过程装备事故发生机理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,过程装备维护与管理,主讲：黄天成,长江大学机械工程学院,1,1,燃烧与爆炸,2,设备的腐蚀,3,泄露中毒,4,设备的磨损,第二章 过程装备事故发生机理,5,设备的噪声与振动,2,2.1,燃烧与爆炸,燃烧：一种放热发光的化学反应，也是化学能转变成热能的过程。,物质燃烧必须同时存在以下三个条件：,（,1,）可燃物；,（,2,）助燃物；,（,3,）火源。,3,1,、物理爆炸,定义：由于物质的物理变化即物质的状态或压力发生突变而引起的爆炸现象其爆炸前后的物质种类与化学成分均不发生变化。,过程装备因物理爆炸而破裂的两种情况：,（,1,）正常操作压力下发生的；,（,2,）超压情况下发生的。,判别方式：,（,1,）破裂的一般特征进行分析；,（,2,）通过破裂压力验算和爆炸能力计算来进行分析。,4,2,、化学爆炸,定义：化学爆炸（或化学性爆炸）又称化学反应爆炸，它是指在化工设备内，物质发生极迅速、剧烈的化学反应而产生高温高压引起的瞬间爆炸现象。发生化学爆炸前后，物质种类和化学成分均发生根本的变化。,按化学爆炸时所发生化学变化不同：,（,1,）简单分解爆炸；,（,2,）复杂分解爆炸；,（,3,）爆炸性混合物爆炸。,5,爆炸性混合物爆炸：是指可燃性气体、蒸气与空气混合达到一定的浓度后，遇明火而发生的异常激烈的燃烧，甚至发生迅速的爆炸。,爆炸性混合物爆炸必备的三个条件：,（,1,）具有可燃的易燃物质；,（,2,）上述的可燃气体与空气混合达到一定浓度范围；,（,3,）有发火源。,6,在对已发生的化工设备爆炸事故的分析中，对设备的破裂形式进行鉴别，分析其破坏的主要特征、机理、发生的主要原因，是探索化工设备安全运行常见的分析方法。,按金属材料破裂的现象不同，压力容器破裂可分为韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂和蠕变破裂等五种形式，其破裂的机理、主要特征及发生原因如下。,9,（,1,）韧性破裂,定义：韧性破裂是指容器在压力作用下，器壁上产生的应力达到材料的强度极限而发生断裂的一种破坏形式。,机理：在拉应力的作用下，器壁产生较大的塑性变形，塑性变形严重的地方即材料中的夹杂物处首先破裂；或使夹杂物与基体界面脱开而形成显微空洞（又称微发孔），随着容器内压力的升高，空洞逐渐长大和聚集，其结果便形成裂纹，乃至最后导致韧性断裂。,10,韧性破裂的主要特征如下。,（,1,）破裂的容器具有明显的形状改变和较大的塑性变形，即容器的直径增大和器壁减薄，其最大圆周伸长率常达,10%,以上，容器体积增大率也往往超过,10%,，有的甚至达,20%,。,（,2,）断口宏观分析呈暗灰色纤维状，没有闪烁的金属光泽，断口不齐平，而且与主应力方向成,45,角，即与轴向平行，与半径方向成一夹角。,（,3,）破裂容器一般不产生碎片，只是裂开一个口或偶然发现有少许碎片。,（,4,）容器发生韧性破裂时，其实际爆破压力与计算的爆破压力相接近。,11,韧性破裂的主要原因：,（,1,）超压；,（,2,）器壁厚度不够或使用中减薄。,12,（,2,）脆性破裂,定义：脆性破裂是指容器在破裂时没有宏观的塑性变形，器壁平均应力远没有达到材料的强度极限，有的甚至低于屈服点的一种破坏形式，其破裂现象和脆性材料的破坏很相似。又因它是在较低的应力状态下发生的，故又称低应力破坏或低应力脆断。,发生低应力脆性断裂的必需条件有三个：一是容器本身存在缺陷或几何形状发生突变，二是存在一定的水平应力，三是材料韧性很差。,13,其破裂的主要特征如下：,（,1,）容器破裂时一般无明显的塑性变形，破裂之前没有或者只有局部极小的塑性变形。,（,2,）断口宏观分析呈金属晶粒状并富有光泽，断口平直且与主应力方向垂直。,（,3,）破裂通常为瞬间发生，常有许多碎片飞出。破坏一旦发生，裂纹便以极高的速度扩展。,（,4,）破坏时的名义工作应力较低，通常低于或接近于材料的屈服点。,（,5,）破坏一般在较低温度下发生，且在此温度下材料的韧性很差。,（,6,）破裂总是在缺陷处或几何形状突变处首先发生。,14,脆性破裂的主要原因：,（,1,）低温；,（,2,）材料存在缺陷；,（,3,）焊接区和焊缝处有缺陷；,（,4,）材料中的磷、硫过高及应力腐蚀的影响。,15,（,3,）疲劳破裂,定义：疲劳破裂是指容器在反复加压、卸压过程中，壳体材料长期受到交变载荷作用，由于疲劳而在低应力状态下突然发生的破坏形式。,机理：金属材料的疲劳破裂过程基本上分疲劳裂纹核心的产生和疲劳裂纹的扩展两个阶段。,其破裂的主要特征如下：,（,1,）容器破坏时无明显的塑性变形。,（,2,）由断口宏观分析可见到疲劳裂纹产生、扩展和最后断裂等各具特色的区域，前两者比较光滑，后者比较粗糙。,16,其破裂的主要特征如下：,（,3,）从产生开裂的部位来看，一般都是在局部应力很高的地区，尤其是在容器的接管处极为常见。,（,4,）从裂纹的形成、扩展直到最后断裂，发展缓慢，不像脆断那么迅速，而且破成许多碎片，只是一般的开裂，出现一缝口，使容器泄漏而失效。,（,5,）疲劳破裂通常是在操作温度、压力大幅度波动且频繁启动、停车的情况下发生。,17,导致疲劳破裂的主要原因如下：,（,1,）容器承受交变循环载荷如容器的频繁启动和停车，反复的加压和卸载，压力、温度周期性波动且波动幅度较大。,（,2,）过高的局部应力由结构、安装的需要或材料的缺陷使个别部位产生高度的应力集中（如容器和接管的焊接接头，容器焊缝处等），或由于振动而产生的较大的局部应力。,（,3,）高强度低合金钢的广泛应用和特厚材料的应用增加，材料本身和焊缝处往往很容易形成各种缺陷。,18,（,4,）腐蚀破裂,定义：腐蚀破裂是指容器壳体由于受到腐蚀介质的作用而产生破裂的一种破坏形式。腐蚀破裂的形式大致可分成五类，即均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀。,其破裂的机理如下：,均匀腐蚀是由于设备大面积出现腐蚀现象，从而使器壁减薄、强度不够而导致的塑性破坏。,点腐蚀（又称点蚀）是由于潮湿介质或氯介质在金属表面形成腐蚀电池而发生的电化腐蚀，从而使其表面形成穿孔或局部腐蚀深坑，它将引起应力集中。在交变循环载荷作用下，有可能发生韧性破裂或脆性破坏。,19,晶间腐蚀是一种局部的、选择性的腐蚀破坏。这种腐蚀破坏通常沿着金属材料的晶粒边缘进行。腐蚀性介质渗入到金属材料深处，金属晶粒之间的结合力因腐蚀而破坏，从而使材料的力学性能（强度和塑性）完全丧失，只要用很小的外力容器即将破坏。,应力腐蚀是金属材料在拉伸应力和特定的腐蚀环境共同作用下，以裂纹形式发生的腐蚀破坏。,应力腐蚀破裂有以下三个要素：,（,1,）应力；,（,2,）腐蚀；,（,3,）破裂。,20,疲劳腐蚀（又称腐蚀疲劳）是金属设备在腐蚀介质和交变拉应力共同作用下而发生腐蚀破坏的一种形式。,21,其破裂的主要特征如下：,（,1,）渗碳腐蚀的不锈钢金属表面呈孔蚀状，且在焊接部分和热影响区腐蚀特别严重。,（,2,）由氢脆而破裂的容器的金属表面及断口上有鼓泡现象（氢脆特征）。,（,3,）发生碱脆断裂的容器，其断口与主拉伸应力方向基本上垂直，且黏附有磁性氧化铁物质。,（,4,）发生硫化氢腐蚀容器的器壁上有一层银灰色、多孔、松散的易剥落层，这就是腐蚀生成物,硫化铁。,（,5,）发生氯脆的设备表面有腐蚀坑存在，其裂纹通常是穿晶型的，并且带分支，类似河流状。,22,导致腐蚀破裂的主要原因如下。,（,1,）高温、易产生局部过热区、处理,CO,和,CO,2,或烃类介质的设备，易发生渗碳腐蚀。,（,2,）高压、水分多、露点高条件下的合金材料易产生应力腐蚀。,（,3,）氢与硫共存、腐蚀条件恶劣，易发生硫化氢引起的应力腐蚀。,（,4,）高温、高压、碳含量高的铁碳合金设备，易发生氢脆。,23,导致腐蚀破裂的主要原因如下。,（,5,）高温氯化物溶液下的奥氏体不锈钢设备，较高的冷作残余应力及振动应力、高温、高压的氯化物水溶液是发生氯离子引起奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂的必要条件。,（,6,）,CO,、,CO,2,或,CO+,CO,2,+H,2,O,或,CO+,CO,2,+N,2,混合气体中加水，均会引起应力腐蚀。,24,（,5,）蠕变破裂,定义：蠕变破裂是指金属材料长期在高温条件下受热应力的作用而产生缓慢、连续的塑性变形。,其破裂的机理如下：长期在高温条件下运行的设备，由于受到热应力的作用，器壁将产生缓慢、连续的塑性变形，使容器的体积逐渐增大，即产生蠕变变形，严重时在低应力状态下便会发生蠕变破裂。,25,其破裂的主要特征如下：,（,1,）蠕变破裂只发生在高温容器或装置中，破裂时有明显的塑性变形，其变形量与材料在高温下的塑性有关。,（,2,）由断口金相分析可以发现微观金相组织有明显变化，如晶粒长大、再结晶与回火效应、碳化物分解、合金组织球化（或石墨化）等。,（,3,）长期在高温和热应力作用下，破裂时的应力低于材料正常操作温度下的抗拉强度。,26,导致蠕变破裂的主要原因如下：,（,1,）设计时选材不合理，如选用了常温时塑性良好而高温时变脆的材料，或采用一般碳钢代替蠕变性能良好的合金钢。,（,2,）操作不佳，维护不周，设备运行中可能出现局部过热。,27,2.2,设备的腐蚀,（,1,）化学腐蚀,化学腐蚀是指金属与周围介质发生化学反应而引起的破坏，在腐蚀过程中不产生电流。化学腐蚀的产物大多是形成不同厚度的膜（称表面膜），此膜对金属的腐蚀速度影响很大。,（,2,）电化学腐蚀,电化学腐蚀是指金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的腐蚀破坏，在腐蚀过程中有电流产生。,28,2.3,泄漏中毒,一、常见工业毒物的来源及传入人体的途径,（,1,）呼吸道：最常见、最主要、最危险的途径；,（,2,）皮肤；,（,3,）消化道。,29,2.3,泄漏中毒,二、常见毒物的性质及中毒的表现,（,1,）苯,理化特性：无色透明易挥发，有特殊的芳香气味；,毒性危害：,级（极度危害）毒物；,中毒表现。,30,31,2.3,泄漏中毒,二、常见毒物的性质及中毒的表现,（,2,）氨（,NH,3,）,理化特性：无色具有强烈刺激气味；,毒性危害：,级（轻度危害）毒物；,中毒表现。,32,33,34,2.3,泄漏中毒,二、常见毒物的性质及中毒的表现,（,3,）硫化氢（,H,2,S,）,理化特性：无色具有恶臭气味；,毒性危害：,级（高度危害）毒物；,中毒表现。,35,36,37,三、常见毒物的防治,以硫化氢为例：,（,1,）掌握硫化氢存在的场所；,（,2,）浓度超过一定值时采取相应的措施；,（,3,）采取通风措施降低作业区硫化氢浓度。,38,2.4,设备的磨损,按照磨损造成摩擦表面破坏机理分：,1,、黏着磨损,当两金属表面直接接触，其间没有润滑油膜隔开，即没有形成完全润滑时的磨损。,黏着磨损的速度与接触压力、磨损面积和摩擦距离成正比，而与材料的压缩屈服点成反比。,39,2.4,设备的磨损,按照磨损造成摩擦表面破坏机理分：,2,、磨料磨损,当两个零件表面之间存在尘埃、金属屑或积炭等坚硬的磨粒时所造成的磨损。,这种磨损是由于气体净化不好，工艺流程中的气体含有大量杂质，润滑油中含有金属屑、杂质，以及高温下润滑油分解形成积炭等造成的。,40,2.4,设备的磨损,按照磨损造成摩擦表面破坏机理分：,3,、腐蚀磨损,由于腐蚀作用使金属氧化物剥落，致使金属表面间发生的机械磨损。,这种磨损往往与黏着磨损以及磨料磨损结合在一起同时产生。,41,2.5,设备的噪声与振动,噪声源包括：空气动力性噪声、机械噪声和电磁噪声。,压缩机噪声：,流经吸排气阀、气缸、中间冷却器和连接管路的气流强烈脉动引起的空气动力性噪声；,运动机构的动力平衡性差或基础设计不当（如活塞、十字头、曲柄、阀片等运动部件的冲击）而产生的机械噪声；,电动机、柴油机所产生的电磁噪声。,42,43,44,