張友鵬

（大連理工大學(xué)，黑龍江 伊春 153000）

1 化工設(shè)備壓力容器的事故特點(diǎn)

1.1 危險(xiǎn)性大

由于化工產(chǎn)品具有高溫高壓、有毒且易燃易爆的特點(diǎn)，所以，化工生產(chǎn)過程中，壓力容器發(fā)生火災(zāi)、泄漏、爆炸等安全事故的概率也相對(duì)更大?；ぴ牧暇哂械姆磻?yīng)性、毒性與易燃性較強(qiáng)等特點(diǎn)，是導(dǎo)致化工企業(yè)惡性安全生產(chǎn)事故發(fā)生的主要原因之一，一旦化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中發(fā)生了火災(zāi)爆炸或化工原料泄漏等安全事故后，必然會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 環(huán)境污染

化工生產(chǎn)中使用的原材料以及產(chǎn)品中含有的副產(chǎn)品等物質(zhì)，具有腐蝕性與毒性較強(qiáng)的特點(diǎn)。一旦未經(jīng)處理的副產(chǎn)品泄漏到空氣或水體中，不但會(huì)破壞和污染環(huán)境，嚴(yán)重的還會(huì)威脅工作人員的生命安全。

2 化工企業(yè)壓力容器破壞形式及其預(yù)防措施

2.1 韌性破壞

塑性變形是金屬材料使用過程中最常見的變形問題之一，如果金屬材料發(fā)生了塑性變形，那么變形處產(chǎn)生的大量細(xì)孔中填充的雜質(zhì)，在外力作用下與基體分離后，所形成的裂紋，就會(huì)導(dǎo)致容器出現(xiàn)破裂的問題。一般情況下，金屬容器在發(fā)生塑性變形時(shí)，會(huì)出現(xiàn)破裂前兆緩解容器破裂的時(shí)間，如果在這期間工作人員未能采取措施予以解決，那么隨著時(shí)間的推移，金屬容器發(fā)生破裂的概率也隨之增大。金屬壓力容器使用期間出現(xiàn)的液化氣壓充裝過量，壓力容器在使用或維護(hù)過程中造成不當(dāng)造成的容器壁變薄，造成的容器承受力下降等都是造成容器發(fā)生韌性破壞問題的主要原因?；て髽I(yè)應(yīng)該從以下幾方面著手，做好容器韌性破壞的預(yù)防工作：首先，保證壓力容器設(shè)計(jì)的正確合理。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，不但要嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)，而且還應(yīng)通過在壓力容器外部設(shè)置超壓泄放裝置的方式，幫助容器自動(dòng)泄壓，以確保容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行不受影響。其次，充分重視壓力容器維護(hù)的重要性，選擇恰當(dāng)?shù)姆绞介_展牙瘤容器的維護(hù)工作，避免因?yàn)閴毫θ萜骶S護(hù)方式不當(dāng)，影響壓力容器的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 脆性破壞

壓力容器制造過程中出現(xiàn)的材料韌性不足是導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)脆性破壞問題的主要原因之一，而壓力容器制造環(huán)節(jié)出現(xiàn)的焊接接頭力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)性能設(shè)計(jì)不合理，不僅影響了壓力容器制造的質(zhì)量，同時(shí)，也增加了容器破裂問題發(fā)生的概率。一般情況下，如果在低溫環(huán)境下，壓力容器承載的負(fù)荷主要以靜負(fù)荷為主，如果溫度持續(xù)降低，那么容器在使用過程中就會(huì)出現(xiàn)韌度下降的情況，最終出現(xiàn)容器剪切斷裂的問題。雖然壓力容器在使用過程中發(fā)生的脆性破壞沒有任何前兆且容器也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重塑性變形情況。但是，壓力容器在脆性變形發(fā)生后，容器表面局部會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的變形問題，即便是進(jìn)行相應(yīng)的檢修也不易發(fā)現(xiàn)。也就是說，低溫環(huán)境壓力容器出現(xiàn)的細(xì)微變形缺陷是導(dǎo)致壓力容器發(fā)生脆性變形的關(guān)鍵。化工企業(yè)應(yīng)該制定科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)措施，預(yù)防脆性問題的發(fā)生。首先，確保壓力容器生產(chǎn)過程中容器質(zhì)量以及相關(guān)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。選擇韌性較好的材料，容器接頭焊接過程中，采取有效措施消除容器內(nèi)部的殘余應(yīng)力，壓力容器制造完成后，應(yīng)該進(jìn)行容器的全面檢查，保證容器的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其次，嚴(yán)格按照操作規(guī)范使用壓力容器，仔細(xì)觀察壓力容器周圍的溫度變化情況，如果發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度超過溫度范圍，必須立即停止運(yùn)行，避免因?yàn)榄h(huán)境溫度變化過大，導(dǎo)致壓力容器發(fā)生脆性破裂。最后，工作人員在維護(hù)壓力容器時(shí)，應(yīng)該按照固定壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程開展壓力容器的定期檢查工作，如果發(fā)現(xiàn)容器出現(xiàn)變形、缺陷以及操作人員違規(guī)操作的問題，必須及時(shí)制止，將容器發(fā)生的脆性破裂控制在最小的范圍內(nèi)。

2.3 疲勞裂紋

壓力容器表面形成的駐留滑移帶是造成疲勞破裂問題發(fā)生的主要原因，壓力容器內(nèi)部切應(yīng)力在裂紋的影響下在容器內(nèi)部不斷擴(kuò)張，并在轉(zhuǎn)向與主應(yīng)力垂直方向后，導(dǎo)致疲勞破裂問題的發(fā)生。雖然疲勞破裂問題的擴(kuò)展進(jìn)度相對(duì)緩慢，但是，如果工作人員未能在裂紋發(fā)生后采取措施及時(shí)處理，那么隨著壓力容器使用時(shí)間的增加，裂紋在穿過晶面后迅速向主應(yīng)力垂直方向擴(kuò)展，最終導(dǎo)致容器表面出現(xiàn)大面積裂紋。壓力容器在使用過程中承受的循環(huán)負(fù)荷變化過大超出容器設(shè)計(jì)承受壓力以及容器制造過程中使用的厚度較大的高強(qiáng)度低合金鋼材，增加了容器焊接的難度，不但影響了容器焊接的整體質(zhì)量，而且增加了疲勞破裂問題的發(fā)生率。此外，壓力容器使用環(huán)境溫度變化過大也是造成破裂問題發(fā)生的重要因素之一，針對(duì)壓力容器疲勞破裂的預(yù)防，工作仍然必須做好以下幾方面工作。（1）確保壓力容器生產(chǎn)過程中相關(guān)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選擇抗疲勞能力強(qiáng)的材料，進(jìn)行容器疲勞分析，降低壓力容器疲勞破裂問題的發(fā)生率。（2）避免壓力容器使用過于頻繁。工作人員在壓力容器使用過程中，應(yīng)該采取有效措施，避免因?yàn)閴毫θ萜黝l繁使用，導(dǎo)致容器發(fā)生裂紋，確保壓力容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 腐蝕破裂

腐蝕破裂是壓力容器使用過程中常見的破裂形式之一，壓力容器在實(shí)際使用過程中，由于溫度過高導(dǎo)致壓力容器局部出現(xiàn)發(fā)熱，但其他部分并未產(chǎn)生熱量，造成壓力容器內(nèi)部出現(xiàn)溫差，工作人員在處理壓力容器內(nèi)的一氧化碳與二氧化碳時(shí)產(chǎn)生的滲碳腐蝕問題，最終導(dǎo)致壓力容器發(fā)生腐蝕破裂的現(xiàn)象。針對(duì)壓力容器腐蝕破裂問題的預(yù)防，工作人員應(yīng)該采用以下相應(yīng)措施。（1）增加緩蝕劑。緩蝕劑具有干擾金屬介質(zhì)產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)的功能，通過在金屬壓力容器表面覆蓋緩蝕劑的方式，即可通過對(duì)金屬壓力容器表面正負(fù)極反應(yīng)的控制，防止金屬壓力容器發(fā)生腐蝕問題。另外，化工企業(yè)在化工生產(chǎn)過程中，應(yīng)該根據(jù)企業(yè)自身生產(chǎn)的特點(diǎn)和要求，合理運(yùn)用氧化膜、吸附膜、沉淀膜等控制壓力容器可能出現(xiàn)的物理腐蝕，充分利用氧化膜中含有的氧化劑與金屬發(fā)生作用后，形成的覆蓋于金屬壓力容器表面的保護(hù)膜，促進(jìn)容器表面產(chǎn)生電子氧化，從而達(dá)到降低腐蝕破裂問題發(fā)生率的目的。（2）提高容器接頭焊接質(zhì)量。為了有效提升不銹鋼材料焊接的質(zhì)量，壓力容器制造企業(yè)在選擇壓力容器焊接材料時(shí)，不但要保證產(chǎn)品焊接的質(zhì)量，而且還應(yīng)嚴(yán)格地按照要求檢測(cè)材料的質(zhì)量，從金屬材料硬度、強(qiáng)度、焊接厚度等幾方面著手，選擇和使用符合要求的焊接工藝和技術(shù)，才能在避免壓力容器出現(xiàn)瑕疵的同時(shí)，提高壓力容器接頭的焊接質(zhì)量和效率。（3）電化學(xué)防護(hù)法的應(yīng)用。電化學(xué)防護(hù)實(shí)際上就是將尚未發(fā)生腐蝕情況的金屬材料，轉(zhuǎn)變?yōu)樵姵刂械年帢O，然后，利用陰極阻斷金屬內(nèi)部的陽極反應(yīng)，從而達(dá)到降低金屬腐蝕速度的目的。目前，常用的電化學(xué)防護(hù)法主要有放棄陽極防護(hù)法與增加電流陰極防護(hù)法等幾種。其中，放棄陽極防護(hù)法，主要是充分發(fā)揮鋁、鋅等金屬材料的還原特性，然后，將其放置于容器中當(dāng)作陽極，防止腐蝕問題的發(fā)生。而增加電流陰極防護(hù)法則主要是采取額外增加電流的方式，迫使電子通過介質(zhì)進(jìn)入金屬容器中，從而達(dá)到保護(hù)容器中陰極的目的。該方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要求工作人員必須保證操作電流始終保持在最大狀態(tài)，且供電不能中斷。

2.5 蠕變破裂

如果壓力容器長期處在高溫工作環(huán)境下，那么，隨著時(shí)間的推移，壓力容器材料性能的下降，不僅會(huì)導(dǎo)致器壁發(fā)生變形的問題，而且隨著容器體積逐漸變大，材料韌性降低的同時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致容器破裂，而這也就是壓力容器使用過程中常見的蠕變疲勞破裂。工作人員應(yīng)該針對(duì)壓力容器蠕變疲勞破裂發(fā)生的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施予以有效的預(yù)防。首先，嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，生產(chǎn)制造壓力容器時(shí)，必須選擇符合高溫性能要求的材料，避免壓力容器長時(shí)間在高溫環(huán)境下運(yùn)行，控制容器壁溫度，如果發(fā)現(xiàn)容器發(fā)生塑性變形痕跡，必須立即采取措施進(jìn)行處理，避免容器在使用過程中發(fā)生蠕變破裂。最后，加強(qiáng)壓力容器運(yùn)行狀態(tài)檢查工作的力度，如果發(fā)現(xiàn)壓力容器出現(xiàn)破裂的問題，應(yīng)該立即采取相應(yīng)的措施預(yù)防，確保壓力容器始終保持安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

3 化工企業(yè)壓力容器破壞形式優(yōu)化措施

3.1 金屬材料熱處理控制

采用正火法處理后的金屬材料構(gòu)件，不僅材料均勻性與結(jié)構(gòu)完整性得到顯著提高，而且有效降低了材料熱處理產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，避免了后期使用過程中材料變形問題的發(fā)生，提高了材料使用的可靠性與穩(wěn)定性。工作人員在采用退火處理法加工材料時(shí)，根據(jù)材料熱處理的要求，必須嚴(yán)格地按照要求調(diào)整材料淬火過程中的冷卻溫度，才能達(dá)到有效減少材料變形量的目的。目前，常用的淬火介質(zhì)主要有水和油等幾種。如果工作人員選擇水油為淬火介質(zhì)時(shí)，水油溫度處于450～550℃時(shí)，冷卻速度應(yīng)該為500℃/S。如果水油溫度下降至到250～350℃時(shí)，冷卻速度就會(huì)下降至280℃/S。如果將鹽水作為淬火介質(zhì)，那么材料淬火冷卻的溫度較之水油冷卻的速度提高了2倍，所以，為了避免因?yàn)椴牧洗慊鹄鋮s過程中冷卻過快而出現(xiàn)材料變形問題，工作人員必須嚴(yán)格地按照金屬材料的特性，選擇淬火介質(zhì)，控制淬火介質(zhì)的溫度，才能確保金屬材料淬火冷卻處理后的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。此外，金屬材料熱處理過程中，針對(duì)材料的加工處理，必須是在熱處理之前，才能保證金屬材料在熱處理前，產(chǎn)生足夠的變形量。金屬材料熱處理工藝完成后，工作人員應(yīng)該根據(jù)材料變形的規(guī)律，對(duì)材料進(jìn)行相應(yīng)的加工處理，才能在有效提升金屬材料變形率的基礎(chǔ)上，為后續(xù)金屬材料加工工藝的實(shí)施打下良好的基礎(chǔ)。

3.2 提升使用壽命

為了提高壓力容器使用的壽命，設(shè)計(jì)人員必須在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，充分考慮壓力容器使用的環(huán)境，分析和研究材料性能，測(cè)算壓力容器內(nèi)外部的壓力差與耐腐蝕性能力，才能科學(xué)合理地計(jì)算出壓力容器的使用壽命，提高壓力容器運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。此外，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，還應(yīng)充分考慮壓力容器使用過程中，操作人員可能出現(xiàn)的操作不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，并將其標(biāo)注于設(shè)計(jì)圖紙中，針優(yōu)化壓力容器使用條件，從而達(dá)到延長壓力容器使用壽命的目的。

3.3 優(yōu)化工藝控制策略

工作人員在制造壓力容器時(shí)，不僅要選擇和使用性能優(yōu)良的材料，而且還應(yīng)按照壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用先進(jìn)的制造工藝，避免因?yàn)椴牧鲜褂煤椭圃旃に嚨拳h(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)損壞的情況。首先，加大壓力容器工裝設(shè)計(jì)與工藝準(zhǔn)備階段的控制力度。壓力容器制造過程中，采用的工裝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)必須與制造工藝保持一致，安排專人負(fù)責(zé)工裝環(huán)節(jié)的驗(yàn)證工作，并在確定工裝設(shè)計(jì)準(zhǔn)確無誤后，簽署工裝圖，保證工裝使用的安全性達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。另外，為了保證壓力容器工裝符合操作規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，操作人員應(yīng)該在做好外來文件有效性、合規(guī)性、合法性審查工作的基礎(chǔ)上，繪制完整的壓力容器工裝工藝流程圖，編制壓力容器工裝材料數(shù)據(jù)匯總表，按照設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容和要求開展壓力容器的工裝操作流程。其次，工藝設(shè)計(jì)人員必須在壓力容器設(shè)計(jì)制造過程中，既要注重壓力容器模具、工裝設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，而且還應(yīng)深入分析火焰切割引發(fā)的材料變形問題。如果材料在切割過程中發(fā)生了變形問題，即便材料性能已經(jīng)達(dá)到理想狀態(tài)，但切割墊與切割周圍的材料性能同樣會(huì)受到影響。所以，工作人員應(yīng)該采取積極有效的措施，加大材料硬度變化與碳層滲透程度的控制力度，合理運(yùn)用機(jī)械消除的方式切削滲碳層，從而達(dá)到提高壓力容器材料性能的目的。

4 結(jié)語

總而言之，化工生產(chǎn)中工業(yè)設(shè)備壓力容器發(fā)生的惡性安全事故，對(duì)化工企業(yè)的安全生產(chǎn)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。化工企業(yè)在化工生產(chǎn)過程中，必須在提高熱力容器使用認(rèn)知度的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照操作規(guī)范和要求，加大壓力容器密封質(zhì)量與容器破裂危險(xiǎn)因素的控制力度，提高壓力容器生產(chǎn)技術(shù)與管理技術(shù)水平，才能在保證壓力容器安全使用的基礎(chǔ)上，降低壓力容器破裂等惡性事故的發(fā)生率，為化工企業(yè)的安全生產(chǎn)提供全方位的支持。