مقدمة لأوضاع فشل أوعية الضغط

إن فشل وعاء الضغط هو حالة تراكم فيها الضرر إلى حد معين ، ولا يمكن لقوة أو صلابة أو وظيفة الوعاء تلبية متطلبات الاستخدام. فكيف يحدث الضرر؟ في الواقع ، الضرر هو عملية. تحت تأثير القوة الميكانيكية الخارجية ، البيئة المتوسطة ، العمل الحراري ، وما إلى ذلك ، بمفردها أو مجتمعة ، ينخفض ​​أداء المواد ، أو يكون الهيكل متقطعًا أو تقل قدرة التحمل ، وهو ضرر. بعد حدوث الضرر ، لا يفشل بالضرورة ، وعند حدوث العطل ، يجب أن يكون هناك ضرر.

وضع الفشل هو أساس تصميم وعاء الضغط. تهدف طريقة التصميم (المعايير) إلى وضع الفشل. يجب أن تكون الخطوة الأولى في تصميم وعاء الضغط هي تحديد طريقة العطل المحتمل للوعاء ؛ تقرير تقييم المخاطر حول أوضاع الفشل الرئيسية ، والتحكم في المخاطر ، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، يعتمد تقييم نتائج الفحص لأوعية الضغط أيضًا على وضع الفشل.

2 تصنيف ISO 16528 لأنماط الفشل

المعيار الدولي ISO 16528 للغلايات وأوعية الضغط ، الذي يتم تطويره ، يدمج المعايير الفنية للدول الصناعية الكبرى في العالم ، ويشير إلى محتوى المعايير الأوروبية. بالنسبة لأنماط الفشل الشائعة للغلايات وأوعية الضغط ، يتم تلخيص أوضاع الفشل في ثلاث فئات في المعيار: 14 نوعًا ، مما يوضح مفهوم التصميم لأنماط الفشل.

2.1 الفئة الأولى: أنماط الفشل قصيرة المدى

(أوضاع الفشل قصيرة المدى)

1) كسر هش

لا تحتوي الحاوية على تشوه بلاستيكي واضح ، وقيمة الإجهاد في الجدار أقل بكثير من حد قوة المادة.

الكسور التي تحدث حتى أقل من حد العائد للمادة. الأسباب الرئيسية للكسر الهش هي تقصف المادة (اختيار غير لائق للمواد ، تكنولوجيا معالجة المواد غير الملائمة ، شيخوخة الإجهاد ، بيئة التشغيل القاسية) وعيوب المادة نفسها.

2) تمزق الدكتايل

تحت تأثير الضغط والأحمال الأخرى ، تصل قيمة الإجهاد المتولدة أو قريبة من حد قوة مادة الجدار ويحدث الكسر. عادةً ما تكون الأسباب الرئيسية لكسر الدكتايل لأوعية الضغط المصنوعة من الصلب الكربوني هي سماكة الجدار الرقيقة جدًا (سمك جدار التصميم غير الكافي والترقيق بسبب التآكل) ، والضغط الداخلي المرتفع أو الاختيار غير المناسب للمواد ، والتركيب الذي لا يلبي متطلبات السلامة.

3) تسرب في المفاصل نتيجة التشوهات المفرطة

يحدث فشل أسطح الختم للواجهات المختلفة للحاوية أو تسرب وصلات أنابيب التمدد بسبب الفشل. قد يتسبب الوسيط المتسرب في حدوث احتراق وانفجار وتسمم ، كما يتسبب في تلوث بيئي خطير.

4) تشكيل الكراك أو تمزق الدكتايل بسبب السلالات المحلية المفرطة

5) مرونة عدم الاستقرار ، البلاستيك أو البلاستيك المرن

تحت تأثير الضغط الانضغاطي ، يُطلق على الفشل الناجم عن الفقد المفاجئ للهندسة العادية الأصلية لأوعية الضغط فشل التواء. من السمات المهمة لعدم الاستقرار المرن للحاوية أن الانحراف المرن لا يتناسب مع الحمل ، والضغط الحرج لا علاقة له بقوة المادة ، والتي تعتمد بشكل أساسي على حجم الحاوية وخصائص المرونة من المادة ، ولكن عندما يتجاوز مستوى الضغط في الحاوية نقطة إنتاج المادة ويكون الضغط الحرج مرتبطًا أيضًا بقوة المادة عند حدوث عدم استقرار غير مرن.

2.2 الفئة الثانية: أنماط الفشل طويلة المدى

(أوضاع الفشل طويلة المدى)

1) تمزق الزحف

يتعرض وعاء الضغط لحمل طويل الأمد عند درجة حرارة عالية ، وتخضع المادة لتشوه بطيء من البلاستيك مع زيادة الوقت ، ويتراكم التشوه البلاستيكي لفترة طويلة ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في السماكة أو تشوه منتفخ ، مما يؤدي في النهاية إلى تمزق الوعاء. عندما يزحف وعاء الضغط ، تصل درجة حرارة الجدار عمومًا أو تتجاوز 25 في المائة إلى 35 في المائة من درجة حرارة انصهار المادة. تعتمد كمية تشوه تمزق الزحف على صلابة المادة ، وقيمة الإجهاد عند الكسر أقل من حد قوة المادة عند درجة حرارة الخدمة.

2) تشوهات زحف مفرطة في الوصلات الميكانيكية أو تؤدي إلى نقل غير مقبول للحمل

3) زحف عدم الاستقرار

التشوه المتراكم تدريجيًا بمرور الوقت هو تشوه زحف ، وسيحدث عدم استقرار زحف عندما يتطور تشوه الزحف إلى حد معين.

4) التآكل والتآكل

تحت تأثير وسيط التآكل ، فإن مادة وعاء الضغط ، مثل خزان الكربون الصلب ، ستقلل من سمك الجدار بسبب التآكل المنتظم

والحفر الناتجة عن تغيير هيكل المادة أو التآكل الموضعي ، تقل الخواص الميكانيكية للمادة ، ويحدث الكسر بسبب قدرة التحمل غير الكافية للحاوية. تشمل آليات تآكل أوعية الضغط التآكل الكيميائي والتآكل الكهروكيميائي. تشمل أشكال التآكل التآكل المنتظم ، والتآكل الحبيبي ، والتآكل بين الخلايا الحبيبية ، والتآكل الناتج عن الإجهاد ، وتآكل الشقوق ، وتآكل الهيدروجين ، والتآكل ثنائي المعدن ، إلخ.

5) التكسير المدعوم بيئيًا ، مثل التكسير الناتج عن التآكل الإجهادي ، وتكسير الهيدروجين ، إلخ.

2.3 الفئة الثالثة: أوضاع الفشل الدوري

(أوضاع الفشل الدوري)

1) تشوه البلاستيك التدريجي

2) اللدونة بالتناوب

3) التعب تحت سلالات مرنة (إجهاد الدورة المتوسطة والعالية) أو تحت سلالات بلاستيكية مرنة (إجهاد الدورة المنخفض)

4) التعب المدعوم بيئياً

3 غيغابايت 150-2011 النظر في أوضاع الفشل

بعد سنوات من الوقت والإشارة إلى المحتوى الفني لمعايير دولية مماثلة ، راعت GB 150-2011 "وعاء الضغط" بشكل مباشر وغير مباشر أوضاع الفشل التالية في المحتوى الفني ، وحدد معايير التصميم المقابلة ونظرية القوة لـ تعتبر أوضاع الفشل. :

الكسر الهش: منع حدوث الكسر الهش من خلال متطلبات اختيار المواد ، ومتطلبات صلابة المواد ، ومتطلبات التصنيع والتفتيش ، ومتطلبات الشكل الهيكلي ؛

تمزق الدكتايل: منع حدوث تمزق الدكتايل من خلال متطلبات اختيار المواد ، وطرق تصميم القوة الهيكلية ، وأنظمة الضغط المسموح بها ؛

التسرب في الوصلات: من خلال طريقة تصميم الفلنجة وطريقة تصميم هيكل الختم الخاصة ، والمتطلبات الهيكلية والمتطلبات لختم الحشيات ، والمسامير والصواميل ، يتم منع حدوث تسرب في المفصل ؛

عدم الاستقرار المرن أو البلاستيكي (عدم الاستقرار المرن أو البلاستيكي): منع عدم الاستقرار الكلي من خلال أساليب التصميم الإنشائي للضغط الخارجي ؛ السيطرة على عدم استقرار اللدائن المحلية من خلال تحليل الإجهاد المحلي وتقييمه ؛

تمزق الزحف: السيطرة على حدوث تمزق الزحف عن طريق الحد من نطاق درجة حرارة المادة.

التآكل هو نمط فشل شائع لأوعية الضغط ، لكنه يختلف اختلافًا كبيرًا في التطبيقات الهندسية المختلفة ولا يمكن تحديده في المعيار. لذلك ، ينص GB150 على أن المصمم يجب أن يأخذ في الاعتبار وضع فشل التآكل ، واختيار المواد ، والتصميم الهيكلي ، والحماية من التآكل ، وما إلى ذلك. اتخاذ التدابير لضمان عمر تصميم الحاوية.

4 أنماط الفشل المتضمنة في المعايير الأخرى

تم وضع المعايير المقابلة لوضع الضرر لمعدات الضغط في البلدان الأجنبية. على سبيل المثال ، تحتوي كل من API 571 و API 579 و API 580 و API 581 من معهد البترول الأمريكي على محتوى ذي صلة في وضع الضرر لأوعية الضغط. في معيار API 571 ، يتم تقديم أربع فئات رئيسية و 44 وضعًا للضرر في الصناعة العامة ، ويتم تقديم ثلاث فئات رئيسية و 18 وضعًا للضرر في صناعة التكرير. في معيار NB23 للولايات المتحدة ، توجيه PED للاتحاد الأوروبي ، معيار BS7910 للمملكة المتحدة ، ومعيار NACE للولايات المتحدة ، يتم أيضًا تضمين أوضاع تلف معدات الضغط.

يقوم بلدي حاليًا بصياغة معيار "التعرف على أنماط الضرر لمعدات الضغط" ، ويخطط لاقتراح مجموعة كاملة نسبيًا من أنماط الضرر وطرق التحديد المناسبة للوضع الحالي لمعدات الضغط في بلدي. يتضمن المحتوى بشكل أساسي نظرية أوضاع الضرر الرئيسية وآليات فشل معدات الضغط. الوصف ، والشكل ، والعوامل المؤثرة ، والمواد الحساسة ، والمعدات أو المكونات التي قد تفشل ، وطرق الاختبار ، وما إلى ذلك ، يقسم مشروع معيار "التعرف على أنماط الضرر لمعدات الضغط" أنماط الضرر لمعدات الضغط في بلدي إلى خمس فئات و 73 الأنواع ، بما في ذلك 25 نوعًا من ترقق التآكل ، و 13 نوعًا من التكسير البيئي ، و 15 نوعًا من تكسير المواد ، و 11 نوعًا من الأضرار الميكانيكية ، وأضرار أخرى. 9 أنواع. GB / T 26610 الذي تم إصداره بالفعل. 1-2011 "إرشادات التنفيذ للفحص المستند إلى المخاطر لأنظمة معدات الضغط الجزء الأول: المتطلبات الأساسية وإجراءات التنفيذ" يشير أيضًا إلى طريقة تصنيف وضع الضرر في مسودة المعيار.