江苏省特种设备安全监督检验研究院徐州分院 江苏徐州 221011
摘要：在设计阶段全面考虑压力容器的风险控制，可以减少压力容器因设计要求不足导致在使用过程中发生突然失效或过早失效，也可避免因要求过高造成不必要的浪费，进行风险评估是保证压力容器安全的重要环节。
关键词：压力容器；失效模式 ；风险分析
1.失效模式与风险评估现状
在《固容规》中引入设计阶段的风险评估要求是我国压力容器开始进入基于失效模式的设计和风险控制的尝试性工作，目的在于设计阶段全面分析压力容器可能出现的失效模式，更可靠的进行设计，保障压力容器的本质安全，对于压力容器安全管理人员和作业人员进行安全控制具有重要的辅助作用。
2压力容器风险评估的基本过程
2.1压力容器的危险和风险分析
压力容器失效是发生在 ：所使用环境、时间范围内，由于材料性能、尺寸等方面发生变形或失去设计功能和寿命的状况下。由于压力容器本身的特殊性，其受压元件、安全附件等设计有可靠性功能的部分，是导致危险发生的关键因素。压力容器结构的强度、刚度、密封性、稳定性、耐蚀性任何一个环节出现失效，必然会引发潜在危险，带来爆炸、中毒、环境污染等严重后果。因此，在对压力容器的风险评估分析过程中，需要针对危险源种类、风险肯恩、风险评价准则、风险后果、风险控制措施等方面进行确认和建立。例如：腐蚀减薄、金相组织变化、机械损伤等方面问题带来的断裂、变形、破损等情况，会直接对危险源区域所在的人员带来危害，以及其他的破坏、损失。
2.2 设计阶段应关注的压力容器失效模式
压力容器设计阶段，要考虑的失效模式主要指脆性断裂、韧性断裂、蠕变断裂、弹塑性失稳及疲劳失效、泄漏及腐蚀。设计思路方面，主要弹性失效、弹塑性失效、塑性失效、爆破失效、疲劳失效、失稳失效等准则。低温容器设计过程中，就必须要考虑到脆断失效 ；高温容器，则需对蠕变失效准则加以考虑 ；不锈钢压力容器则对应的是腐蚀失效。
（1）风险分析计划内容
在对压力容器失效风险分析计划过程中，应当从表1 几个方面进行充分考虑。
压力容器所存在的危害要素进行确认以后，需要根据压力容器自身的结构强度、刚度、稳定性、特殊性能、安全附件可靠性，通过ISO/CD16528 给出3大类、14 种失效模式，按照《承压设备损伤模式识别》标准，进而将失效模式所对应的失效机理进行全面分析，找出设备、设施、材料、安全附件、环境因素等直接、间接带来的失效原因，通过表2 来进行失效模式阐述。
对压力容器设计过程中，务必要考虑到任何可能出现的失效模式比如压力容器自身的最大应力、应力组合是否出现屈服，外压压应力是否已经到达失稳临界点，腐蚀失效对于厚度减薄的影响等。
（4）消除或降低风险的措施
表2 中所涉及到的危害项目，针对压力容器主要失效模式 ：爆炸、断裂、泄漏、腐蚀、损伤、过量变形或材料性能退化情况，要从设计制造、运行操作管理、检测维修以及预防外来损伤方面进行控制管理。
例如：一台 180m3规格的柴油加氢反应器，其中所存在的介质是氢气、硫化氢、柴油，其设计使用温度为 430 ℃，压力为9.2 MPa，12Cr2Mo1R 是主要受压元件材料。按照其使用介质特性、工况，先将风险来源主体、子项目进行仔细分析后，对变形、破损、泄露、爆炸等风险子项目加以对照确认，如此便可以让危害部位得以确认，其损伤模式则为 ：
均匀腐蚀、高温氧化、应力腐蚀 ；短时延性破坏、长时蠕变破坏、蠕变疲劳、过度变形、逐渐趋向于结构坍塌 ；压力容器用材料的石墨化、回火脆化等金相组织变化等 ；氢致裂纹、应力导向型氢致裂纹、应力腐蚀裂纹等。
结语：综上所述，设计阶段将基于失效模式的风险评估应用在压力容器中，能够让设计人员掌握、总结更丰富的数据与经验，能最大限度的避免风险，所有失效模式都能提出科学合理的分析、评估，并提出安全可靠的风险控制措施，这对于压力容器在设计使用寿命阶段安全运行消除隐患奠定基础。
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论文作者:韩勇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第4期
论文发表时间:2017/7/7
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