基础知识-应力、疲劳损伤及其控制
发布时间:2024年02月23日 23:08

化工生产过程中,应力是一项看不见摸不着的,但是又处处存在的,而且还可能对工艺生产和安全有重大影响的因素。2015年6月28日,鄂尔多斯市准格尔旗内蒙古伊东集团九鼎化工有限责任公司发生一起因为焊接处理不当,存在焊接应力,在压力状态下,压力容器应力破损而发生爆炸事故。该较大生产安全事故,造成3人死亡,6人受伤,直接经济损失人民币800多万元。

公众号文章已经对应力概念及基本信息进行了阐述,详细内容可以参考:

基础知识-什么是应力 前面我们所分析的应力只是说明其受外力影响的情况,但是尚未分析外部力随时间发生变化时的应力的情况。本文将介绍随时间变化应力及应力的控制措施。

外力不随时间发生变化的应力为静应力,除了静应力之外,还有动应力。动应力是物体内部的应力随时间发生变化的应力。

动应力有一种特殊情况,应力随着时间做周期性的变化,这种应力叫做交变应力。

无论是塑形材料还是脆性材料,动应力对材料有较大的损坏。这种破坏不是前面所说的达到材料极限而产生的破坏,而是材料发生疲劳所造成的破坏。

疲劳破坏 都表现为脆性断裂 ,无论是塑形材料还是脆性材料。

疲劳破坏前 没有明显的塑形变形

疲劳破坏前应力往往 小于材料可承受的极限

相比于前面所说的由于应力造成的破坏,疲劳造成的破坏危害性更大。

首先,破坏前几乎没有明显的征兆,发生突然。

其次,破坏前受到的外力往往较小,容易忽视。

最后,疲劳破坏往往发生在动设备附近,因此其后果往往是灾难性的。

如何控制应力损伤和应力疲劳呢?笔者从现有的工作经验介绍一些常见的控制措施。

设计控制

从设计上进行应力控制,尽可能的采取多种措施减少应力的产生,降低设计不合理造成的应力集中现象。采用适当的支撑、弹性构件等结构减缓应力基础。

工程控制

在施工、安装及焊接等过程中进行质量把控,确保工程施工按照规范和要求进行,减小因工程施工造成的应力集中现象,降低后期运行中的应力。

材料控制

选用合适且合格的材料。选用合格的材料能够确保材料的强度,尤其是在高应力以及经常出现交变应力或动应力的区域,采用合适且合格的材料能够保证材料具有足够的持久性。

常见的金属强化处理有淬火、渗碳、氮化、滚压、喷丸等。

降低材料表面的粗糙度也可以有效的提高材料抵抗应力的性能。

零部件控制

选用合理的零部件,减少应力集中的可能。降低因为零部件设计不合理造成的应力集中。

选用合格的零件,安装和使用过程中要果断的舍弃不合格和存在瑕疵的零部件。

设计过程中尽可能的减少直角结构,尽可能的采用缓慢的过渡结构。

减震措施

通过设计和采取合适的减震措施,降低因为动应力造成的材料疲劳的可能,提高设备和材料的安全系数和使用寿命。

减震措施可以参考本公众号文章: 工艺运行之设备减振

强化处理

有一些区域虽然经过设计和采取合理的减震措施后,仍然存在较高的应力或者存在较强的动应力,为了确保这一部分区域在使用寿命期间内的安全,可以通过强化处理的方式来增强其抵抗应力的能力,包括选材升级、设计升档以及额外加强件辅助等措施。

强制报废

对于不可避免出现且无法减缓或消除的高应力和动应力的设备和区域,尤其是该设备或区域具有较大的危险性时,需要制定强制报废制度,在应用足够时间后,通过强制报废方式来降低疲劳破坏的可能。

巡检

制定巡检制度,定期对强应力和动应力区域进行检查,制定检查标准,及时的发现可能存在的应力损伤隐患。

制定巡检制度,定期对强应力和动应力区域进行检查,制定检查标准,及时的发现可能存在的应力损伤隐患。

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