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谈化工设备压力容器破坏原因及预防

2021/11/25 阅读:

摘要:化工设备压力容器属于特种设备,破坏的因素较多,还需本着具体问题具体分析的原则,采取有效措施积极预防致命性的化工设备压力容器破坏。本文主要对化工设备压力容器的破坏原因及预防措施进行阐述,希望对化工设备压力容器的质量控制管理水平的提升起到积极参照作用。

关键词:化工设备;压力容器;破坏原因;预防措施

引言

化工设备压力容器的运行环境相对复杂,受腐蚀与裂纹及变形等破坏原因引起的质量问题,易引起致命性的伤害。因此,相对于破坏的事后处理。更应当注重事前预防与事中控制,确保化工设备压力容器的安全稳定运行,有效延长容器的使用寿命。由于化工设备压力容器的破坏形式与原因多样化,需在预防措施与管理手段等方面加强创新,以切实发挥化工设备压力容器管理的作用价值。

1.化工设备压力容器的事故特点

压力容器属于承压设备,是指危险性较大与涉及生命安全的承压类特种设备和安全附件,包括压力管道与锅炉等。压力容器的类型多样性,可以按照承压方式对其进行分类,将其分为内压与外压容器。如果分类方式选择压力大小,则可以将其分为高压、低压与中压以及超高压容器。如果在分类的过程中,选择的分类方式是工作温度,那么其包括了低温、高温以及常温容器。如果按照制作方式对其进行分类,其包括了锻造、焊接以及铸造容器等不同的分类方式,其所分类出来的内容有所区别,但是任何一个化工设备压力容器在使用的过程中,都不能忽视其安全可靠性的把控。化工设备压力容器的事故特点,主要体现在以下几方面:(1)危险性大化工产品有高温高压与毒性及易燃易爆等特点,压力容器发生火灾与泄漏及爆炸的可能性大,在危险性上是其他行业不能比拟的。由于部分化工原料的反应性与毒性和易燃性强,是促使化工企业内部频发恶性事故的主要原因。化工企业发生火灾爆炸与泄露等恶性事故后,不仅会造成工作人员受伤或死亡,还会引起较大的经济损失。(2)环境污染化工生产时运用到的原料与产品及中间体和副产品等物质,有一定程度的工业毒性和腐蚀性。泄漏到水体或空气中,尤其是未经过处理的工业物质,不仅会引起不同程度的环境污染,也会引发经济损失和人员伤亡等。化工企业的恶性事故,普遍存在治理难度大与影响时间长等特征。(3)影响设备正常运行化工企业对工业设备的运行要求较高,但大部分化工设备压力容器的运行环境恶劣,长期在腐蚀与高温和高压等环境中运行,受到振动与内部腐蚀介质等因素影响,会使得设备金属产生疲劳感等质量问题,会直接影响化工设备的正常运行,这也是化工企业在设备安全使用管理中不能忽视的问题[1]。

2.化工压力容器破坏的形式与原因及特征

(1)过度塑性变形

一旦化工压力容器自身的压力荷载超过已经既定的数值时,就会导致化工设备的压力容器壁渐渐变薄,甚至处于不稳定的状态。容器也会由于其过度的塑形而成现形变,甚至导致容器直接破裂,如果过度塑形而产生的破裂,其断口的状态是一种撕裂的效果,而容器中也会伴随着少量的碎块,或者是不产生破片。与此同时,化工设备压力容器爆破的能量,直接决定了容器爆破口的大小。

(2)过度弹性变形

所谓弹性变形,是指当化工压力容器固体受到外力的作用,进而产生了一定的形变,这种形变是一种直接表现形式,而当外力撤出之后,物体会渐渐地恢复到最初原来的形状。为此,可以将其称之为弹性性质。这是一种可逆性的变形,通常情况下,人们将之称为弹性变形,但是如果在使用化工压力容器中,出现了过度弹性变形时,易促使化工设备压力容器处于不稳定的状态,随着外力作用的增强,化工设备压力容器会逐步向失稳的程度过渡。

(3)大应变疲劳

在交变应力的作用影响下,局部结构的不连续处或开孔接管周围等化工设备压力容器的局部区域,而其中金属晶粒受到的力最大,会出现滑移现象,进而逐步向呈现微小裂纹过度。随着裂纹两端逐步的增加和扩展,最终所形成的化工压力设备,其自身容易疲劳,并且容易受到明显的破坏。高压力的局部本身拥有极高应力。面对极高应力的局部区域,首先出现疲劳的现象,高应力会引起大应变部位的破坏。为此,也可以将其称为大应变疲劳,在目前分析化工压力设备容器在使用的过程中发现其所具有的疲劳破坏特征主要体现在以下几点,即容器变形不明显;破裂断口主要存在于疲劳裂纹产生至扩展区和最后断裂区的两个区域;化工设备压力容器因开裂泄露而失效;化工设备压力容器反复加卸载后更容易产生疲劳破坏。

(4)腐蚀疲劳

共同作用下,进而形成的一种全新破坏形式,如果基于材料的腐蚀疲劳这一角度进行分析,能发现其会导致金属表面发生极为明显的局部破坏,导致金属产生疲劳裂纹。二是金属表面的保护膜,在交变的拉伸应力作用下发生破坏,从而产生表面腐蚀。交变应力在破坏保护膜之后,保护模无法再次形成,这也会导致在腐蚀坑中出现沉积,直接影响到氧的扩散,导致保护膜无法在短时间内恢复,其最终所形成的是一种恶性循环。然而腐蚀坑的底部,则始终处于一种相对较为活跃的活性状态,易形成腐蚀电池的阳极,最终在交变应力与腐蚀的双重作用下,裂纹会不断的发展,直到最终金属呈现断裂的现象。

(5)应力腐蚀

在分析应力腐蚀时,考虑到应力腐蚀主要是指拉伸应力与金属腐蚀介质联合作用,进而形成一种独特的破坏形式。当化工压力容器出现金属应力腐蚀这一现象后,由于应力腐蚀两个不同的作用因素,处于一种相互促进的状态,其中腐蚀会直接减少金属本身的有效截面积,并且在金属的表面渐渐形成一个缺口,促使其应力更加集中。同时也需要考虑到基于预应力的作用下,腐蚀的进度会渐渐的被加速,基础造成的结果就是金属表面的缺口会越来越大,直到最后的断裂。

(6)脆性破裂

脆性破裂是指未显著塑性变形的断裂,脆性破裂的容器部位常有碎片飞出,并呈现出碎块状;通常在低温状况下发生破裂事故;中低强度制造的厚壁容器与高强度钢制的压力容器上,更容易发生脆性断裂。

(7)氢腐蚀破裂

由于大部分的工业设备,其压力容器在制作和使用的过程中均属处在高温、高压的情况下。为此,钢的表面会吸附大量的氢分子。而氢分子会渐渐的分解成为氢离子或原子,导致在钢表面层出现固溶现象,甚至会向钢内扩散,并通过氢腐蚀与氢脆等形式,不断破坏钢的性能。从氢腐蚀入手分析,氢离子或原子扩散到钢内,会结合成氢分子,部分会与非金属夹杂物或碳及碳化物产生化学反应,生成不容易溶解的气体生成物。而生成物再晶界原有的微小缝隙中会渐渐的聚积,进而逐步形成局部高压以及用力集中,促使晶界逐步变宽,并且产生一定的微裂纹,而钢的机械性能也在这一阶段渐渐地被弱化。

(8)蠕变

金属容器在外部温度与应力作用的持续性变化影响下,经过长时间累计极易引起器壁的破损。蠕变与塑性变形不同,温度是蠕变的重要影响因素,高温会弱化金属材料的刚性。除此之外,产生的拉伸应力会逐步弱化压力容器的性能与质量,从而促使其出现损坏的现象。

3.压力容器破坏事故的分析方法

压力容器发生事故的几率大,一旦发生恶性事件,会引起停工停产,腐蚀作用等属于工业设备压力容器事故的直接原因,而压力容器设备治理混乱与技术档案资料不完整、安全生产职责落实不到位、安全生产整改监视检查不足等要素,是引起容器事故的间接原因。除了需要通过简单的调查分析之外,还需要提供检验容器是否具有断裂,其破裂处的断口又是一种怎样的状态,容器的理化性能。要想真正找到事故发生的原因,必要时可进行容器破坏性的模拟试验等。在技术检验与事故调查的同时,制定针对性的处理和预防措施。

4.压力容器破坏的预防措施

定期检验与预防化工设备压力容器发生破坏的意义,是及时发现存在与潜在的设备缺陷和隐患,查清容器的安全状况,消除与监控各种危险因素,降低化工设备压力容器发生事故的几率,促使压力容器能够安全运行。

(1)预防疲劳性破损

疲劳破损是典型的压力容器破坏,预防出现疲劳破损的措施,是避免工业设备压力容器的长期超负荷操作。工业设备压力容器承受的作用力局限,需适当减轻容器的加压,以此控制压力容器的损坏可能性。

(2)预防韧性变形与脆性损坏

根据运行工况等实际,合理选择容器制备的强度材料,避免出现韧性变形与脆性破坏。针对于出现变形的工业设备压力容器,除非是轻微的局部凹陷,其它的变形需停止容器的继续使用。工业设备压力容器发生变形后,容器壁厚会变薄,变形材料的耐腐蚀性与韧性随之弱化。针对于轻微的鼓包与面积较小与对其它部位影响小和容器材料有较好焊性的工业设备压力容器,可挖去鼓包部位后,补焊相同的材料与形状板块,同时检验焊缝质量。

(3)预防腐蚀性破坏

在制作工业设备压力容器时,建议选择高品质的金属材料,降低体内杂质的含量,以确保工业设备压力容器的耐腐蚀性达标。化工企业在压力容器的投入使用前,建议在器壁内安装阻隔材料,避免容器壁直接接触有腐蚀性的化学物质。使用完毕后及时清理,做好工业设备压力容器的检查养护工作,及时发现与替换处理出现裂缝的压力容器。从防腐作业入手分析,可有效解决工业设备压力容器的表面腐蚀现象,表面防腐以表面喷砂和表面喷剂的两种方案为主,在表面防腐作业前,需利用喷砂机去除表面钢材上的锈迹与氧化物等预处理操作,确保表面干净清洁无异物后,再合理调配防腐剂,严格控制调配的比例。防腐作业步骤与方法,需严格按照国家规定的标准进行。

(4)预防蠕变

压力容器的蠕变问题,主要受高温环境与应力作用的影响。因此,要想高效解决蠕变破裂问题,需避免应力作用与高温条件同时出现在容器内。要想规避蠕变的影响因素,首先需定期检查维护。其次,及时替换处理损坏的工业设备压力容器,避免蠕变问题逐步扩张。最后,加强对工业设备压力容器自身品质的控制,制定完善的工业设备压力容器采购计划,引进高质量的工业设备压力容器,降低安全事故发生率,延长工业设备压力容器的使用寿命[2]。

5.压力容器破坏的质量控制

(1)制造前的质量检验

首先,严格审查施工图纸。图纸是压力容器投入生产的技术参考和重要依据。因此,应当加大审查工业设备压力容器设计图的力度,确保其符合我国现行的规范要求和制造标准及制造条件等。其次,加工工艺流程的合理编制。压力容器的生产流程与制造工艺,需严格依据相应的工艺流程进行。统一编制批量生产的压力容器的加工工艺,以提高生产效率,促使加工流程有序实施。应用新技术与新工艺和新材料的容器,围绕加工需求合理制定工艺流程。最后,加强对原材料的质量检验。要求工艺设备压力容器选用的材料达标,符合加工工艺与生产条件的要求。生产企业需尽快完善监管体制和制度,加大集中监管化工设备压力容器材料质量的力度。

(2)控制焊接质量

首先,从焊接材料的质量控制入手分析。焊接材料的管理控制环节较多,涉及采购与验收和复验及烘干与发放等控制点。严格按照压力容器材料的规定选用焊接材料,要求焊接材料的质量符合行业标准与国家标准的相关规定。其次,从焊接工艺控制入手分析。要求焊工具备焊工合格证件,能够得心应手的展开焊接工作。严格按照焊接工艺书或焊接工艺卡施焊。压力容器施焊前,合理编制焊接工艺方案,方案内容涉及坡口形式与焊接方法选定、焊接材料、无损检测等内容。要想确保工艺的贯彻执行与焊缝的质量,要求责任工程师加强对工艺规程执行情况的监督,严格控制焊接顺序和焊前预热及焊材选择等细节问题。加强焊缝检验,包括无损探伤检验与外观检验,本着引进来与走出去的原则,引用先进的探伤方法与技术设备,避免出现误判等情况,以提高工业设备压力容器的整体质量。

(3)加强设备的质量控制

化工设备压力容器在生产与投入使用中的安全隐患问题不能忽视,化工设备压力容器属于危设备,在使用中需加强对容器的质量控制,并将质量控制的理念与制定和措施,贯穿容器使用的各环节。在制定质量控制制度前,广泛收集工作人员的意见想法,促使质量控制更贴近于化工设备压力容器应用的实际情况。为提高质量控制的有效性,建立完善的自我检查流程与互相检验程序,引入精细化与流程管理等现代化的管理手段,及时发现与处理化工设备压力容器的裂纹等破坏因素。化工企业需强化压力容器事故的预防观念,根据化工设备压力容器的使用情况,建立完善的监测使用体系,将容器事故的可能性降到最低。根据监测中发现的质量问题,采取针对性的措施进行维护处理,实现资源的整合优化与高效利用。

(4)提供人才保障

化工企业应当加强完善人才培养考核机制,要求工作人员深入了解化工设备压力容器的运行原理和结构体系及技术参数等内容,将其从传统的工作模式与态度及观念中脱离出来,加强对化工设备压力容器安全运行的重视。辅助监测化工设备压力容器的使用情况,及时发现与处理各种质量问题,为化工设备压力容器破坏问题的管理方案完善献计献策。尤其是化工设备压力容器安全状况的检查与试验人员,需了解《压力容器安全技术监察规程》等法规的内容,定期检验化工设备压力容器,并熟练掌握水压试验和内外部检验及外部检验等方法。

(5)系统监测危险因素

提高工作人员的信息素养,灵活操作检验系统,建立数据库,将化工设备压力容器在运行中常出现的破坏形式及原因和危险因素及处理等内容,整理到数据库内,为信息技术智能与自动监测化工设备压力容器的破坏情况和安全事故等质量问题奠定基础[3]。如化工设备压力容器部件损害的原因,或是热应力与交变的温度引起的疲劳裂纹;因高温蠕变使部件产生裂纹或塑性变形;压力波动或频繁加卸压导致的低周疲劳损害和低周疲劳裂纹;长期高温导致钢材组织恶化,包括热脆与石墨化及珠光体球化等,逐步弱化钢材的机械性能等。检验人员将这些部件损坏的危险因素,整理并归置于数据库内,为后续化工设备压力容器破坏的预防工作展开提供价值参照,促使质量控制与预防方案,更具有针对性和有效性及可行性,这也对工作人员的职业素养和业务能力提出了更高要求。

6.总结

在化工工业中,工业设备压力容器恶性事故的危害与影响不能忽视。要求工作人员提高对压力容器使用的认知度,严格按照规定要求,加强对密封质量与容器破裂危险因素的控制,同时提升容器的生产技术及管理技术水平,确保容器的安全性能,有效预防压力容器破裂的情况发生。

参考文献

[1]张红霞,姬倩倩.化工压力容器的破裂及预防探讨[J].山东工业技术,2018(09):15.

[2]王冬臣.油气集输容器内防腐施工质量控制分析[J].全面腐蚀控制,2020,34(11):79-81.

[3]许锦水.压力容器的腐蚀案例分析及防腐措施[J].锅炉制造,2020(02):50-51+62.

作者:纪贤炎 单位:福建众和利达化工装备有限公司

谈化工设备压力容器破坏原因及预防

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