浅议承压设备几种常见的失效形式及分析方法.doc

1、浅议承压设备几种常见的失效形式及分析方法【摘要】承压设备所处的作业环境通常是高温高压、腐蚀性较强、高真空度的，承压设备在设计时一般都会按照较长的使用寿命来设计，因此在承压设备的作业过程中，它除了会受到压力重量等负荷作用，有时候还会受到风力、地震、冲击等各种非自然因素的负荷作用，同时，由于其他各种诸如设计材料选择不当、材料自身缺陷、其他介质腐蚀作用、意外情况等难以人为控制的因素，承压设备无法达到预期设计时的效果，这种现象统称为承压设备失效。本文主要分析了承压设备的几种失效形式，并结合笔者实际工作经验，针对承压设备失效提出了几点常见的分析方法。 【关键词】承压设备，失效形式，分析方法 中图分类号：

2、G267 文献标识码：A 文章编号： 一、承压设备几种常见的失效形式 （一）失稳失效 在各种压力应力的荷载作用之下，承压设备突然变形，失去原有规则的几何形状的失效现象，统称为失稳失效。当承压设备自身所承受的横向外压达到了一定的极限值或者超出极限值的时候，承压设备的横断面往往会突然失去原有的规则形状，横断面从圆形突然被压扁，表面可能会出现有规则的波纹状，这种现象一般可以称为周向失稳；而当承压设备自身所承受的轴向外压或者均布荷载达到或者超过某一极限值范围的时候，承压设备的轴向截面往往会突然产生规则装的波纹，这种现象称为轴向失稳。当承压设备因为过大的外压而导致失稳失效时，如果这时器壁应力比设备材料的

3、设定强度低，我们称这种现象为弹性失稳，这种类型的承压设备失效现象具有一个明显而重要的特征，那就是其弹性挠度和荷载不成比例，同时所产生的临界压力与承压设备的制造材料强度无明显关系，而主要是由承压设备制造材料的弹性性质所决定的。 （二）刚度失效 所谓的刚度失效通常指的是承压设备产生较大的弹性变形所导致的失效。刚度失效与强度失效在本质上是有所区别的，它主要指承压设备自身或者其他的零部件虽然很少因为强度不足而引起破裂损坏或变形失效，但是会受到过大的弹性变形而失去作业能力。比如一些密封连接件（螺栓、法兰等） ，它们的自身刚性不是很强，容易在内压的作用之下发生较大的变形而导致密封结构产生泄漏；又比如换热器

4、里的管板，常常在介质压力作用之下发生较大的变形，从而导致换热管弯曲。所以，在对承压设备进行设计的过程中一定要保证构件在荷载的作用下会发生的变形值控制在实际工程中所允许的数值范围之内，保证它的刚度达到要求，这样才能够确保承压设备能够正常稳定的工作。 （三）泄漏失效 由于泄漏导致的承压设备失效统称为泄漏失效，主要包括在承压设备的连接处所使用的连接件、密封件的结构与材料使用不当而产生的泄漏情况；在承压设备的制造过程中，当有渗漏性情况出现时，例如在连接处的焊接时容易产生一些裂纹或者气孔，这些缺陷会引起承压设备泄漏失效；另外，承压设备在安装时没有按照规定进行安装、其他化学介质腐蚀对密封件的腐蚀作用、作业

5、环境的温度与压力超过承压设备所承受的标准之外、密封材料的耐高温性能随使用年限而逐渐退化等，这些情况都能够造成承压设备泄漏失效。 二、承压设备失效的分析方法探讨 （一）断口分析 在承压设备上的任何断裂部位都不可避免的会产生断裂的痕迹，这些反映断裂过程的痕迹往往可以清除详细的显示出构件在断裂过程中的很多细节，这样就能够通过对断口进行分析来确定构件断裂的原因。可以选择放大镜或者体视显微镜对承压设备的断口进行观察，根据断口是否整齐平整来判断它是否会存在脆性断裂的情况；观察分析人字纹的走向，根据人字纹的走向情况来确定出裂纹源的具体位置；分析裂纹源的颜色变化以及断口附近的腐蚀情况并在裂纹源处采集腐蚀产物。

6、另外还可以使用扫描电镜对断裂机理的类型进行判断，还能够确定出裂纹源位置及其扩展方向，对金属材料的几种主要断裂机理进行分析判断，例如解理断裂、疲劳断裂、韧窝断裂等。 （二）环境分析 承压设备的失效现象与其所处在的作业环境有很大的关系，所以必须要着重考虑在整个工艺系统中环境介质对其的影响。必须要做好承压设备断口处腐蚀物、结晶物等的采集工作，尤其是要关注因为结构原因而产生的间隙部位所形成的介质浓缩。利用俄歇电子能谱来对微区内的化学成分进行显微分析，例如一些企业在生产尿素时通常把蒸汽和冷凝液汇聚到膨胀槽中，接着到尿塔作二次蒸汽检漏，如果和膨胀槽相连接的某一段加热器发生泄漏，尿液中的其他成分就会被导入尿

7、塔层板间隙，从而导致尿塔层板因为受到腐蚀而产生断裂，另外，在对承压设备进行失效分析的过程中，应该把承压设备所处在的环境介质作为一种工作介质来处理，当承压设备失效之后，工作环境中所具有的腐蚀性介质的作用应该进行重点关注，同时要结合工艺介质的流向来确定腐蚀介质的来源。 （三）应力分析 承压设备首先产生失效的部位通常是残余应力比较大的部位，可以使用金属磁记忆、X 射线应力检测仪器等设备来对其参与应力进行检测，这样就可以大概计算出承压设备失效前的应力状态。而金属磁记忆技术能够准确的检测出应力较为集中的部位，并且可以对承压设备进行综合性失效分析。而对于部分承压设备来说，因其自身结构比较复杂，在产生破坏的

8、时候无法及时的找出失效的原因。这是可以选择有限元分析技术来对承压设备失效分析辅助引导，这样就能够更快的确定失效部件发生失效的真正原因。通过这种分析技术能够迅速的找出承压设备的薄弱部位同时有针对性的提出一些改进措施，也可以利用实验来对分析结果的有效性进行验证。 三、结语 所谓承压设备主要是一种以压力作为荷载的危险性比较大的压力容器、管道等，它普遍用于化工机械、电力、纺织、航空航天、石油等行业的具有潜在泄露与爆炸危险的核心设备中，对承压设备的失效形式进行充分的研究，找出最适当的失效分析方法，对于保证承压设备的安全运行，确保人民群众的生命财产安全，推动我国经济不断发展具有极大的意义。 【参考文献】 1杨景标；吴喜来；李绪丰；罗伟坚；郑炯.承压设备风险分析中失效后果加权模型研究J.中国安全科学学报.2010（08） 2艾志斌；陈学东；杨铁成；胡久韶.复杂介质环境下承压设备主导损伤机制的判定与失效可能性分析J.压力容器.2010（06）：P30. 3刘汇源；陈学东；郑津洋；刘扬.石化企业承压设备安全阀失效模式及失效原因J.压力容器.2011（04）：P55.