压力容器培训讲义_之_压力管道失效分析及事故案例_1

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1、失效分析与事故案例华东理工大学施哲雄上海市2004年典型的特种设备爆炸事故实例从以上典型特种设备的爆炸事故来分析,城市安全形势不容乐观通过事故分析,了解事故原因,从源头上减少特种设备事故的发生,把事故的危害控制在最低程度。1立式燃煤锅炉炉胆压溃爆炸事故,造成3人90%重度灼伤2电厂锅炉煤气爆炸事故,造成13人死亡,6人受轻伤3氯气泄漏事故,造成48人急送医院抢救4热交换机房管道阀门爆裂事故,造成当班操作人员重伤5硫化罐爆炸事故,造成12人死亡,5名职工抢救6蒸汽发生器爆炸事故,造成1人重伤1.1失效形式的分类1、常见失效形式的分类失效是一个广义的概念,不局限

2、于断裂、腐蚀等狭义的失效。但较为通用的分类方法可将失效形式分过度变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类(1)过度变形失效过度变形失效可分为过度弹性变形失效和过度塑性变形失效两类。(2)断裂失效断裂失效可进一步分为5种类型。这是从断裂表现出的形态(脆断或韧断)、或引起断裂的原因(载荷、环境等)、或断裂的机理(解理、疲劳、蠕变等)进行综合考虑的混合分类方法。综合来说,分为韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、环境(腐蚀)断裂和蠕变断裂等五种基本的断裂失效。(3)表面损伤失效表面损伤失效主要分为磨损和表面腐蚀两类。表面损伤失效既涉及到载荷、应力和介质的性质,也与材料的有关

3、性能有关。(4)按习惯分类方法(1)韧性失效(过度变形)包括塑性大变形和韧性断裂。(2)脆性断裂失效包括材料脆性(化)引起的脆断和缺陷引起的脆断。(3)疲劳失效主要阐述由交变载荷引起的疲劳开裂及疲劳断裂失效。(4)腐蚀失效主要涉及介质引起的材料表面腐蚀损伤及腐蚀引起的变形、泄漏或断裂。(5)蠕变失效主要指高温下材料的蠕变损伤、变形与断裂。(6)密封失效有静密封与动密封的失效,涉及密封垫片、固定件、压紧件的多种失效。不是一种独特的失效类型韧性破坏(一)韧性破坏是压力管道在管道内压的作用下管壁上产生的应力达到材料的强度极限,因而发生断裂的一种破坏形式韧性破坏的宏

4、观特征(1)管道有明显的塑性变形,有明显的鼓胀,直径明显增大。(2)有明显的伸长,通常周长的伸长率在10%以上。(3)容积明显增大,容积膨胀率一般大于10%,有的高达20%。(4)壁厚有明显的减薄,直径、周长与容积的增大必然使厚度减薄,特别是在爆破的起爆口处。(5)爆破口是长缝或有分叉,但无碎片1.2.2韧性断裂的断口特征断口上的纤维区、放射纹区(或人字纹区)、剪切唇区是断口的三个要素。纤维区无金属光泽,色质灰暗。越是灰暗说明材料的塑性越好,断裂时的拉伸塑性变形量越大。放射纹区是继纤维区的断裂发展到临界尺寸之后,随即发生快速撕裂时断口上留下的痕迹。放射纹是快

5、速撕裂的痕迹。剪切唇一般是断裂扩展到接近构件的边缘时在平面应力状态下由最大剪应力引起撕裂的痕迹,最大主应力约成45º夹角。容器韧性爆破断口的三要素和断口取向(a)、(b)容器断口常见形貌;(c)A-A断面全剪切起爆口;(d)B-B断面的断口取向;(e)C-C断面的断口取向2、断口的显微形貌特征(1)纤维区的显微形貌电镜中显示的纤维区形貌特征是呈“韧窝”花样,韧窝花样显示了金属的这种断裂机制的“微孔聚积”“韧窝”花样(2)放射纹和人字纹区的显微形貌在裂缝快速撕裂扩展过程中形成的人字纹,其断裂的机理比较特殊,在电子显微镜中显示的形貌既不是严格按结晶面断开的解理断

6、裂机制,也不是像韧性断裂的微孔聚积,因此被称为“准解理”。(3)剪切唇的显微形貌一般属于拉长韧窝型的形貌。1.2.4韧性断裂的预防措施(1)防止超载(2)防止壁厚减薄脆性破坏(一)脆性破坏主要是指设备在没有发生宏观的塑性变形时就发生断裂或爆炸。破坏时管壁的应力尚未达到材料的强度极限,有时甚至未达到屈服极限。基本原因一是由于材料的脆性转变而引起的脆断;二是由于构件出现了严重的缺陷(如裂纹)导致发生低应力水平下的脆断,这称为低应力脆断。脆性破坏(二)脆性破坏的宏观特征(1)宏观变形量很小主要指塑性变形量小到几乎用肉眼从宏观上觉察不到,例如管道的变形看不到鼓胀,周

7、长几乎测量不到变化,壁厚几乎没有减薄。爆破时体积膨胀量极小。(2)易有碎片压力管道发生脆性破坏时易爆裂成碎片。如果管道的材料整体脆化,则脆断发生时必然有碎片飞出,会造成相当大的危害。如果仅仅是焊缝或热影响区的材料在焊后脆化,而母材的韧性仍较好,则发生脆断时仅在焊缝或热影响区裂成一条长缝而并不形成碎片。1、由材料脆性引起脆断的断口特征(1)断口的宏观特征①断口平齐,断口和最大主应力方向相垂直,断口边缘不会出现剪切唇,断口上不会留下记录断裂方向的人字形或放射形纹路。②断口上呈现金属闪光(2)断口的显微特征①解理断裂,沿晶体某一结晶学平面的断裂称为解理断裂。面心立

8、方结构的晶体(如奥氏体不锈钢)在任何温度下(包括深度

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