Introduzione alle modalità di guasto dei recipienti a pressione

Il guasto di un recipiente a pressione è uno stato in cui il danno si è accumulato in una certa misura e la resistenza, la rigidità o la funzione del recipiente non possono soddisfare i requisiti per l'uso. Allora come avviene il danno? In effetti, il danno è un processo. Sotto l'azione della forza meccanica esterna, dell'ambiente medio, dell'azione termica, ecc. da soli o in combinazione, le prestazioni del materiale diminuiscono, la struttura è discontinua o la capacità portante diminuisce, il che è danno. Dopo che si verifica un danno, non necessariamente fallisce e quando si verifica un guasto, deve esserci un danno.

La modalità di guasto è la base di progettazione del recipiente a pressione. Il metodo di progettazione (criteri) è mirato alla modalità di guasto. Il primo passo nella progettazione del recipiente a pressione dovrebbe essere determinare la possibile modalità di guasto del recipiente; Rapporto di valutazione del rischio sulle principali modalità di guasto, controllo del rischio, ecc. Inoltre, la valutazione dei risultati dell'ispezione del recipiente a pressione si basa anche sulla modalità di guasto.

2 Classificazione ISO 16528 delle modalità di guasto

La norma internazionale ISO 16528 Caldaie e recipienti a pressione, in fase di sviluppo, integra le norme tecniche dei principali paesi industriali del mondo e fa riferimento al contenuto delle norme europee. Per le modalità di guasto comuni di caldaie e recipienti a pressione, le modalità di guasto sono riassunte in tre categorie nella norma: 14 tipi, che chiariscono il concetto di progettazione per le modalità di guasto.

2.1 La prima categoria: modalità di guasto a breve termine

(Modalità di guasto a breve termine)

1) Frattura fragile

Il contenitore non presenta evidenti deformazioni plastiche e il valore di sollecitazione nella parete è molto inferiore al limite di resistenza del materiale.

Fratture che si verificano anche al di sotto del limite di resa del materiale. Le ragioni principali della frattura fragile sono l'infragilimento del materiale (selezione impropria del materiale, tecnologia di lavorazione del materiale impropria, invecchiamento per deformazione, ambiente operativo difficile) e i difetti del materiale stesso.

2) Rottura duttile

Sotto l'azione della pressione e di altri carichi, il valore di sollecitazione generato raggiunge o è vicino al limite di resistenza del materiale della parete e si verifica la frattura. Di solito, i motivi principali della frattura duttile dei recipienti a pressione in acciaio al carbonio sono lo spessore della parete troppo sottile (spessore della parete di progetto insufficiente e assottigliamento dovuto alla corrosione), l'elevata pressione interna o la scelta errata del materiale e l'installazione che non soddisfa i requisiti di sicurezza.

3) Perdite ai giunti dovute a deformazioni eccessive

Il cedimento delle superfici di tenuta delle varie interfacce del contenitore o la fuoriuscita dei giunti dei tubi di dilatazione è causato dal cedimento. Il fluido che fuoriesce può causare combustione, esplosione e avvelenamento e causare un grave inquinamento ambientale.

4) Formazione di crepe o strappi duttili a causa di eccessive deformazioni locali

5) Instabilità-elastico, plastico o elastico-plastico

Sotto l'azione della sollecitazione di compressione, il cedimento causato dall'improvvisa perdita della sua originale geometria regolare del recipiente a pressione è chiamato cedimento di instabilità. Una caratteristica importante dell'instabilità elastica del contenitore è che la deflessione elastica non è proporzionale al carico e la pressione critica non ha nulla a che fare con la resistenza del materiale, che dipende principalmente dalle dimensioni del contenitore e dalle proprietà elastiche del materiale, ma quando il livello di sollecitazione nel contenitore supera il punto di snervamento del materiale e La pressione critica è anche correlata alla resistenza del materiale quando si verifica un'instabilità anelastica.

2.2 La seconda categoria: modalità di guasto a lungo termine

(Modalità di guasto a lungo termine)

1) Rottura da scorrimento

Il recipiente a pressione è soggetto a un carico a lungo termine ad alta temperatura e il materiale subisce una lenta deformazione plastica con l'aumentare del tempo e la deformazione plastica si accumula per lungo tempo, determinando una significativa riduzione dello spessore o una deformazione sporgente, che alla fine porta a la rottura del vaso. Quando il recipiente a pressione si insinua, la temperatura della parete generalmente raggiunge o supera dal 25% al ​​35% della temperatura di fusione del materiale. La quantità di deformazione della rottura per scorrimento dipende dalla tenacità del materiale e il valore della sollecitazione alla frattura è inferiore al limite di resistenza del materiale alla temperatura di servizio.

2) Deformazioni striscianti eccessive sui giunti meccanici o con conseguente trasferimento di carico inaccettabile

3) Creep instabilità

La deformazione accumulata gradualmente nel tempo è una deformazione da scorrimento e l'instabilità da scorrimento si verificherà quando la deformazione da scorrimento si sviluppa in una certa misura.

4) Erosione, corrosione

Sotto l'azione del mezzo corrosivo, il materiale del recipiente a pressione, come il serbatoio in acciaio al carbonio, ridurrà lo spessore della parete a causa della corrosione uniforme

E i pozzi causati dal cambiamento della struttura del materiale o dalla corrosione locale, le proprietà meccaniche del materiale si riducono e la frattura si verifica a causa dell'insufficiente capacità portante del contenitore. I meccanismi di corrosione dei recipienti a pressione comprendono la corrosione chimica e la corrosione elettrochimica. Le forme di corrosione includono corrosione uniforme, corrosione per vaiolatura, corrosione intergranulare, corrosione sotto sforzo, corrosione interstiziale, corrosione da idrogeno, corrosione bimetallica, ecc.

5) Cracking con supporto ambientale, come cracking da tensocorrosione, cracking da idrogeno, ecc. (cracking con supporto ambientale, ad esempio cracking da tensocorrosione, cracking da idrogeno, ecc.)

2.3 La terza categoria: modalità di guasto ciclico

(Modalità di guasto ciclico)

1) Deformazione plastica progressiva

2) Plasticità alternata

3) Fatica sotto deformazioni elastiche (fatica a medio e alto ciclo) o sotto sforzo elastico-plastico (fatica a basso ciclo)

4) Fatica ambientale

3 GB150-2011 Considerazione delle modalità di errore

Dopo anni e facendo riferimento al contenuto tecnico di standard internazionali simili, GB150-2011 "Pressure Vessel" ha considerato direttamente e indirettamente le seguenti modalità di guasto nel contenuto tecnico e determinato i criteri di progettazione corrispondenti e la teoria della resistenza per il considerate modalità di guasto. :

Frattura fragile: prevenire il verificarsi di fratture fragili attraverso i requisiti di selezione del materiale, i requisiti di tenacità del materiale, i requisiti di produzione e ispezione e i requisiti di forma strutturale;

Rottura duttile: prevenire il verificarsi di rotture duttili attraverso i requisiti di selezione dei materiali, i metodi di progettazione della resistenza strutturale e le normative sulle sollecitazioni ammissibili;

Perdita ai giunti: attraverso il metodo di progettazione della flangia e il metodo di progettazione della struttura di tenuta speciale, i requisiti strutturali e i requisiti per le guarnizioni di tenuta, i prigionieri e i dadi, viene impedito il verificarsi di perdite nei giunti;

Instabilità elastica o plastica (instabilità elastica o plastica): prevenire l'instabilità complessiva attraverso metodi di progettazione strutturale a pressione esterna; controllare l'instabilità plastica locale attraverso l'analisi e la valutazione dello stress locale;

Rottura per scorrimento: controllo del verificarsi di rottura per scorrimento limitando l'intervallo di temperatura del materiale.

La corrosione è una modalità di guasto comune dei recipienti a pressione, ma varia notevolmente nelle diverse applicazioni ingegneristiche e non può essere specificata nella norma. Pertanto, GB150 stabilisce che il progettista dovrebbe considerare la modalità di guasto per corrosione e scegliere i materiali, il design strutturale, la protezione dalla corrosione, ecc. Adottare misure per garantire la durata di progetto del contenitore.

4 Modalità di guasto coinvolte in altri standard

Sono stati stabiliti standard corrispondenti per la modalità di danneggiamento delle attrezzature a pressione nei paesi stranieri. Ad esempio, API 571, API 579, API 580 e API 581 dell'American Petroleum Institute contengono tutti contenuti rilevanti sulla modalità di danneggiamento dei recipienti a pressione. Nello standard API 571 vengono introdotte quattro categorie principali e 44 modalità di danno nell'industria generale e vengono introdotte tre categorie principali e 18 modalità di danno nell'industria della raffinazione. Nello standard NB23 degli Stati Uniti, nella direttiva PED dell'Unione Europea, nello standard BS7910 del Regno Unito e nello standard NACE degli Stati Uniti, sono coinvolte anche le modalità di danneggiamento delle attrezzature a pressione.

il mio paese sta attualmente formulando lo standard di "riconoscimento delle modalità di danno delle attrezzature a pressione" e prevede di proporre una serie relativamente completa di modalità di danno e metodi di identificazione adatti alla situazione attuale delle attrezzature a pressione nel mio paese. Il contenuto include principalmente la teoria delle principali modalità di danno e dei meccanismi di guasto delle attrezzature a pressione. Descrizione, forma, fattori di influenza, materiali sensibili, apparecchiature o componenti che potrebbero guastarsi, metodi di prova, ecc. La bozza di standard di "Riconoscimento dei modelli di danno per attrezzature a pressione" divide i modelli di danno delle attrezzature a pressione nel mio paese in cinque categorie e 73 tipi, inclusi 25 tipi di diradamento della corrosione, 13 tipi di fessurazione ambientale, 15 tipi di fessurazione del materiale, 11 tipi di danno meccanico e altri danni. 9 tipi. Il già promulgato GB/T 26610.1-2011 "Linee guida di attuazione per l'ispezione basata sul rischio dei sistemi di apparecchiature a pressione, parte 1: Requisiti di base e procedure di attuazione" si riferisce anche al metodo di classificazione della modalità di danno nella bozza di norma.