入的了解和一致的看法，因而在工程技術(shù)實(shí)踐中，常以控制應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的特點(diǎn)和條件作為預(yù)防應(yīng)力腐蝕的主要措施，其中常見的有：⑴選用合適的材料，盡量避開材料與敏感介質(zhì)的匹配，比如不用奧氏體不銹鋼做接觸海水及氯化物的承壓容器；⑵在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中避免過大的局部應(yīng)力；2023/7/3147承壓設(shè)備事故與處理應(yīng)力腐蝕斷裂的預(yù)防由于在學(xué)術(shù)上對(duì)應(yīng)力腐蝕的機(jī)理尚缺乏深入的了應(yīng)力腐蝕斷裂的預(yù)防——續(xù)⑶采用涂層或襯里，把腐蝕性介質(zhì)與承壓設(shè)備承壓部件隔離；⑷在制造中采用成熟合理的焊接工藝及裝配成形工藝，并進(jìn)行必要合理的熱處理，消除焊接殘余應(yīng)力及其它內(nèi)應(yīng)力；⑸應(yīng)力腐蝕常對(duì)水分及潮濕環(huán)境敏感，使用中應(yīng)注意防濕防潮，對(duì)設(shè)備加強(qiáng)管理和檢驗(yàn)。2023/7/3148承壓設(shè)備事故與處理應(yīng)力腐蝕斷裂的預(yù)防——續(xù)⑶采用涂層或襯里，把腐蝕性介質(zhì)與承壓8.1.5蠕變破壞蠕變過程及蠕變斷裂蠕變斷裂的特征蠕變斷裂的預(yù)防2023/7/3149承壓設(shè)備事故與處理8.1.5蠕變破壞蠕變過程及蠕變斷裂2023/7/3149承蠕變過程及蠕變斷裂是在應(yīng)力和一定溫度共同作用下，隨著時(shí)間的增加金屬不斷產(chǎn)生塑性變形的持續(xù)過程，最終導(dǎo)致蠕變斷裂。蠕變過程通常通過蠕變曲線表示。如圖8-3，蠕變曲線是蠕變過程中變形與時(shí)間的關(guān)系曲線。曲線的斜率表示應(yīng)變隨時(shí)間的變化率，叫蠕變速度：試驗(yàn)表明，對(duì)一定材料，在一定的載荷及溫度作用下，其蠕變過程一般包括三個(gè)階段。圖8-3中oa表示試件加載時(shí)的初始變形，它可以是彈性的，也可以是彈塑性的，因載荷大小而異，但它不是蠕變變形。2023/7/3150承壓設(shè)備事故與處理蠕變過程及蠕變斷裂是在應(yīng)力和一定溫度共同作用下，隨著時(shí)間的增蠕變過程及蠕變斷裂——續(xù)第一階段，即曲線ab段，為蠕變的減速期。試件開始蠕變時(shí)速度較快，隨后逐步減慢，這一段也是不穩(wěn)定蠕變期。第二階段，即曲線bc段，為蠕變的恒速期。bc近似為一條直線，當(dāng)應(yīng)力不太大或溫度不太高時(shí)，這一段持續(xù)時(shí)間很長，是蠕變壽命的主要構(gòu)成部分，也叫穩(wěn)定蠕變階段。第三階段，即曲線cd段，為蠕變的加速期。此時(shí)蠕變速度越來越快，直至d點(diǎn)試件斷裂。蠕變斷裂是蠕變過程的結(jié)果。不同材料、不同載荷或不同溫度，可以有形狀不同的蠕變曲線，但均包含上述三個(gè)階段，不同蠕變曲線的主要區(qū)別是恒速期的長短。2023/7/3151承壓設(shè)備事故與處理蠕變過程及蠕變斷裂——續(xù)第一階段，即曲線ab段，為蠕變的減速圖8-3蠕變曲線2023/7/3152承壓設(shè)備事故與處理圖8-3蠕變曲線2023/7/3152承壓設(shè)備事故與處理蠕變斷裂的特征金屬材料的蠕變斷裂，基本上可分為兩種：穿晶型斷裂和沿晶型斷裂。穿晶型蠕變斷裂在斷裂前有大量塑性變形，斷裂后的伸長率高，往往形成縮頸，斷口呈韌性形態(tài)，因而也叫蠕變韌性斷裂。沿晶型蠕變斷裂在斷裂前塑性變形很小，斷裂后的伸長率甚低，縮頸很小或者沒有，在晶體內(nèi)常有大量細(xì)小裂紋，這種斷裂也叫蠕變脆性斷裂。2023/7/3153承壓設(shè)備事故與處理蠕變斷裂的特征金屬材料的蠕變斷裂，基本上可分為兩種：穿晶型斷蠕變斷裂的特征——續(xù)蠕變斷裂形式的變化與溫度、壓力等因素有關(guān)。在高應(yīng)力及較低溫度下蠕變時(shí)，發(fā)生穿晶型蠕變韌性斷裂；在低應(yīng)力及較高溫度下蠕變時(shí)，發(fā)生沿晶型蠕變脆性斷裂。鍋爐的過熱器管及蒸汽管道，由于直徑相對(duì)于壁厚較小，應(yīng)力水平較低而溫度水平較高，因而其蠕變斷裂常呈沿晶脆斷特征。另外，蠕變斷裂的斷口常有明顯的氧化色彩。2023/7/3154承壓設(shè)備事故與處理蠕變斷裂的特征——續(xù)蠕變斷裂形式的變化與溫度、壓力等因素有關(guān)Nimonic105合金800℃沿晶蠕變斷口（SEM800×）2023/7/3155承壓設(shè)備事故與處理Nimonic105合金800℃沿晶蠕變斷口（SEMNimonic105合金800℃沿晶蠕變斷（SEM3300×）2023/7/3156承壓設(shè)備事故與處理Nimonic105合金800℃沿晶蠕變斷（SEM330蠕變斷裂的預(yù)防⑴合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和介質(zhì)流程布置，盡量避免承受高壓的大型容器直接承受高溫，避免結(jié)構(gòu)局部高溫及過熱。⑵根據(jù)操作溫度及壓力，合理選材并決定許用應(yīng)力，使材料在使用條件下及服役期限內(nèi)具有足夠的常溫及高溫強(qiáng)度。⑶采用合理的焊接、熱處理及其它加工工藝，防止在制造、安裝、修理中降低材料的抗蠕變性能。⑷嚴(yán)格按照規(guī)定的操作規(guī)程運(yùn)行設(shè)備，防止總體或局部超溫超壓從而降低蠕變壽命。2023/7/3157承壓設(shè)備事故與處理蠕變斷裂的預(yù)防⑴合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和介質(zhì)流程布置，盡量避免承受8.2承壓設(shè)備典型事故案例以本世紀(jì)初發(fā)生在我國的幾起典型事故為例，說明重視設(shè)計(jì)、制造、介質(zhì)作用和操作等幾方面因素，對(duì)防止事故發(fā)生的重要性。2023/7/3158承壓設(shè)備事故與處理8.2承壓設(shè)備典型事故案例以本世紀(jì)初發(fā)生在我國的幾起典型事故8.2.1制造缺陷引起的爆炸事故陜西省渭南飼料添加劑廠壓力容器爆炸事故遼寧省大連市西崗區(qū)兩起煤氣管道泄漏重大事故2023/7/3159承壓設(shè)備事故與處理8.2.1制造缺陷引起的爆炸事故陜西省渭南飼料添加劑廠壓力容陜西省渭南飼料添加劑廠壓力容器爆炸事故——概況2000年7月10日12時(shí)20分，渭南市飼料添加劑廠合成車間二樓環(huán)氧乙烷1號(hào)計(jì)量罐突然從下封頭和筒體連接環(huán)縫處撕開，裂縫長150mm，液態(tài)環(huán)氧乙烷在有壓的情況下高速噴出后急劇汽化，使周圍空間迅速達(dá)到爆炸極限。噴出的高流速物料與裂縫處的摩擦產(chǎn)生大量靜電，隨即發(fā)生了第1次爆炸并引起大火。12點(diǎn)30分大火蔓延，使距合成車間4.5m處的50m3儲(chǔ)罐內(nèi)大約9t環(huán)氧乙烷吸熱汽化，罐內(nèi)壓力驟升，該貯罐最終因超壓而爆炸。大量環(huán)氧乙烷泄漏燃燒，又使距該貯罐6m處的汽車罐車被引燃，13時(shí)20分，該汽車罐車發(fā)生爆炸，同時(shí)引起廠區(qū)多處起火。大火于7月15日14時(shí)30分被撲滅，7月17日11時(shí)警戒解除。2023/7/3160承壓設(shè)備事故與處理陜西省渭南飼料添加劑廠壓力容器爆炸事故——概況2000年7月陜西省渭南飼料添加劑廠壓力容器爆炸事故——概況續(xù)這次爆炸使該廠合成車間遭到毀滅性破壞。全廠生產(chǎn)系統(tǒng)、生活系統(tǒng)處于癱瘓，2臺(tái)壓力容器，1臺(tái)汽車罐車爆炸，6臺(tái)容器報(bào)廢，4輛消防車、7輛小車不同程度受損，周圍單位和居民樓遭到不同程度破壞，同時(shí)還造成2人死亡，4人重傷，26人輕傷(其中消防官兵19人，群眾11人受傷)。工廠直接經(jīng)濟(jì)損失640萬元，工廠外其他損失178萬元。事故損失30200個(gè)工作日。2023/7/3161承壓設(shè)備事故與處理陜西省渭南飼料添加劑廠壓力容器爆炸事故——概況續(xù)這次爆炸使該陜西省渭南飼料添加劑廠壓力容器爆炸事故——原因①環(huán)氧乙烷1號(hào)計(jì)量罐屬非法自制容器，制造質(zhì)量低劣，焊縫、鋼板存在嚴(yán)重不允許缺陷，是這次事故的直接和主要原因。②生產(chǎn)車間屬于甲類易燃易爆生產(chǎn)作業(yè)場所，沒有按規(guī)范設(shè)計(jì)、安裝防靜電接地裝置，環(huán)氧乙烷泄漏汽化后，集聚電荷無法導(dǎo)出，釀成事故。③裝有環(huán)氧乙烷的罐車沒有及時(shí)脫離事故現(xiàn)場，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。④設(shè)備用戶對(duì)本廠的壓力容器、壓力管道的安全管理，沒有執(zhí)行國家的有關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，非法設(shè)計(jì)、制造、使用，造成各個(gè)安全環(huán)節(jié)嚴(yán)重失控。⑤政府有關(guān)部門對(duì)民營企業(yè)疏于管理，在各自職責(zé)范圍內(nèi)監(jiān)督檢查不力，對(duì)查出問題的落實(shí)整改沒有跟蹤管理到位。2023/7/3162承壓設(shè)備事故與處理陜西省渭南飼料添加劑廠壓力容器爆炸事故——原因①環(huán)氧乙烷1號(hào)遼寧省大連市西崗區(qū)兩起煤氣管道泄漏重大事故——概況2002年12月15日8時(shí)30分左右，遼寧省大連市西崗區(qū)林茂一巷發(fā)生煤氣管道泄漏重大事故，造成7人中毒死亡。12月15日6時(shí)許，大連市西崗區(qū)林茂一巷的3號(hào)樓與11號(hào)樓之間馬路下埋地鑄鐵煤氣管道發(fā)生斷裂，斷裂處與小區(qū)暖氣管線溝相連，致使煤氣沿暖氣溝進(jìn)入6~10號(hào)樓的居民家中，造成人員中毒事故，致使7人不治身亡。該煤氣管道為DN200灰口鑄鐵管，壁厚約8mm，至管頂埋深0.62m，外加長1.8m的DN250鋼套管垂直穿越一沿路南側(cè)鋪設(shè)的采暖地溝，溝內(nèi)順地溝方向鋪設(shè)2根DN100采暖鋼管，位于事故煤氣管道上方，其中1根采暖管直接壓在煤氣套管上，在地溝北外側(cè)煤氣套管端部下面有1根DN150金屬水管，與煤氣套管垂直零距離交叉。煤氣管道斷裂點(diǎn)正好位于該水管上方，也正好是煤氣套管端點(diǎn)處。三種管道呈十字交叉分布，上下緊貼，未見間隙。現(xiàn)場可見煤氣管道斷裂口長約180mm，裂口最大寬約10mm。2023/7/3163承壓設(shè)備事故與處理遼寧省大連市西崗區(qū)兩起煤氣管道泄漏重大事故——概況2002年遼寧省大連市西崗區(qū)兩起煤氣管道泄漏重大事故——原因①車載是造成管道斷裂的主要載荷，所產(chǎn)生的應(yīng)力引發(fā)管道疲勞裂紋，當(dāng)疲勞裂紋達(dá)到極限狀態(tài)管道就會(huì)斷裂。②灰口鑄鐵管內(nèi)部存在各種缺陷，力學(xué)性能不合格，降低了管道抗外力的能力。③氣溫驟變對(duì)管道產(chǎn)生溫差應(yīng)力，加速了管道的斷裂。④管道埋深過淺，使其受到較大沖擊力和溫差應(yīng)力。⑤后續(xù)施工不當(dāng)，對(duì)管道形成多處剛性支撐，是加速管道發(fā)生斷裂的原因。造成煤氣管道斷裂引起泄漏中毒事故是綜合原因共同作用所致。既有自然的因素(車載、氣溫驟降)，又有相關(guān)單位在后續(xù)施工過程中，沒有嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范要求施工留下事故隱患所造成。2023/7/3164承壓設(shè)備事故與處理遼寧省大連市西崗區(qū)兩起煤氣管道泄漏重大事故——原因①車載是造圖8-4事故現(xiàn)場照片

2023/7/3165承壓設(shè)備事故與處理圖8-4事故現(xiàn)場照片2023/7/3165承壓設(shè)備事故與處

圖8-5事故現(xiàn)場近處照片

2023/7/3166承壓設(shè)備事故與處理圖8-5事故現(xiàn)場近處照片2023/7/3166承壓設(shè)備事8.2.2應(yīng)力腐蝕引起的爆炸事故——概況2005年3月21日21時(shí)26分，山東省濟(jì)南市平陰縣魯西化工第三化肥有限公司發(fā)生尿素合成塔爆炸重大事故，造成4人死亡，32人重傷，經(jīng)濟(jì)損失慘重。事故尿素合成塔是南京化工工業(yè)集團(tuán)有限公司化工機(jī)械廠1999年產(chǎn)品，于2000年投入使用。該塔設(shè)計(jì)工作壓力21.57MPa，設(shè)計(jì)溫度195℃，試驗(yàn)壓力27.26MPa，公稱容積37.5m3，工作介質(zhì)為尿素溶液和氨基甲酸銨。該容器為立式高壓反應(yīng)容器，由10節(jié)筒節(jié)和上、下封頭組成。筒節(jié)內(nèi)徑1400mm，壁厚110mm，總長26210mm。筒節(jié)為多層包扎結(jié)構(gòu)，層板為15MnVR及16MnR板，內(nèi)襯為8mm厚的尿素級(jí)不銹鋼襯里。2023/7/3167承壓設(shè)備事故與處理8.2.2應(yīng)力腐蝕引起的爆炸事故——概況2005年3月21日8.2.2應(yīng)力腐蝕引起的爆炸事故尿素合成塔塔身爆炸成三節(jié)，事故第一現(xiàn)場殘存塔基、下封頭和第10節(jié)筒節(jié)（自上而下數(shù)起，下同），且整體向南偏西傾斜約15°(圖8-6)。南側(cè)5m處六層主廠房坍塌；西北側(cè)20m處二層廠房坍塌；北側(cè)、東北側(cè)裝置受爆炸影響，外隔熱層脫落；東側(cè)2個(gè)堿洗塔隔熱層全部脫落，冷卻排管系統(tǒng)全部損壞。⑵事故原因分析①引起該尿素合成塔爆炸的直接原因?yàn)樗w材料(包括焊縫)的應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)力腐蝕開裂導(dǎo)致了塔體承載能力的嚴(yán)重下降，尤其是發(fā)生在第九筒節(jié)熱電偶處向下的縱向應(yīng)力腐蝕裂紋（見圖8-9），達(dá)到和超過了材料的容限裂紋尺寸，最終產(chǎn)生快速斷裂，引起塔內(nèi)介質(zhì)迅速泄漏，導(dǎo)致塔內(nèi)介質(zhì)爆沸和該筒節(jié)的爆炸。②檢漏蒸汽潔凈程度低和壓力偏高，是尿塔產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)原因。制造企業(yè)為了克服檢漏管與筒體連接的深孔焊，改用檢漏管與盲板管錐螺紋連接，是一種可靠性欠佳的結(jié)構(gòu)。另外該結(jié)構(gòu)又未告知用戶，使其注意檢查和擰緊檢漏管。這樣一旦檢漏管松動(dòng)，極易造成氨滲漏檢測介質(zhì)和檢漏蒸汽介質(zhì)滲漏進(jìn)塔體多層層板間的縫隙中，引起塔體層板材料嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕開裂。2023/7/3168承壓設(shè)備事故與處理8.2.2應(yīng)力腐蝕引起的爆炸事故尿素合成塔塔身爆炸成三節(jié)，事圖8-6留在塔基上的底部塔段2023/7/3169承壓設(shè)備事故與處理圖8-6留在塔基上的底部塔段2023/7/3169承壓設(shè)備圖8-7向西南方向飛入操作樓二層的中間塔段，內(nèi)壁外反2023/7/3170承壓設(shè)備事故與處理圖8-7向西南方向飛入操作樓二層的中間塔段，內(nèi)壁外反2023圖8-8向東北方向飛出的上部塔段2023/7/3171承壓設(shè)備事故與處理圖8-8向東北方向飛出的上部塔段2023/7/3171承壓設(shè)斷口宏觀形貌2023/7/3172承壓設(shè)備事故與處理斷口宏觀形貌2023/7/3172承壓設(shè)備事故與處理圖8-9第九筒節(jié)熱電偶下方的嚴(yán)重應(yīng)力腐蝕裂紋2023/7/3173承壓設(shè)備事故與處理圖8-9第九筒節(jié)熱電偶下方的嚴(yán)重應(yīng)力腐蝕裂紋2023/7/3圖8-9第九筒節(jié)熱電偶下方的嚴(yán)重應(yīng)力腐蝕裂紋2023/7/3174承壓設(shè)備事故與處理圖8-9第九筒節(jié)熱電偶下方的嚴(yán)重應(yīng)力腐蝕裂紋2023/7/38.2.3氫腐蝕引起的爆炸事故——概況2000年12月31日，山東某化肥廠φ1m氨合成塔底部用于調(diào)整塔內(nèi)床層觸媒溫度的副線20鋼異徑管發(fā)生爆破，并造成火災(zāi)和人員傷亡的重大事故。該副線的正常進(jìn)氣溫度在140～160℃，管壓力為32MPa，介質(zhì)為N2

、H2

和少量NH3。與之相連的是合成塔內(nèi)底部廢熱鍋爐，溫度為350℃左右。由于觸媒老化，床層溫度不會(huì)偏高，副線長時(shí)間停止進(jìn)行調(diào)溫，使得靠近合成塔底部的異徑管段存在死氣層，并因熱傳導(dǎo)可能將廢熱鍋爐處的熱量部分傳遞至這一管段，使20鋼異徑管處于200℃以上氫腐蝕敏感溫度。爆破口的宏觀形貌如圖8-10所示。2023/7/3175承壓設(shè)備事故與處理8.2.3氫腐蝕引起的爆炸事故——概況2000年12月31日8.2.3氫腐蝕引起的爆炸事故——原因分別在爆破口附近進(jìn)行取樣和顯微組織檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在三個(gè)取樣區(qū)內(nèi)壁側(cè)均脫碳嚴(yán)重，如B區(qū)試樣脫碳層深達(dá)16mm，占管壁厚的2/3，脫碳層組織為鐵素體，并分布著沿晶裂紋，見圖8-11(c)。未脫碳的管外壁組織為鐵素體加珠光體，見圖8-11(a)。A區(qū)管外壁螺紋根部有顯微裂紋，裂紋周圍的組織發(fā)生塑性變形，說明管子爆破時(shí)螺紋受到很大的拉力。沿軸向靠內(nèi)壁側(cè)截取爆破口附近管材做沖擊試驗(yàn)后，其斷口的掃描電鏡形貌如圖8-12所示。通過分析可以得出：(1)斷口為典型的沿晶及穿晶解理斷口；(2)斷口中能明顯觀察到大量的沿晶和部分穿晶裂紋。低碳鋼在高溫高壓的氫氣環(huán)境中使用時(shí)，鋼中的碳或Fe3C能和H2反應(yīng)生成甲烷CH4，其反應(yīng)式為2023/7/3176承壓設(shè)備事故與處理8.2.3氫腐蝕引起的爆炸事故——原因分別在爆破口附近進(jìn)行取8.2.3氫腐蝕引起的爆炸事故2H2+Fe3C——3Fe+CH42H2+C——CH4以上反應(yīng)生成的甲烷，在鋼中的擴(kuò)散能力很小，它們聚集在晶界原有的微觀孔隙內(nèi)，形成局部高壓，造成應(yīng)力集中，使這些微觀孔隙發(fā)展成為裂紋。同時(shí)，反應(yīng)面附近的鋼被脫碳，珠光體分解，由于碳的損失，形成了鋼中碳的濃度梯度，推動(dòng)了滲碳體分解并向反應(yīng)面擴(kuò)散。裂紋的擴(kuò)散又為氫和碳的擴(kuò)散提供了有利條件，這樣使反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去，脫碳層與裂紋深度不斷增加，導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度和塑性降低，材料脆化。盡管對(duì)低碳鋼來說，在100℃就會(huì)產(chǎn)生氫腐蝕，但一般認(rèn)為，溫度大于200℃時(shí)，氫腐蝕才顯得重要(即性能明顯下降)。異徑管的正常使用溫度為140～160℃，但由于氨合成塔內(nèi)床層觸媒老化，異徑管所在的副線長時(shí)間停止進(jìn)行調(diào)溫，異徑管溫度升高至200℃以上，致使氫腐蝕發(fā)生，由于管道中除H2、NH2外，還有一定比例的N2，N2的存在將加劇氫腐蝕的發(fā)展。檢測結(jié)果表明，異徑管爆破前與N2、H2氣氛接觸的管內(nèi)壁已嚴(yán)重脫碳、開裂，力學(xué)性能惡化，在管內(nèi)高壓的作用下，發(fā)生爆破。2023/7/3177承壓設(shè)備事故與處理8.2.3氫腐蝕引起的爆炸事故圖8-11(a)異經(jīng)管管外壁未脫碳組織

2023/7/3178承壓設(shè)備事故與處理圖8-11(a)異經(jīng)管管外壁未脫碳組織2023/7/317圖8-11(b)異經(jīng)管管壁中部部分脫碳組織

2023/7/3179承壓設(shè)備事故與處理圖8-11(b)異經(jīng)管管壁中部部分脫碳組織2023/7/3圖8-11(c)異經(jīng)管管內(nèi)壁臨氫側(cè)脫碳層組織

2023/7/3180承壓設(shè)備事故與處理圖8-11(c)異經(jīng)管管內(nèi)壁臨氫側(cè)脫碳層組織2023/7/圖8-12沖擊斷口形貌2023/7/3181承壓設(shè)備事故與處理圖8-12沖擊斷口形貌2023/7/3181承壓設(shè)備事故圖8-12沖擊斷口形貌2023/7/3182承壓設(shè)備事故與處理圖8-12沖擊斷口形貌2023/7/3182承壓設(shè)備事故圖8-12沖擊斷口形貌2023/7/3183承壓設(shè)備事故與處理圖8-12沖擊斷口形貌2023/7/3183承壓設(shè)備事故8.2.4應(yīng)變時(shí)效硬化和溫度應(yīng)力引起的爆炸事故——概況某化肥廠連接氨合成塔和冷激器之間的工藝管線為20鋼，規(guī)格為φ127mm×21mm。出于工藝需要，該化肥廠于1999年1月對(duì)合成塔施行停車保溫，為時(shí)約為30小時(shí)。此時(shí)保溫管線介質(zhì)停止流動(dòng)，合成塔塔壁溫度逐漸上升，其幅度大于管壁溫度的上升。正常情況下合成塔塔壁溫度最高為210℃，最低145℃，合成塔內(nèi)介質(zhì)約為490℃。因此停車保溫后合成塔塔壁最高溫度可能升至490℃。由于溫升引起合成塔的伸長量大于冷激管的伸長量，同時(shí)事故后檢查冷激管可滑動(dòng)支撐點(diǎn)幾乎已經(jīng)不能滑動(dòng)，這樣合成塔大于冷激管的伸長引起冷激管產(chǎn)生過高的熱應(yīng)力，最終導(dǎo)致冷激管的破壞。

2023/7/3184承壓設(shè)備事故與處理8.2.4應(yīng)變時(shí)效硬化和溫度應(yīng)力引起的爆炸事故——概況某化肥8.2.4應(yīng)變時(shí)效硬化和溫度應(yīng)力引起的爆炸事故——概況續(xù)冷激管的斷裂發(fā)生在兩個(gè)彎頭處，其中一個(gè)彎頭截面沿環(huán)向發(fā)生斷裂，斷口具有明顯的脆性斷裂形貌（見圖8-13），事故中冷器發(fā)生回流，并形成明火燃燒；另一處彎頭沿外側(cè)縱向開裂，開裂裂紋長度為300mm左右。2023/7/3185承壓設(shè)備事故與處理8.2.4應(yīng)變時(shí)效硬化和溫度應(yīng)力引起的爆炸事故——概況續(xù)冷激8.2.4應(yīng)變時(shí)效硬化和溫度應(yīng)力引起的爆炸事故——原因（2）事故與原因分析通過取樣分析發(fā)現(xiàn)由于直管段材質(zhì)基本未發(fā)生變化，因此可以推斷冷激管的彎頭處材質(zhì)脆化不是由于操作介質(zhì)引起的。通過對(duì)彎頭處的應(yīng)變時(shí)效敏感性分析，發(fā)現(xiàn)兩彎頭材質(zhì)具有很高的應(yīng)變時(shí)效敏感性，發(fā)生脆化具有材料自身的條件。為了分析引起冷激管很高應(yīng)變時(shí)效敏感性的原因，采用投射電子顯微鏡進(jìn)一步觀察鋼中是否存在N引起的柯塞爾氣團(tuán)。圖8-14為觀察分析結(jié)果，該系列圖為所觀察試樣同一部位經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng)晶軸所得。可以看出上面存在大量的柯塞爾氣團(tuán)。2023/7/3186承壓設(shè)備事故與處理8.2.4應(yīng)變時(shí)效硬化和溫度應(yīng)力引起的爆炸事故——原因（2）8.2.4應(yīng)變時(shí)效硬化和溫度應(yīng)力引起的爆炸事故——續(xù)通過以上分析檢測，可以認(rèn)為冷激管失效的原因如下：氨合成塔保溫的情況下，合成塔的熱膨脹遠(yuǎn)大于冷激管的熱膨脹，導(dǎo)致兩彎頭處產(chǎn)生接近甚至超過材料失效溫度下的屈服強(qiáng)度乃至抗拉強(qiáng)度，構(gòu)成破壞條件。斷裂或開裂彎頭的材料已經(jīng)極度脆化，反映在材料屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、硬度大幅提高，沖擊韌性急劇下降。冷激管材料具有很高的應(yīng)變時(shí)效敏感性。鋼管中存在柯塞爾氣團(tuán)，是鋼管彎頭脆化的直接原因。同時(shí)，彎頭熱彎制時(shí)加工工藝控制不當(dāng)，可能處于冷加工范圍之內(nèi)。2023/7/3187承壓設(shè)備事故與處理8.2.4應(yīng)變時(shí)效硬化和溫度應(yīng)力引起的爆炸事故——續(xù)通過以上圖8-13彎頭斷口宏觀形貌2023/7/3188承壓設(shè)備事故與處理圖8-13彎頭斷口宏觀形貌2023/7/3188承壓設(shè)備事圖8-14投射電子顯微鏡下材料組織2023/7/3189承壓設(shè)備事故與處理圖8-14投射電子顯微鏡下材料組織2023/7/3189承8.2.5操作失誤引起的爆炸事故——概況2001年12月29日16時(shí)15分，廣西容縣平梨砂磚廠發(fā)生一起蒸壓釜爆炸事故。爆炸的2號(hào)蒸壓釜西側(cè)釜蓋滑脫后刮起釜東端的運(yùn)輸軌道，擊倒制磚車間4座磚柱，掛在車間內(nèi)4臺(tái)磚機(jī)的連接平臺(tái)上，造成制磚車間完全倒塌。同時(shí)氣浪將正在運(yùn)行的3號(hào)釜蓋打得反轉(zhuǎn)，造成3號(hào)釜西側(cè)橫向位移近1m。釜內(nèi)的蒸汽和碎磚向西噴出，在反沖力的作用下，2號(hào)釜體向東竄出，拉斷2個(gè)固定支座的基礎(chǔ)，鏟平釜區(qū)東側(cè)矮墻及地面，打彎東側(cè)出磚軌道盡頭的工字鋼立柱，擊毀正在裝車或停放的1臺(tái)手扶拖拉機(jī)、2臺(tái)農(nóng)用運(yùn)輸車、1臺(tái)東風(fēng)牌汽車。撞散一幢砂磚，擊斷1根底直徑為300mm的水泥電桿，釜體上焊接的5個(gè)鞍式支座至此全部拉脫。2023/7/3190承壓設(shè)備事故與處理8.2.5操作失誤引起的爆炸事故——概況2001年12月298.2.5操作失誤引起的爆炸事故——概況續(xù)最后，釜體飛越廠區(qū)東側(cè)的一條小溪，落在距離2號(hào)釜原位置115m外的農(nóng)田中。此外，釜區(qū)北側(cè)自鍋爐房引出的蒸汽管道及其3只釜的連接管道被拉斷成數(shù)段，其中1段4m多長的管道飛出約30m，打到辦公室屋頂后落在地上。爆炸發(fā)生時(shí)，該廠共有43名工人在崗作業(yè)，另有一些人在進(jìn)行裝車作業(yè)。爆炸造成7人當(dāng)場死亡，重傷4人(其中3人經(jīng)搶救無效死亡)，輕傷21人(見圖8-15)。爆炸的蒸壓釜原裝于合浦川北砂磚廠，1994年6月移裝至平梨砂磚廠，由梧州市機(jī)電設(shè)備安裝公司進(jìn)行現(xiàn)場組焊。該蒸壓釜東側(cè)釜蓋的啟閉機(jī)構(gòu)和安全聯(lián)鎖裝置已被拆除，西側(cè)釜蓋的啟閉機(jī)構(gòu)尚可使用，安全聯(lián)鎖裝置因釜蓋一側(cè)的擋塊不存在而不起作用。平時(shí)關(guān)釜蓋采用撬棍撬，開啟釜蓋采用千斤頂操作。該廠的1號(hào)釜、3號(hào)釜共4個(gè)釜蓋的啟閉機(jī)構(gòu)和安全連鎖裝置也已被全部拆除。2023/7/3191承壓設(shè)備事故與處理8.2.5操作失誤引起的爆炸事故——概況續(xù)最后，釜體飛越廠區(qū)8.2.5操作失誤引起的爆炸事故——原因1.操作工關(guān)閉釜蓋不到位是爆炸事故的直接原因?，F(xiàn)場勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)釜齒上有明顯壓傷的痕跡，寬度僅為6-8mm，即爆炸前70mm長的釜齒嚙合長度僅為68mm(圖8-16)。2.安全連鎖裝置被拆除。2023/7/3192承壓設(shè)備事故與處理8.2.5操作失誤引起的爆炸事故——原因1.操作工關(guān)閉釜蓋不圖8-15現(xiàn)場破壞狀況2023/7/3193承壓設(shè)備事故與處理圖8-15現(xiàn)場破壞狀況2023/7/3193承壓設(shè)備事故圖8-15現(xiàn)場破壞狀況2023/7/3194承壓設(shè)備事故與處理圖8-15現(xiàn)場破壞狀況2023/7/3194承壓設(shè)備事故圖8-16釜齒嚙合狀況示意圖2023/7/3195承壓設(shè)備事故與處理圖8-16釜齒嚙合狀況示意圖2023/7/3195承壓設(shè)8.2.6失穩(wěn)引起的事故——概況2006年3月30日，山東某廠一發(fā)酵罐發(fā)生失穩(wěn)，直接經(jīng)濟(jì)損失80多萬元。該罐筒節(jié)長10m，壁厚12mm。容積135m3設(shè)計(jì)壓力0.4MPa，工作壓力0.1MPa。使用該發(fā)酵罐的工藝流程為：首先高溫滅菌，然后投料，再滅菌，最后出料冷卻。發(fā)酵罐在冷卻過程中發(fā)生了失穩(wěn)現(xiàn)象，筒節(jié)上有四五個(gè)波束，罐體發(fā)生傾斜。失穩(wěn)的筒體形貌如圖8-17所示。2023/7/3196承壓設(shè)備事故與處理8.2.6失穩(wěn)引起的事故——概況2006年3月30日，山東某8.2.6失穩(wěn)引起的事故——原因通過對(duì)事故的分析和調(diào)查，得出原因如下：罐內(nèi)混入了水蒸氣，在冷卻過程中發(fā)生了相變，是罐內(nèi)產(chǎn)生了真空，這是導(dǎo)致失穩(wěn)的直接原因。在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮罐體在使用過程中可能出現(xiàn)負(fù)壓，即在設(shè)計(jì)壁厚時(shí)未考慮失穩(wěn)。在該罐頂部沒有負(fù)壓保護(hù)裝置。2023/7/3197承壓設(shè)備事故與處理8.2.6失穩(wěn)引起的事故——原因通過對(duì)事故的分析和調(diào)查，得出圖8-17筒體失穩(wěn)形貌2023/7/3198承壓設(shè)備事故與處理圖8-17筒體失穩(wěn)形貌2023/7/3198承壓設(shè)備事故與圖8-17筒體失穩(wěn)形貌2023/7/3199承壓設(shè)備事故與處理圖8-17筒體失穩(wěn)形貌2023/7/3199承壓設(shè)備事故與8.3承壓設(shè)備事故技術(shù)分析8.3.1事故調(diào)查8.3.2技術(shù)檢驗(yàn)與鑒定8.3.3綜合分析2023/7/31100承壓設(shè)備事故與處理8.3承壓設(shè)備事故技術(shù)分析8.3.1事故調(diào)查2023/78.3.1事故調(diào)查事故現(xiàn)場調(diào)查事故過程調(diào)查當(dāng)承壓設(shè)備發(fā)生事故后，要盡快地對(duì)事故現(xiàn)場進(jìn)行嚴(yán)密的檢查、觀察和必要的技術(shù)測送。事故現(xiàn)場檢查應(yīng)根據(jù)具體情況來決定檢查的具體內(nèi)容。一般包括以下基本內(nèi)容。事故現(xiàn)場調(diào)查2023/7/31101承壓設(shè)備事故與處理8.3.1事故調(diào)查事故現(xiàn)場調(diào)查當(dāng)承壓設(shè)備發(fā)生事故后，要盡快地本體的破裂情況承壓設(shè)備破斷面的初步觀察：應(yīng)對(duì)斷口的形狀、顏色、晶粒和斷口纖維狀等特征進(jìn)行認(rèn)真觀察和記錄。破斷口在承壓設(shè)備焊縫部位的，應(yīng)認(rèn)真檢查焊縫破斷口有無裂紋、未焊透、夾渣、未熔合等缺陷以及有無腐蝕物痕跡。對(duì)破斷面的初步觀察，大體可確定承壓設(shè)備的破裂形式。承壓設(shè)備破裂形狀的檢查和尺寸的測量：對(duì)無破碎塊的承壓設(shè)備，應(yīng)測量開裂位置、方向、裂口寬、長度及壁厚，并與原周長、壁厚比較，計(jì)算破裂后的伸長率和壁厚減薄率；對(duì)破裂后成幾大塊的承壓設(shè)備，可按原位拼組計(jì)算，并紀(jì)錄飛出距離、重量。承壓設(shè)備內(nèi)外表面情況的檢查：金屬光澤、顏色、光潔程度、有無嚴(yán)重腐蝕、有無燃燒過的痕跡等2023/7/31102承壓設(shè)備事故與處理本體的破裂情況承壓設(shè)備破斷面的初步觀察：應(yīng)對(duì)斷口的形狀、顏色安全裝置的完好情況⑴壓力表進(jìn)氣口是否堵塞，爆破前是否失靈。⑵安全閥進(jìn)氣口是否堵塞，閥瓣與閥座間是否因粘結(jié)、彈簧銹蝕、卡住或過分?jǐn)Q緊，重錘被移動(dòng)等造成失靈的現(xiàn)象，以及安全閥是否有開啟過的痕跡，必要時(shí)放到試驗(yàn)臺(tái)上檢查開啟壓力。⑶溫度儀表是否失靈。⑷減壓閥是否失靈。⑸爆破片是否爆破，必要時(shí)作爆破壓力測定試驗(yàn)。2023/7/31103承壓設(shè)備事故與處理安全裝置的完好情況⑴壓力表進(jìn)氣口是否堵塞，爆破前是否失靈。2現(xiàn)場破壞及人員傷亡情況周圍建筑物的破壞情況：地坪、屋頂、墻壁厚度及破壞狀況，與爆炸中心的距離，門窗破壞情況、與爆破中心的距離，以反證評(píng)估承壓設(shè)備爆炸能量。人員傷亡：受傷部位及程度。現(xiàn)場及周邊狀況：有否易燃物燃燒痕跡。2023/7/31104承壓設(shè)備事故與處理現(xiàn)場破壞及人員傷亡情況周圍建筑物的破壞情況：地坪、屋頂、墻壁事故過程調(diào)查事故過程調(diào)查的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：事故前運(yùn)行情況事故發(fā)生的經(jīng)過情況2023/7/31105承壓設(shè)備事故與處理事故過程調(diào)查事故過程調(diào)查的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：2023/7事故前運(yùn)行情況主要是承壓設(shè)備事故前的實(shí)際操作溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)（燃燒、爆炸及爆炸極限、腐蝕性能）等。需要了解事故發(fā)生前是否有異常狀況，如溫度、壓力的波動(dòng)，是否有超裝（特別是液化氣貯罐）或閥門操作失誤、物料成分反常以及泄漏與明火情況，需要對(duì)記錄儀表的正確性做出鑒別，對(duì)人工記錄的數(shù)據(jù)的真?zhèn)巫髡J(rèn)真的調(diào)查。事故發(fā)生前后操作人員的操作經(jīng)過作出調(diào)查。2023/7/31106承壓設(shè)備事故與處理事故前運(yùn)行情況主要是承壓設(shè)備事故前的實(shí)際操作溫度、壓力、介質(zhì)事故發(fā)生的經(jīng)過情況例如，何時(shí)發(fā)生有異常情況，采取措施情況，向生產(chǎn)指揮負(fù)責(zé)人員匯報(bào)及下達(dá)指令的情況，安全裝置動(dòng)作情況，以及事故發(fā)生時(shí)的詳細(xì)情況，例如閃光、響聲、爆炸聲的次數(shù)、著火情況等。承壓設(shè)備的事故往往不是由孤立的某一原因產(chǎn)生的，常常涉及到從原材料、制造、檢驗(yàn)到使用及歷次維修的情況，因此必須作詳細(xì)的調(diào)查。2023/7/31107承壓設(shè)備事故與處理事故發(fā)生的經(jīng)過情況例如，何時(shí)發(fā)生有異常情況，采取措施情況，向制造與服役歷史的調(diào)查制造情況包括制造廠、出廠年月、產(chǎn)品合格征書。有時(shí)還必須追蹤到原材料的情況，如質(zhì)量保證書或復(fù)驗(yàn)單、代用情況等。焊接材料及焊接試驗(yàn)資料、焊接工藝、無損檢測資料、熱處理記錄，以及水壓試驗(yàn)或其它壓力試驗(yàn)記錄資料。特別在承壓設(shè)備起爆部位應(yīng)詳細(xì)了解當(dāng)時(shí)制造的情況，如該部位鉗邊、角變形、咬邊及其它焊接工藝情況，以及出廠時(shí)是否有記錄，是否有該部位的無損檢測記錄資料，是否有射線檢測底片等。2023/7/31108承壓設(shè)備事故與處理制造與服役歷史的調(diào)查制造情況2023/7/31108承壓設(shè)備服役歷史的調(diào)查包括歷年來所處理過的物料、操作溫度、壓力及其它改變的情況，使用的年數(shù)，實(shí)際運(yùn)行的累計(jì)時(shí)間，檢驗(yàn)的歷史及上次檢驗(yàn)檢修的時(shí)間和內(nèi)容，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過的問題，處理的措施。特別要注意了解溫度與壓力波動(dòng)（交變）的范圍和周期，很多承壓設(shè)備的名義操作壓力和溫度與實(shí)際操作壓力和溫度有相當(dāng)大的距離，應(yīng)設(shè)法了解那些波動(dòng)范圍超過20％的周次。對(duì)于厚壁承壓設(shè)備特別要注意內(nèi)外壁溫的變化與波動(dòng)，因?yàn)檫@會(huì)造成溫差應(yīng)力的波動(dòng)。此外還應(yīng)了解物料對(duì)材料的腐蝕情況（更要注意是否有應(yīng)力腐蝕成晶間腐蝕傾向等問題）。2023/7/31109承壓設(shè)備事故與處理服役歷史的調(diào)查包括歷年來所處理過的物料、操作溫度、壓力及其它超壓泄放裝置情況包括超壓泄放裝置的型式、規(guī)格、已使用時(shí)間、日常維修及校檢情況。對(duì)易燃易爆物料更應(yīng)注意對(duì)這些情況的調(diào)查。包括操作人員的技術(shù)水平、工作經(jīng)歷、勞動(dòng)紀(jì)律、本崗位的操作熟練程度及事故緊急處理等情況，還應(yīng)了解過去操作人員變動(dòng)情況。2023/7/31110承壓設(shè)備事故與處理超壓泄放裝置情況包括超壓泄放裝置的型式、規(guī)格、已使用時(shí)間、日8.3.2技術(shù)檢驗(yàn)與鑒定對(duì)情況比較復(fù)雜的承壓設(shè)備事故，只依靠一般的現(xiàn)場調(diào)查還不能確定事故性質(zhì)，難以做出肯定的分析結(jié)論，往往有必要進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)檢驗(yàn)、計(jì)算、試驗(yàn)，才能查明確切的原因。技術(shù)檢驗(yàn)與鑒定主要包括如下內(nèi)容。2023/7/31111承壓設(shè)備事故與處理8.3.2技術(shù)檢驗(yàn)與鑒定對(duì)情況比較復(fù)雜的承壓設(shè)備事故，只依靠材質(zhì)分析承壓設(shè)備的破裂與制造所用的材料有直接關(guān)系，從破裂后的設(shè)備本體上取樣檢驗(yàn)，可以查明材料的成分和性能是否符合設(shè)計(jì)要求或該設(shè)備實(shí)際使用工況的要求，以及設(shè)備材料在使用過程中，其化學(xué)成分、性能和金相組織是否發(fā)生變化。檢驗(yàn)內(nèi)容主要包括：化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測試、金相檢查、工藝性能試驗(yàn)?；瘜W(xué)成分分析重點(diǎn)化驗(yàn)對(duì)設(shè)備性能有影響的元素成分，對(duì)材質(zhì)可能發(fā)生脫碳現(xiàn)象的設(shè)備，應(yīng)化驗(yàn)其表面層含碳量和內(nèi)層材質(zhì)含碳量，并進(jìn)行對(duì)比。分析介質(zhì)對(duì)材質(zhì)的影響，借以鑒別是否錯(cuò)用鋼種或材質(zhì)發(fā)生變化。2023/7/31112承壓設(shè)備事故與處理材質(zhì)分析承壓設(shè)備的破裂與制造所用的材料有直接關(guān)系，從破裂后的力學(xué)性能測試測定鋼材強(qiáng)度、塑性、硬度等以判斷材質(zhì)組織變化情況或是否錯(cuò)用鋼材。測定鋼材的韌性指標(biāo)，以鑒定是否可能脆性斷裂。金相檢查觀察斷口及其它部位金屬相的組成，注意是否有脫碳現(xiàn)象，分析裂紋性質(zhì)，為鑒別事故性質(zhì)提供依據(jù)。工藝性能試驗(yàn)主要是焊接性能試驗(yàn)、耐腐蝕性能試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)取與破裂設(shè)備相同的材料和焊條、焊接工藝，觀察試樣是否有與破裂設(shè)備類同的缺陷。材質(zhì)分析——續(xù)2023/7/31113承壓設(shè)備事故與處理力學(xué)性能測試材質(zhì)分析——續(xù)2023/7/31113承壓設(shè)備事斷口分析斷口是設(shè)備破裂時(shí)形成的斷裂表面及其外觀形貌，它能提供有關(guān)斷裂過程的許多信息。因此，斷口分析是研究承壓設(shè)備破壞現(xiàn)象微觀機(jī)理的一種重要手段，可以為斷裂原因的分析提供重要依據(jù)。斷口分析進(jìn)程分為三個(gè)步驟：斷口的保護(hù)和清理，即事故發(fā)生后盡快觀察全部斷口并把主要特征記錄下來，并將斷口清洗干凈、吹干、保存好；斷口宏觀分析，即用肉眼或放大鏡對(duì)斷口進(jìn)行觀察來判斷設(shè)備的斷裂形式；斷口微觀分析，即借助電子顯微鏡對(duì)斷口的微觀形態(tài)進(jìn)行分析，以彌補(bǔ)宏觀檢驗(yàn)的不足，即通過微觀分析確定裂紋的擴(kuò)展、斷口析出相和腐蝕產(chǎn)物的屬性。斷口試樣應(yīng)保留至事故無爭議并處理完畢。2023/7/31114承壓設(shè)備事故與處理斷口分析斷口是設(shè)備破裂時(shí)形成的斷裂表面及其外觀形貌，它能提供分析計(jì)算如強(qiáng)度計(jì)算（爆破前的壁厚）、爆炸能量計(jì)算、液化氣體過量充裝可能量計(jì)算等。2023/7/31115承壓設(shè)備事故與處理分析計(jì)算如強(qiáng)度計(jì)算（爆破前的壁厚）、爆炸能量計(jì)算、液化氣體過無損檢測重點(diǎn)是檢查設(shè)備投入使用后新產(chǎn)生的缺陷和投用后發(fā)展了的制造原始缺陷，包括表面裂紋分布情況和焊縫內(nèi)部缺陷情況。2023/7/31116承壓設(shè)備事故與處理無損檢測重點(diǎn)是檢查設(shè)備投入使用后新產(chǎn)生的缺陷和投用后發(fā)展了的安全附件檢驗(yàn)與鑒定對(duì)事故發(fā)生后保留下來的安全附件如壓力表、液位計(jì)、溫度計(jì)、安全閥、爆破片等進(jìn)行技術(shù)檢驗(yàn)，鑒定其技術(shù)狀況。2023/7/31117承壓設(shè)備事故與處理安全附件檢驗(yàn)與鑒定對(duì)事故發(fā)生后保留下來的安全附件如壓力表、液8.3.3綜合分析事故綜合分析的目的是最終對(duì)事故的過程、性質(zhì)破斷形式及性態(tài)和事故的原因做出科學(xué)的結(jié)論。綜合分析的基礎(chǔ)和依據(jù)是事故調(diào)查及技術(shù)鑒定。由于事故的原因復(fù)雜，必須將調(diào)查及技術(shù)鑒定的資料仔細(xì)研究分析，去偽存真，防止片面，才能使結(jié)論科學(xué)可靠。2023/7/31118承壓設(shè)備事故與處理8.3.3綜合分析事故綜合分析的目的是最終對(duì)事故的過程、性質(zhì)破壞或爆炸事故性質(zhì)的判斷破壞程度按嚴(yán)重程度分為四個(gè)等級(jí)。⑴鼓脹：指肉眼可見的承壓設(shè)備局部或整體的過渡變形，造成后果不太嚴(yán)重。⑵泄漏：介質(zhì)從已穿過的缺陷中涌出甚至噴出，有可能引起爆炸。⑶爆裂：局部存在嚴(yán)重缺陷，在不太高的壓力下裂開很大的縫隙，破裂時(shí)有響聲，可能引起燃燒爆炸。⑷爆炸：承壓設(shè)備不但裂開大口，而且伴有巨大響聲、變形、撕裂甚至有碎片或整臺(tái)承壓設(shè)備飛出。它會(huì)引起嚴(yán)重后果，設(shè)備、建筑物破壞及人身傷亡、火災(zāi)等。2023/7/31119承壓設(shè)備事故與處理破壞或爆炸事故性質(zhì)的判斷破壞程度2023/7/31119承壓爆炸事故性質(zhì)的判斷爆裂與爆炸的承壓設(shè)備按破裂的性質(zhì)可分為如下四種。⑴正常壓力下爆炸指在工作壓力或壓力試驗(yàn)壓力下的爆裂或爆炸?？梢允且蚋g減薄或設(shè)計(jì)壁厚過薄而造成的，雖未超壓但屬超過屈服應(yīng)力的高應(yīng)力爆炸；也可以是因?yàn)槿毕?，特別是裂紋性缺陷、疲勞裂紋或應(yīng)力腐蝕等因素引起的低應(yīng)力爆炸，這常稱為低應(yīng)力脆性破壞。前者有明顯的塑性變形，而后者輕微。鑒別這類破壞的主要依據(jù)是設(shè)備是否超壓。還需要調(diào)查操作記錄，特別是自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，檢查安全閥爆破片是否正常，是否開啟、破壞、泄放過，必要時(shí)可卸下安全閥做開啟試驗(yàn)。還應(yīng)檢查壓力表有無異常。此外還應(yīng)檢查斷口上顯示的缺陷情況。2023/7/31120承壓設(shè)備事故與處理爆炸事故性質(zhì)的判斷爆裂與爆炸的承壓設(shè)備按破裂的性質(zhì)可分為如下爆炸事故性質(zhì)的判斷——續(xù)⑵超壓爆炸一般爆炸壓力在水壓試驗(yàn)以上壓力下爆裂或爆炸均可稱為超壓爆炸。這類破壞一般是由于操作失誤、高溫高壓液體瞬間較大量泄漏或泄放造成平衡狀態(tài)破壞、液化氣儲(chǔ)罐超裝引起壓力明顯升高所致。此外，若有原始缺陷（如裂紋）而又不是大嚴(yán)重時(shí)，在正常壓力下不會(huì)引起擴(kuò)展，但如果遇到超壓時(shí)，就可能在不太高的壓力下發(fā)生爆裂或爆炸事故。如果承壓設(shè)備沒有缺陷，材料韌性良好，則可能在超過工作壓力3倍以上時(shí)才破壞，并且表觀出韌性破壞形態(tài)及各項(xiàng)特征。如果有缺陷存在，或者材料韌性也不太好，或可能在超壓程度不太高時(shí)發(fā)生破壞，此時(shí)韌性破壞的形態(tài)可能不太明顯，甚至表現(xiàn)為脆斷的形態(tài)。所以超壓破壞并不意味著一定是韌性破壞或脆性破壞。2023/7/31121承壓設(shè)備事故與處理爆炸事故性質(zhì)的判斷——續(xù)⑵超壓爆炸2023/7/31121承爆炸事故性質(zhì)的判斷——續(xù)鑒別這類爆炸的依據(jù)仍然是壓力。需以各種途徑來查證爆炸時(shí)的壓力。正常壓力下或超壓下的破壞一般指物理原因所致，屬物理爆炸?？梢允且后w爆炸，也可以是氣體爆炸。壓力升高過度緩慢，而不是像化學(xué)爆炸那樣在爆炸前壓力急速增高。這類事故通?？赏ㄟ^定期測厚及無損檢測，并嚴(yán)格按規(guī)程精心操作加以避免。2023/7/31122承壓設(shè)備事故與處理爆炸事故性質(zhì)的判斷——續(xù)鑒別這類爆炸的依據(jù)仍然是壓力。需以各爆炸事故性質(zhì)的判斷——續(xù)⑶化學(xué)爆炸承壓設(shè)備內(nèi)介質(zhì)由于發(fā)生不正常的化學(xué)反應(yīng)，例如反應(yīng)速度失控或者混合可燃?xì)怏w并達(dá)到爆炸極限而發(fā)生劇烈反應(yīng)，壓力急劇升高，導(dǎo)致承壓設(shè)備爆炸。明火與靜電會(huì)誘導(dǎo)混合氣體爆炸，但有時(shí)沒有明火與靜電也會(huì)發(fā)生混合氣體的自燃爆炸。爆炸前由于壓力急劇升高，積聚巨大能量，超過按壁厚計(jì)算的爆破壓力便爆炸，一瞬間釋放了能量，因此化學(xué)爆炸也是一種超壓爆炸，但不是物理爆炸?；瘜W(xué)爆炸往往易引起粉碎性破壞，也有伴隨巨大塑性變形的。安全附件即使開啟也來不及泄壓。壓力表指針常撞彎并回不到零位。按承壓設(shè)備爆破壓力計(jì)算出的爆炸能量將小于現(xiàn)場破壞所需的