韓鵬飛　王正方　張 川

（1.山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院　2.淄博職業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院）

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鋼制壓力容器局部腐蝕失效分析及防護(hù)措施

韓鵬飛*1王正方1，2張 川1

（1.山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院2.淄博職業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院）

隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的不斷發(fā)展，壓力容器作為一種特種設(shè)備已廣泛應(yīng)用于石油、化工等行業(yè)。許多壓力容器長期處于某些特殊的生產(chǎn)環(huán)境 （腐蝕性介質(zhì)、高溫高壓等），受到各種各樣的腐蝕，從而導(dǎo)致失效甚至發(fā)生生產(chǎn)事故?；趯︿撝茐毫θ萜骶植扛g失效原因的研究，提出故障樹分析與灰關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的分析方法，并根據(jù)具體的腐蝕形式提出相應(yīng)的防護(hù)措施。

壓力容器腐蝕失效疲勞腐蝕故障樹分析防護(hù)措施

壓力容器廣泛應(yīng)用于石油、化工、制藥等行業(yè)，多用于完成貯運(如儲罐)、換熱 （如換熱器）、反應(yīng) （如反應(yīng)釜）和分離 （如分離器）等生產(chǎn)工藝，是石油化工類企業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備。由于鋼制壓力容器設(shè)計和制造 （主要為焊接）的特殊性、工作環(huán)境的惡劣性 （腐蝕性介質(zhì)等）以及安全運行、管理的困難性，造成的物理腐蝕、化學(xué)腐蝕等金屬腐蝕均會引起壓力容器的失效，甚至發(fā)生事故 （如腐蝕或有毒介質(zhì)泄漏、爆炸等）。這不僅會給壓力容器的安全運行造成巨大影響，還會危害人身財產(chǎn)安全，直接或間接阻礙國民經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。

鋼制壓力容器的腐蝕是其金屬部件與周圍環(huán)境發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞或變質(zhì)。雖然目前已有大量的新材料應(yīng)用于壓力容器，但大多數(shù)的壓力容器仍然主要由金屬材料制造 （碳鋼居多），所以其腐蝕仍以金屬腐蝕為主。按腐蝕破壞程度及位置的不同，可以將金屬材料的腐蝕分為全面腐蝕（又稱均勻腐蝕）和局部腐蝕兩大類。全面腐蝕是指腐蝕發(fā)生在整個金屬材料的表面，并且導(dǎo)致了金屬材料的全面減薄。全面腐蝕的發(fā)生易于監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)，并且控制措施較為簡單，往往可以根據(jù)具體工況選用合適的容器制造材料、緩蝕劑等來減少其發(fā)生，故對全面腐蝕問題本文不作具體介紹。局部腐蝕是指由腐蝕性介質(zhì)和其他因素 （如應(yīng)力、不合理結(jié)構(gòu)等）綜合作用造成的、集中發(fā)生在局部區(qū)域的腐蝕形式[1]。與全面腐蝕相比，局部腐蝕造成的金屬材料的損失量雖然并不大，但其對鋼制壓力容器的危害性卻較嚴(yán)重，例如應(yīng)力腐蝕會使容器的承載能力極度降低，點蝕能導(dǎo)致容器或管道穿孔直至報廢[2]。局部腐蝕造成的失效事故多為突發(fā)性事故，破壞時間不易預(yù)測，很難對其加以控制，因此在工程應(yīng)用中因局部腐蝕而導(dǎo)致的壓力容器事故數(shù)量較多，且危害性較大。研究人員對多起失效事故做了大量的調(diào)查，結(jié)果表明：全面腐蝕引起的事故占20%，其余約80%由局部腐蝕造成。圖1是研究人員對美國部分工業(yè)部門不同腐蝕形態(tài)統(tǒng)計后繪制的餅狀圖。由圖1可以看出，局部腐蝕中應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞占的比例最大。

圖1　美國部分工業(yè)部門不同腐蝕形態(tài)所占比例統(tǒng)計

了解局部腐蝕的形成原因，有助于選用合適的分析方法，以便采取相應(yīng)的防腐措施，從而提高壓力容器的安全運行性。本文簡要綜述了腐蝕疲勞和應(yīng)力腐蝕的機理特點、影響因素，并提出了相應(yīng)的控制措施，著重探討了對鋼制壓力容器腐蝕進(jìn)行分析的多種方法。

1　機理特點、影響因素和防護(hù)措施

1.1腐蝕疲勞

1.1.1機理特點

金屬的腐蝕疲勞 （CF）是指在腐蝕環(huán)境和交變載荷協(xié)同作用下，金屬材料產(chǎn)生腐蝕-機械破壞且使用壽命縮短的失效形式。腐蝕疲勞的機理主要有下述幾種模型：點蝕應(yīng)力集中模型、形變金屬優(yōu)先溶解模型、表面膜破裂模型和吸附模型[3]。腐蝕疲勞的本質(zhì)是電化學(xué)腐蝕和力學(xué)因素共同作用的復(fù)雜結(jié)果，而且這種作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力單獨作用的結(jié)果。不難發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)腐蝕疲勞的金屬構(gòu)件的斷口上，既有腐蝕破壞的特征，又有疲勞破壞的特征，這是因為腐蝕疲勞斷裂是由物料的腐蝕作用和交變應(yīng)力的疲勞作用共同導(dǎo)致的斷裂形式，但是腐蝕作用使得其斷口處的宏觀特征一般比較模糊，不便查看和分辨。

1.1.2影響因素

（1）加載頻率和應(yīng)力比對腐蝕疲勞的影響。在一次循環(huán)周期內(nèi)，腐蝕疲勞的程度隨著加載頻率的降低而加深，而應(yīng)力比主要是影響近門檻區(qū)的腐蝕疲勞裂紋擴展速率。

（2）不同類型的平均應(yīng)力的影響。壓縮平均應(yīng)力在一定程度上對減輕腐蝕疲勞破壞具有促進(jìn)作用，但拉伸平均應(yīng)力卻會進(jìn)一步加深腐蝕破壞的程度。

（3）超載作用的影響。當(dāng)鋼制壓力容器承受的循環(huán)載荷出現(xiàn)超載時 （在一定的載荷范圍內(nèi)），通常會引起腐蝕疲勞裂紋尖端的加工硬化，而殘余的壓應(yīng)力能夠促進(jìn)腐蝕疲勞裂紋的適當(dāng)性閉合，由此能夠降低腐蝕疲勞裂紋的擴展速率。故一定范圍內(nèi)的超載作用對減緩其裂紋擴展速率有積極的影響。

（4）介質(zhì)流速的影響。一般來說，壓力容器內(nèi)部介質(zhì)的流速越快，越容易發(fā)生腐蝕。

（5）腐蝕環(huán)境的影響。腐蝕疲勞的產(chǎn)生對引起其發(fā)生的腐蝕環(huán)境并沒有特殊的要求，也就是說，它的發(fā)生并不需要特定的材料與介質(zhì)的組合。所以對于腐蝕疲勞易發(fā)生的場合要格外注意對所處環(huán)境的合理控制。一般來說，物料的腐蝕性越強，腐蝕疲勞產(chǎn)生的程度就越嚴(yán)重，但如果介質(zhì)的腐蝕性太強，反而會減緩腐蝕疲勞的發(fā)生。

（6）環(huán)境溫度的影響。一般情況下，工作環(huán)境溫度越高，越容易發(fā)生腐蝕疲勞。

（7）金屬的組成成分、組織結(jié)構(gòu)等材料因素對腐蝕疲勞的產(chǎn)生也存在一定的影響，目前對該影響因素的規(guī)律性研究還有待于進(jìn)一步完善。

1.1.3防護(hù)措施

壓力容器在正常的運行中，所承受的交變載荷和接觸的物料往往是完成某些生產(chǎn)工藝特定的要求，不能夠輕易將其改變。為了避免和減緩腐蝕疲勞的發(fā)生，可采取下列措施。

（1）合理選材。解決腐蝕疲勞的主要措施是選擇耐蝕性更好的材料，如石油、化工設(shè)備可以優(yōu)先選用含Cr、Ni元素高的雙相不銹鋼，它具有較好的耐局部腐蝕的性能，同時它有較高的機械強度，能夠顯著提高鋼的腐蝕疲勞強度。另外不宜使用高強鋼，因為它對裂紋的條件較敏感且易產(chǎn)生裂源，以至于在腐蝕性介質(zhì)中很容易誘發(fā)腐蝕疲勞裂紋，增加腐蝕疲勞產(chǎn)生的幾率。

（2）采用表面保護(hù)鍍層（襯里）。根據(jù)工業(yè)應(yīng)用中不同的介質(zhì)條件，大多是在壓力容器表面選襯各種非金屬材料，其中應(yīng)用最廣泛的是在碳鋼設(shè)備內(nèi)表面選襯橡膠、搪玻璃及搪瓷等。對于溫度、壓力要求高的場合，可以選襯耐腐蝕的金屬 （不銹鋼、鈦、銅等）。例如在有著 “搪玻璃之鄉(xiāng)”美稱的山東省淄博市張店區(qū)傅家鎮(zhèn)境內(nèi)，有多家以生產(chǎn)搪玻璃化工設(shè)備為特色的化工設(shè)備廠，在化工設(shè)備 （多為碳鋼制，如 Q235B）的內(nèi)表面通過搪防腐蝕層——玻璃來隔絕介質(zhì)接觸，從而達(dá)到良好的防腐效果。

（3）添加緩蝕劑。緩蝕劑是指在腐蝕性介質(zhì)中加入少量能降低甚至完全抑制金屬腐蝕速度的低濃度物質(zhì)。該方法由于施行簡便且經(jīng)濟(jì)效果較好，目前在多個工業(yè)部門有所應(yīng)用，如化工、石油化工、制藥等行業(yè)，并取得了較好的社會效益。緩蝕劑的保護(hù)效果由金屬材料和腐蝕環(huán)境共同決定，并且不同類型的緩蝕劑有著各自的適用范圍，使用中只有正確選擇、適量使用才能起到較好的防腐效果，否則無效甚至?xí)铀俳饘俚母g。有一點要格外注意，如果在強酸中加入緩蝕劑，由于被保護(hù)金屬此時仍然有較大的腐蝕速度，所以此情況下一般只用于除銹、去垢等短時間的酸洗場合，不宜長期使用。

（4）電化學(xué)保護(hù)。該方法是根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理對鋼制壓力容器進(jìn)行保護(hù)的，雖然有著一定的局限性，但在一定條件下只要使用得當(dāng)就能取得較好的保護(hù)效果。

（5）對鋼制壓力容器表面進(jìn)行噴丸或滾壓等強化處理。

（6）在設(shè)計時適當(dāng)優(yōu)化壓力容器的結(jié)構(gòu)，運行時降低交變載荷和局部應(yīng)力，也是防止腐蝕疲勞斷裂的重要方法。

1.2應(yīng)力腐蝕

1.2.1機理特點

金屬構(gòu)件在拉應(yīng)力和特定的腐蝕性介質(zhì) （特定組合的材料/介質(zhì)）共同作用下，發(fā)生的腐蝕破壞并斷裂的失效形式叫應(yīng)力腐蝕斷裂 （SCC），它是承壓類鋼制設(shè)備的腐蝕中最常見也是危害最大的腐蝕形式之一。雖然影響應(yīng)力腐蝕的因素有很多，且目前對斷裂機理的解釋還沒有得到學(xué)術(shù)界的統(tǒng)一，但部分文獻(xiàn)認(rèn)為，應(yīng)力腐蝕的擴展過程可分為陽極溶解型和氫致開裂型。左景伊教授提出的產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的機理為裂紋的形核和擴展，可分為三個階段：（1）金屬表面產(chǎn)生表面膜；（2）膜局部破裂，產(chǎn)生孔蝕或裂紋源；（3）裂紋內(nèi)加速腐蝕，在應(yīng)力作用下，裂紋以垂直方向深入金屬內(nèi)部[4]。應(yīng)力腐蝕的發(fā)生是有條件的，首先引起應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力必須是拉應(yīng)力，但應(yīng)力大小不受限制，極小的應(yīng)力也可能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕破壞；其次純金屬不發(fā)生應(yīng)力腐蝕，但幾乎所有的合金在特定的腐蝕環(huán)境中都會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋；再次產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料和腐蝕性介質(zhì)之間存在選擇性的匹配關(guān)系，即當(dāng)二者是某種特定組合時才會發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

1.2.2影響因素

主要是環(huán)境因素、力學(xué)因素和冶金因素，并且各個因素之間不是獨立的，而是相互聯(lián)系、相互影響的，因此在分析應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象時，應(yīng)全面考慮。

（1）溫度。發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的溫度是有一定范圍的。通常，溫度越高，越容易發(fā)生腐蝕開裂。

（2）介質(zhì)的種類。酸、堿、鹽溶液以及含某些特殊離子的溶液對應(yīng)力腐蝕的影響都很大，有時候這些介質(zhì)的微小變化就可能會引起應(yīng)力腐蝕。

（3）介質(zhì)濃度。能引起壓力容器應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)濃度越高，也越容易引起應(yīng)力腐蝕開裂，并且存在一個臨界值。

（4）應(yīng)力狀態(tài)。拉應(yīng)力的大小和方向直接影響到應(yīng)力腐蝕裂紋源的萌生和裂紋的擴展速度。

（5）金屬組成成分。金屬中的雜質(zhì)元素 （C、N、Mn等）對應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性有較大的影響，容易誘發(fā)應(yīng)力腐蝕。

1.2.3防護(hù)措施

（1）在設(shè)計和制造壓力容器時，首先，應(yīng)盡量使應(yīng)力的分布均勻化，從而避免局部應(yīng)力集中，如設(shè)計時盡量避免出現(xiàn)縫隙和可能造成腐蝕液殘留或富集的死角；其次，盡量避免選用對目標(biāo)接觸介質(zhì)敏感的材料，如不用奧氏體不銹鋼制造介質(zhì)為海水及氯化物的壓力容器；再次，在制造過程中鋼制壓力容器應(yīng)在焊前進(jìn)行預(yù)熱 （特別是焊縫處），焊縫結(jié)構(gòu)應(yīng)選用全焊透結(jié)構(gòu)，換熱器管與管板的連接盡量采用脹焊并用結(jié)構(gòu)，焊后進(jìn)行消除殘余應(yīng)力的熱處理。

（2）使用過程中注意防潮，專人定期對壓力容器進(jìn)行安全檢查并及時維修。

（3）降低環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性。如為了降低環(huán)境中硫化氫的含量，可采用新的脫硫、脫水等先進(jìn)工藝技術(shù)，來延緩相應(yīng)壓力容器的腐蝕。

（4）采用涂層、鍍層或襯里，添加緩蝕劑，進(jìn)行電化學(xué)保護(hù)等。

2　分析方法

2.1基本分析方法

2.1.1試樣制備

（1）取樣原則。所確定的取樣位置應(yīng)當(dāng)具有代表性和普遍性。優(yōu)先選取那些可能是腐蝕裂紋源的部位及其周邊的部位，并對該位置做好標(biāo)記，以便分析；同時盡量避免破壞樣品現(xiàn)場，并對其采取嚴(yán)格的保護(hù)措施[5]。

（2）取樣技巧。用最簡單、最正確的方法在遵守取樣法則的前提下進(jìn)行采樣。需要注意的是：首先，不應(yīng)破壞試樣殘骸的斷口表面，特別是不能損害斷口的形貌和影響所取試樣原來的組織形態(tài)；其次，在用機加工方法取樣時，要及時清理斷口周圍，避免由于冷卻液或潤滑油等其它雜質(zhì)污染試樣斷口表面；再次，盡量避免使用火焰切割等熱影響區(qū)較大的切割方法，不得不使用火焰切割或等離子切割等方法時，一定要盡可能地避免過熱操作并且請專業(yè)操作人員進(jìn)行操作，對切口進(jìn)行必要的清理，以防試樣組織和腐蝕產(chǎn)物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響后續(xù)的觀察、分析。

（3）斷口清洗。在對斷口的腐蝕產(chǎn)物分析時，可直接進(jìn)行分析，不需要清洗過程；對需要進(jìn)行斷口形貌觀察的試樣，要根據(jù)不同工況下試樣斷口的具體情況采用不同的清洗方法對斷口進(jìn)行較為仔細(xì)的清洗。

（4）編號記錄。將清洗后的樣本擦干，并根據(jù)其原來位置、腐蝕程度等條件進(jìn)行編號，以便于后續(xù)的分析處理。

以上的步驟都是為后續(xù)的分析工作提供必要的保障，所以這些步驟的合理進(jìn)行直接影響到整個分析工作的可靠性和準(zhǔn)確性，必須按照相關(guān)文獻(xiàn)完成整個試樣制備過程。

2.1.2宏觀觀察及分析

宏觀觀察方法比較簡便快捷，它能提供樣品件的直觀印象和資料，因此必須予以重視并做好相關(guān)的記錄。宏觀觀察通常指肉眼觀察或利用放大鏡等簡單工具觀察，也包括用各種專業(yè)測量工具對被腐蝕破壞部位的尺寸 （裂紋的長度和寬度、腐蝕坑深度等）進(jìn)行測量，據(jù)此可初步估計出腐蝕量或腐蝕類型。

2.1.3化學(xué)分析

光譜分析法 （spectrum analysis）指利用特征光譜來研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和分析其化學(xué)組成成分的分析方法。在對鋼制壓力容器的腐蝕分析中，主要用它來完成試樣及容器材料成分的分析及查驗、對產(chǎn)生腐蝕破壞的環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行化學(xué)組成的分析以及對腐蝕產(chǎn)物的成分的分析等工作。

2.1.4力學(xué)性能試驗法

在金屬的腐蝕失效分析中，為了檢驗所用材料質(zhì)量是否合格以及在設(shè)備的運行過程中力學(xué)性能是否發(fā)生了變化，通常要進(jìn)行硬度測定、拉伸試驗、沖擊試驗和斷裂試驗等力學(xué)試驗，在某些情況下也需要進(jìn)行一些其他的力學(xué)試驗，如疲勞試驗、彎曲試驗等。

2.1.5無損檢測

主要包括射線檢測 （RT）、磁粉檢測 （MT）和滲透檢測 （PT）以及超聲波探傷（UT）等。在壓力容器局部腐蝕失效分析中應(yīng)根據(jù)具體情況和需要，選用合適的無損檢測方法。

2.1.6斷口分析和光學(xué)顯微分析技術(shù)

斷口是指金屬構(gòu)件破斷后斷裂面的形貌，對它的保護(hù)、研究是失效分析工作中的重中之重。斷口的形貌較為真實地記載了材料或部件的斷裂過程，通過它能對腐蝕裂紋的萌生、擴展以及容器斷裂的過程做出較為準(zhǔn)確的判斷。因此，斷口分析在鋼制壓力容器的腐蝕失效分析中起著重要的作用。斷口分析可分為宏觀斷口分析和微觀斷口分析。宏觀斷口分析是一種比較古老但較為簡單實用的分析方法，研究人員通過肉眼觀察或利用放大鏡等簡單工具，經(jīng)過分析斷口的宏觀特征如質(zhì)地色澤、粗糙度、宏觀形態(tài)及裂紋等情況來確定裂紋源的位置、裂紋擴展方向以及可能造成腐蝕的環(huán)境條件，將這些掌握的宏觀特征與相關(guān)科技文獻(xiàn)中的已有資料進(jìn)行對照，從而初步判斷出可能導(dǎo)致腐蝕失效的原因和類型。隨著電子學(xué)、光學(xué)等技術(shù)的高速發(fā)展，微觀斷口分析法應(yīng)運而生，該方法是利用光學(xué)顯微鏡(OM)、透視電鏡 (TEM)和掃描電鏡 (SEM）等顯微分析技術(shù)來觀察、研究斷口的微觀形態(tài)特征，進(jìn)一步判斷腐蝕破壞的形成機理和影響因素[6]。斷口分析既可以進(jìn)行定性分析，也可以進(jìn)行定量分析，在對金屬腐蝕分析中往往運用定性分析，必要時可進(jìn)行定量分析。宏觀和微觀分析二者既相輔相成又互為補充，對失效的整個過程盡可能地提供出全面而準(zhǔn)確的信息，從而使分析人員對鋼制壓力容器的腐蝕破裂有更加深入的發(fā)現(xiàn)。

2.1.7模式識別優(yōu)化技術(shù)

隨著模式識別技術(shù)在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，它與其它失效分析方法的結(jié)合也漸漸應(yīng)用到了失效分析中。模式識別優(yōu)化技術(shù)能夠從眾多的信息中將有用信息采集出來，特別適用于像腐蝕這樣的多因素的失效分析，確定產(chǎn)生腐蝕的主要原因。模式識別與斷口分析、化學(xué)成分分析、無損檢測等方法的結(jié)合，將會大大提高失效分析的準(zhǔn)確性。但模式識別技術(shù)在失效分析上的應(yīng)用還存在一定的局限性和未解決的難題，它的推廣仍需要研究人員的進(jìn)一步研究。

2.1.8痕跡分析

痕跡分析作為一種最早應(yīng)用在刑偵上后來被廣泛應(yīng)用的技術(shù)，目前已應(yīng)用在機械設(shè)備的失效分析中。在金屬的腐蝕失效分析中，痕跡分析技術(shù)比斷口分析等方法的運用頻率更高。斷口往往能夠記錄下腐蝕斷裂的整個或大部分過程，但痕跡缺乏連續(xù)性 （反復(fù)重疊、易失真等），所以痕跡分析往往需要結(jié)合斷口分析、理化分析等其他方法使用，這樣才能夠為鋼制壓力容器的腐蝕失效分析工作提供直接或間接的幫助。

2.2故障樹與灰關(guān)聯(lián)分析法

造成壓力容器局部腐蝕失效的原因具有復(fù)雜性和不確定性，因此在基本分析方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合使用故障樹分析法和灰關(guān)聯(lián)分析法，能夠減少事故分析的時間和成本。綜合目前的事故分析方法，更為高效的分析方法及分析軟件還有待于工程研究人員的共同探索。

2.2.1故障樹分析

故障樹分析又稱為失效樹分析，簡稱 FTA（fault tree analysis）。故障樹分析(FTA)采用具有因果關(guān)系的邏輯樹狀圖 （故障樹）方法進(jìn)行故障或事故原因的分析工作，其特點是直觀形象，思路清晰，邏輯性強，可以用來確定金屬腐蝕失效原因的各種組合方式或發(fā)生概率[7]。該方法實現(xiàn)了定性分析和定量計算的有機結(jié)合，使得失效分析更加具有可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。目前，故障樹分析法雖還處在不斷完善的發(fā)展階段，但其應(yīng)用范圍正在不斷擴大，是一種很有應(yīng)用前景的故障分析法。目前可以進(jìn)行 FTA的計算機軟件有 Xmind、Blocksim、FreeFta等，利用這些軟件能夠更加高效、準(zhǔn)確、直觀地完成對具體事故的故障樹分析。

2.2.2灰關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián) （簡稱灰關(guān)聯(lián)）是指事物之間的不確定關(guān)聯(lián)性，或系統(tǒng)因子之間、因子對主行為之間的不確定關(guān)聯(lián)性[8－9]?；谊P(guān)聯(lián)分析法實質(zhì)上是一種多因素的統(tǒng)計分析法。它以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)，用灰色關(guān)聯(lián)度來描述因素間關(guān)系的強弱、大小和次序，主要是分析各個組成因素與整體的關(guān)聯(lián)性大小。由于造成壓力容器腐蝕失效原因的多樣性及分析的復(fù)雜性，在繪制完故障樹之后，利用灰色關(guān)聯(lián)法對各個原因要素進(jìn)行分析，從而得出它們之間的主要關(guān)系并確定出最大影響因素，把握發(fā)生腐蝕失效或事故的主要原因。這樣將更加有助于工程技術(shù)人員采取相應(yīng)的補救措施，延長壓力容器的使用壽命。自從鄧聚龍教授于1982年提出以來，灰色系統(tǒng)理論憑借著能夠?qū)μ厥馇闆r （實驗數(shù)據(jù)少、存在不確定性）進(jìn)行有效分析的優(yōu)勢而迅速發(fā)展。但目前可用于高效地進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析的計算機軟件還不夠成熟，且存在一定局限性，還有待于相關(guān)研究人員、學(xué)者對其進(jìn)一步完善。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大型中高壓承壓設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用。但是部分特殊行業(yè)特別是化工、石油等行業(yè)，由于承壓設(shè)備工作環(huán)境的特殊性，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕失效經(jīng)常發(fā)生，甚至造成嚴(yán)重事故。因此如果利用故障樹進(jìn)行失效分析，并結(jié)合灰色系統(tǒng)理論中的灰關(guān)聯(lián)來分析，將能達(dá)到更好的分析效果。

3　結(jié)論與展望

（1）對鋼制壓力容器在工作環(huán)境下發(fā)生局部腐蝕 （主要是腐蝕疲勞和應(yīng)力腐蝕）的原因以及影響因素進(jìn)行了較為全面的闡述，并針對各種腐蝕提出了相應(yīng)的防腐措施。在實際應(yīng)用中根據(jù)壓力容器的具體工作環(huán)境包括介質(zhì)特性、溫度、壓力等，通過選用最合適的防腐措施對其進(jìn)行必要的保護(hù)，以減緩其腐蝕速度，確保壓力容器的安全、高效運行。

（2）提出在失效分析的基本方法的基礎(chǔ)上，通過故障樹分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法的結(jié)合使用，能夠更加準(zhǔn)確、高效地完成對壓力容器腐蝕失效及事故原因的分析，并確定出發(fā)生腐蝕的主要原因，為壓力容器的設(shè)計、制造、運行及管理提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)，以作為相關(guān)工程人員有益的參考。

（3）今后的失效分析工作中，必要場合可綜合運用模式識別優(yōu)化技術(shù)以及痕跡分析等先進(jìn)的分析方法，目前這些技術(shù)在失效分析中的應(yīng)用仍需要研究人員和工程人員的共同探討。

（4）在計算機技術(shù)高度發(fā)展的今天，通過合理的運用計算機數(shù)值模擬與科學(xué)研究試驗相結(jié)合的新方法，來進(jìn)行壓力容器的腐蝕失效分析有著重要的意義，需要科研工作者的進(jìn)一步研究。

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Analysis of Local Corrosion Failure of Steel Pressure Vessel and Its Protective Measures

Han PengfeiWang ZhengfangZhang Chuan

Along with the development of the modern production,the pressure vessels as a type of special equipment are widely used in the petroleum,chemical industry and etc.However,some pressure vessels are applied in the extreme environment,suffering from the corrosion,which leads to the failure even the production accident. Therefore,based on the cause analysis of the local corrosion failure of the steel pressure vessel,the fault tree analysis and the grey relational analysis are combined and the protective measures are proposed according to the specific corrosion failures.

Pressure vessel；Corrosion failure；Fatigue corrosion；Fault tree analysis；Protective measures

化機制造

TQ 050.9DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.06.0010

2015－10－14）

*韓鵬飛，男，1992年生，碩士研究生。淄博市，255000。