徐俊

摘要：壓力容器的廣泛使用和事故的多發(fā)以及事故發(fā)生的嚴重性，促使我們不斷的尋求壓力容器事故的根源和針對這些根源而采取的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器；疲勞缺陷；腐蝕；氫損；失效；預(yù)防

2001年10月26日14時56分，某飼料廠蒸罐車間發(fā)生壓力容器（蒸罐）爆炸事故，造成3人死亡，直接經(jīng)濟損失約15萬元

2004年5月12日12時31分，某公司發(fā)生一起浸出槽（壓力容器）爆炸重大事故，造成1人死亡，1人受傷，直接經(jīng)濟損失455.5萬元，間接經(jīng)濟損失1800.8萬元

2006年7月19日22時30分左右，某建材公司生產(chǎn)車間發(fā)生一起壓力容器重大安全事故，造成4人死亡，5人受傷

隨著生產(chǎn)力的提高，壓力容器越來越多的接近我們的生產(chǎn)和生活，而壓力容器的事故卻也一直居高不下，并且這些事故往往是讓人觸目驚心的。

歷年來事故調(diào)查的結(jié)果表明，壓力容器事故原因有超壓，超溫，容器局部損壞、安全裝置失靈等，絕大多數(shù)是人為操作不當或失誤引起的，壓力容器本身質(zhì)量問題引起的事故比例很小，但是為了保護國家公民的人身安全和國家財產(chǎn)的不必要損失，我們更應(yīng)該縮小這個比例，避免和預(yù)防壓力容器事故的發(fā)生。

壓力容器因自身質(zhì)量問題引發(fā)的事故，我們這里稱這個自身質(zhì)量問題為失效，壓力容器的失效主要表現(xiàn)為裂紋的擴展，最后導(dǎo)致斷裂破壞。主要形式有疲勞斷裂、腐蝕破壞（應(yīng)力腐蝕、點蝕、硫腐蝕等）、氫損傷開裂等。

1.金屬疲勞的研究至今也有近150年的歷史了，國內(nèi)外投入人力物力不余遺力的研究這方面的工作，可見疲勞問題的重要性和復(fù)雜性。疲勞失效有疲勞斷裂、低周疲勞、熱疲勞、腐蝕疲勞等，最主要的是疲勞斷裂。金屬都有自身的疲勞載荷和疲勞抗力，在沒有達到疲勞極限（金屬材料經(jīng)受無限多次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生斷裂的交變應(yīng)力就是疲勞極限）的時候，材料金屬都是可以正常使用的。不同的材料和不同的應(yīng)力狀態(tài)有著不同的疲勞極限，比如彎曲疲勞極限、拉壓疲勞極限、扭轉(zhuǎn)疲勞極限。對于各種不同狀態(tài)的疲勞極限，可以按照理論計算得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，也可以提早的進行預(yù)防和更正，但是有些因素可以是疲勞極限顯著的降低，那就是應(yīng)力集中。而從宏觀和微觀的疲勞斷口特征可以看出，引起疲勞的最終原因也是應(yīng)力集中。金屬的疲勞斷裂本身就是一個裂紋萌生和斷裂擴展的漸進過程，在沒有應(yīng)力集中的狀態(tài)下，疲勞裂紋的起始萌生通常集中在金屬的表面、晶界、孿界、非金屬夾雜和第二相質(zhì)點等處，往往表面形成擠入和擠出的溝脊現(xiàn)象，這樣顯然產(chǎn)生了應(yīng)力集中，然后在變交應(yīng)力的作用下逐漸萌生疲勞裂紋，產(chǎn)生的疲勞裂紋核心不斷擴展并相互連接，便形成了宏觀裂紋源點，最終形成裂紋缺陷的失效。而金屬材料表面本身的質(zhì)量缺陷或者金屬焊接過程中形成的一些應(yīng)力集中現(xiàn)象，如果不及時、準確的處理，疲勞源點過早的出現(xiàn)，直接導(dǎo)致疲勞裂紋的過早出現(xiàn)和產(chǎn)品、設(shè)備的過早失效及壽命縮短。而低周疲勞、熱疲勞和腐蝕疲勞一定意義上是在特殊過程中產(chǎn)生的疲勞破壞導(dǎo)致疲勞極限的降低而導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)備的失效。

2.腐蝕破壞有鋼材腐蝕和應(yīng)力腐蝕，鋼材腐蝕按照外部幾何特征可分為全面腐蝕（均勻腐蝕）、局部腐蝕和集中腐蝕（選擇性腐蝕），按腐蝕的理化機制又可分為物理腐蝕、化學腐蝕和電化學腐蝕，晶間腐蝕是常見的選擇性腐蝕，特指晶粒邊界處比晶粒本體腐蝕更快的不均勻腐蝕，是危害性非常大的局部腐蝕，在宏觀上沒有明顯的變化，而且不易察覺。

3.氫致?lián)p傷是指與氫的行為有關(guān)的金屬損傷，金屬從冶煉，經(jīng)鑄造、軋制、鍛造、熱處理、機加工、焊接等過程直到使用過程，都有可能進入氫。氫損傷的種類有氫脆、氫腐蝕、發(fā)紋和白點，氫脆具有可逆性，是可以消氫處理后恢復(fù)韌性的，但是氫腐蝕和發(fā)紋和白點卻屬于不可逆氫脆，當這時發(fā)生氫脆出現(xiàn)了微裂紋等缺陷，材料的塑性和韌性是無法回復(fù)的。由于腐蝕、電鍍、熱加工等因素使鋼中含氫量在0.1-10ppm時，受到慢速應(yīng)變時出現(xiàn)的脆化、開裂就是氫脆，氫脆發(fā)生的溫度范圍是-100～100°C，在碳鋼和低合金中也會出現(xiàn)氫脆的現(xiàn)象，尤其是高強鋼；氫腐蝕也稱氫反應(yīng)脆化，是指具備很高活性的氫與鋼中的碳發(fā)生反應(yīng)生成氫化物，有強烈的腐蝕作用，一方面引起脫碳，一方面使鋼脆化，并在鋼板的表面形成鼓泡，其發(fā)生溫度在205～595°C；發(fā)紋和白點通常發(fā)生在大型鋼鍛件中，在熱工藝過程中融入鋼中的氫，由于冷卻速度快而來不及逸出，聚集在縮孔和微縮孔等缺陷處，過量的氫和鍛件中的內(nèi)應(yīng)力共同作用導(dǎo)致內(nèi)部微裂紋出現(xiàn)，就是發(fā)紋和白點。

綜上為壓力容器失效事故原因的一些理論研究和說明，針對疲勞開裂、腐蝕破壞和氫損傷對壓力容器使用安全的重要性，筆者簡要的作以下的預(yù)防措施：

（1）在設(shè)計上，應(yīng)采用合理的結(jié)構(gòu)，使用合理的材料和工藝，盡量避免應(yīng)力集中的出現(xiàn)和彌補不可避免的缺陷出現(xiàn)后的糾正預(yù)防措施；

（2）制造，修理、安裝、改造時，加強材料管理，避免采用有缺陷的材料或用錯鋼材、焊接材料，同時要加強材料現(xiàn)場管理，保證按標準堆放材料，做到黑白分開，防止不銹鋼材料在存放和制作過程中的鐵離子污染；加強焊接管理，規(guī)范焊工按照焊接工藝要求施焊，提高焊接質(zhì)量并按規(guī)范要求對焊接缺陷進行處理；

（3）加強使用管理，避免操作失誤，對重要、關(guān)鍵的設(shè)備進行動態(tài)監(jiān)控，避免超溫、超壓、超負荷運行、失檢、失修、安全裝置失靈等，同時加強對操作員工的培訓和管理。

（4）加強檢驗工作，包括對生產(chǎn)設(shè)備的定期檢驗，原材料和外購?fù)鈪f(xié)件的進廠入庫檢驗，產(chǎn)品制作過程的檢驗，壓力容器壓力試驗的檢驗和設(shè)備使用過程中的定期監(jiān)測和檢驗，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并采取有效措施。

4.結(jié)論

隨著科技的進步，壓力容器在生活和生產(chǎn)中的廣泛使用，鑒于壓力容器設(shè)備具備危險性的特點和經(jīng)濟、社會生活中的特殊的重要性，尋求壓力容器的事故源和保證壓力容器質(zhì)量安全始終是刻不容緩的一個重要課題，在認識本篇所提及的壓力容器的失效原因和潛在因素，在增強質(zhì)量意識的前提下，我們必須把壓力容器生產(chǎn)過程中所涉及的質(zhì)量考核以及一般容易忽視的外觀質(zhì)量放在重點提高，避免這些應(yīng)力集中源的產(chǎn)生和潛在的隱患。從而保證人民生命財產(chǎn)的安全，促進經(jīng)濟發(fā)展。

參考文獻：

[1]《金相檢驗》中國機械出版社 2001

[2]GB150-2011《壓力容器》中國標準出版社出版.2011

[3]《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》新華出版社出版.2010.