Введення в режими відмови посудин під тиском

Відмова посудини під тиском – це стан, при якому пошкодження накопичилося до певної міри, і міцність, жорсткість або функція посудини не відповідає вимогам для використання. Отже, як відбувається пошкодження? Насправді пошкодження - це процес. Під дією зовнішньої механічної сили, середовища, термічної дії тощо, окремо або в комбінації, характеристики матеріалу знижуються, структура розривається або несуча здатність зменшується, що є пошкодженням. Після пошкодження він не обов’язково виходить з ладу, а коли виникає збій, має бути пошкодження.

Режим відмови є основою конструкції посудини під тиском. Метод (критерії) проектування спрямований на режим відмови. Першим кроком у проектуванні посудини під тиском має бути визначення можливого режиму відмови посудини; Звіт про оцінку ризику щодо основних видів відмови, контролю ризику тощо. Крім того, оцінка результатів перевірки посудини під тиском також базується на режимі відмови.

2 Класифікація режимів відмови ISO 16528

Міжнародний стандарт ISO 16528 «Котли та посудини під тиском», який розробляється, об’єднує технічні стандарти найбільших промислових країн світу та посилається на зміст європейських стандартів. Для загальних режимів відмов котлів і посудин під тиском режими відмов у стандарті зведено до трьох категорій: 14 типів, що пояснює концепцію проектування для режимів відмов.

2.1 Перша категорія: короткочасні режими відмови

(Короткочасні режими відмови)

1) Крихкий злам

Контейнер не має явної пластичної деформації, а значення напруги в стінці набагато менше межі міцності матеріалу.

Розриви, що відбуваються навіть нижче межі текучості матеріалу. Основними причинами крихкого руйнування є крихкість матеріалу (неправильний вибір матеріалу, неправильна технологія обробки матеріалу, деформаційне старіння, важкі умови експлуатації) і дефекти самого матеріалу.

2) Пластичний розрив

Під дією тиску та інших навантажень величина створеного напруження досягає або наближається до межі міцності матеріалу стінки і відбувається руйнування. Зазвичай основними причинами пластичного руйнування посудин під тиском з вуглецевої сталі є занадто мала товщина стінки (недостатня проектна товщина стінки та стоншення через корозію), високий внутрішній тиск або неправильний вибір матеріалу та монтаж, який не відповідає вимогам безпеки.

3) Витік на з'єднаннях через надмірні деформації

Несправність ущільнювальних поверхонь різних інтерфейсів контейнера або негерметичність з’єднань розширювальної труби викликана несправністю. Витік середовища може спричинити загоряння, вибух та отруєння, а також спричинити серйозне забруднення навколишнього середовища.

4) Утворення тріщин або пластичний розрив через надмірні локальні деформації

5) Нестійкість-пружна, пластична або пружно-пластична

Під дією стискаючої напруги руйнування, спричинене раптовою втратою його первісної правильної геометрії посудини під тиском, називається руйнуванням вигину. Важливою особливістю пружної нестійкості контейнера є те, що пружний прогин не пропорційний навантаженню, а критичний тиск не має нічого спільного з міцністю матеріалу, який в основному залежить від розміру контейнера та пружних властивостей матеріалу, але коли рівень напруги в контейнері перевищує межу текучості матеріалу. Критичний тиск також пов’язаний з міцністю матеріалу, коли виникає непружна нестабільність.

2.2 Друга категорія: тривалі режими відмови

(Довгострокові режими відмови)

1) Розрив повзучості

Посудина під тиском піддається тривалому навантаженню при високій температурі, і матеріал зазнає повільної пластичної деформації з часом, і пластична деформація накопичується протягом тривалого часу, що призводить до значного зменшення товщини або деформації випинання, що в кінцевому підсумку призводить до розрив судини. Коли посудина під тиском повзе, температура стінки зазвичай досягає або перевищує 25-35 відсотків температури плавлення матеріалу. Величина деформації повзучого розриву залежить від в'язкості матеріалу, а значення напруги при руйнуванні нижче межі міцності матеріалу при температурі експлуатації.

2) Повзучість - надмірні деформації в механічних з'єднаннях або призводять до неприпустимої передачі навантаження

3) Нестійкість повзучості

Деформація, що накопичується поступово з часом, є деформацією повзучості, а нестабільність повзучості виникає, коли деформація повзучості розвивається до певної міри.

4) Ерозія, корозія

Під дією корозійного середовища матеріал посудини під тиском, такий як резервуар з вуглецевої сталі, зменшить товщину стінки через рівномірну корозію

А ямки, спричинені зміною структури матеріалу або місцевою корозією, механічні властивості матеріалу знижуються, а руйнування відбувається через недостатню несучу здатність контейнера. Механізми корозії посудин під тиском включають хімічну та електрохімічну корозію. Форми корозії включають рівномірну корозію, точкову корозію, міжкристалітну корозію, корозію під напругою, щілинну корозію, водневу корозію, біметалеву корозію тощо.

5) Розтріскування, викликане навколишнім середовищем, таке як корозійне розтріскування під напругою, водневий крекінг тощо (розтріскування, викликане навколишнім середовищем, наприклад корозійне розтріскування під напругою, водневе розтріскування тощо)

2.3 Третя категорія: циклічні режими відмови

(Циклічні режими відмови)

1) Прогресивна пластична деформація

2) Поперемінна пластика

3) Втома при пружних деформаціях (середньо- і багатоциклова втома) або при пружно-пластичних деформаціях (малоциклова втома)

4) Втома, спричинена навколишнім середовищем

3 ГБ150-2011 Розгляд режимів відмови

Після багатьох років і посилаючись на технічний зміст подібних міжнародних стандартів, GB150-2011 "Pressure Vessel" прямо чи опосередковано врахувала наступні режими відмов у технічному змісті та визначила відповідні критерії проектування та теорію міцності для розглянуті режими відмови. :

Крихке руйнування: запобігти виникненню крихкого руйнування через вимоги до вибору матеріалу, вимоги до міцності матеріалу, вимоги до виробництва та перевірки та вимоги до структурної форми;

Пластичний розрив: запобігти виникненню пластичного розриву за допомогою вимог до вибору матеріалу, методів проектування міцності конструкції та нормативів допустимого напруження;

Витік у з'єднаннях: завдяки методу проектування фланців і спеціальному методу проектування ущільнювальної конструкції, структурним вимогам і вимогам до ущільнювальних прокладок, шпильок і гайок запобігає витоку з'єднань;

Пружна або пластична нестабільність (пружна або пластична нестабільність): запобігання загальній нестабільності за допомогою методів структурного проектування зовнішнього тиску; контролювати локальну пластичну нестабільність за допомогою аналізу та оцінки локальних напруг;

Розрив повзучості: Контроль виникнення розриву повзучості шляхом обмеження температурного діапазону матеріалу.

Корозія є поширеним типом несправності посудин під тиском, але вона сильно відрізняється в різних інженерних застосуваннях і не може бути визначена в стандарті. Тому GB150 передбачає, що розробник повинен розглянути режим руйнування корозією та вибрати матеріали, конструкцію конструкції, захист від корозії тощо. Вжити заходів для забезпечення розрахункового терміну служби контейнера.

4 Режими несправностей, задіяні в інших стандартах

У зарубіжних країнах встановлені відповідні стандарти щодо режиму пошкодження обладнання, що працює під тиском. Наприклад, API 571, API 579, API 580 та API 581 Американського інституту нафти містять відповідний вміст щодо способу пошкодження посудин під тиском. У стандарті API 571 введено чотири основні категорії та 44 режими пошкоджень у загальній промисловості, а також введено три основні категорії та 18 режимів пошкоджень у нафтопереробній промисловості. У стандарті NB23 Сполучених Штатів, директиві PED Європейського Союзу, стандарті BS7910 Сполученого Королівства та стандарті NACE Сполучених Штатів також задіяні види пошкодження обладнання, що працює під тиском.

Моя країна наразі розробляє стандарт «Розпізнавання видів пошкоджень обладнання, що працює під тиском», і планує запропонувати відносно повний набір видів пошкоджень і методів ідентифікації, придатних для поточної ситуації з обладнанням, що працює під тиском, у моїй країні. Зміст в основному включає теорію основних видів пошкодження та механізмів відмови обладнання, що працює під тиском. Опис, форма, фактори впливу, чутливі матеріали, обладнання чи компоненти, які можуть вийти з ладу, методи випробувань тощо. Проект стандарту «Розпізнавання моделей пошкоджень обладнання, що працює під тиском» поділяє моделі пошкоджень обладнання, що працює під тиском, у моїй країні на п’ять категорій і 73 типів, у тому числі 25 типів корозійного розрідження, 13 типів розтріскування в навколишньому середовищі, 15 видів розтріскування матеріалу, 11 видів механічних пошкоджень та інших пошкоджень. 9 видів. Вже оприлюднений GB/T 26610.1-2011 «Інструкції щодо впровадження інспекції систем обладнання під тиском на основі оцінки ризику, частина 1: Основні вимоги та процедури впровадження» також посилається на метод класифікації виду пошкодження в проекті стандарту.