Introduction aux modes de défaillance des appareils sous pression

La défaillance d'un récipient sous pression est un état dans lequel les dommages se sont accumulés dans une certaine mesure et la résistance, la rigidité ou la fonction du récipient ne peuvent pas répondre aux exigences d'utilisation. Alors, comment les dégâts se produisent-ils? En fait, les dommages sont un processus. Sous l'action d'une force mécanique extérieure, d'un milieu ambiant, d'une action thermique, etc. seuls ou en combinaison, les performances du matériau diminuent, la structure est discontinue ou la capacité portante diminue, ce qui est un endommagement. Une fois qu'un dommage survient, il ne tombe pas nécessairement en panne, et lorsqu'une panne survient, il doit y avoir un dommage.

Le mode de défaillance est la base de conception du récipient sous pression. La méthode de conception (critères) vise le mode de défaillance. La première étape de la conception du récipient sous pression doit consister à déterminer le mode de défaillance possible du récipient ; Rapport d'évaluation des risques sur les principaux modes de défaillance, contrôle des risques, etc. De plus, l'évaluation des résultats d'inspection de l'appareil sous pression est également basée sur le mode de défaillance.

2 Classification ISO 16528 des modes de défaillance

La norme internationale ISO 16528 Chaudières et appareils à pression, en cours d'élaboration, intègre les normes techniques des grands pays industriels mondiaux et fait référence au contenu des normes européennes. Pour les modes de défaillance courants des chaudières et des récipients sous pression, les modes de défaillance sont résumés en trois catégories dans la norme : 14 types, clarifiant le concept de conception des modes de défaillance.

2.1 La première catégorie : les modes de défaillance à court terme

(Modes de défaillance à court terme)

1) Rupture fragile

Le conteneur ne présente aucune déformation plastique évidente et la valeur de contrainte dans la paroi est bien inférieure à la limite de résistance du matériau.

Fractures qui se produisent même en dessous de la limite d'élasticité du matériau. Les principales raisons de la rupture fragile sont la fragilisation du matériau (mauvaise sélection de matériaux, technologie de traitement des matériaux inappropriée, vieillissement par contrainte, environnement de fonctionnement difficile) et les défauts du matériau lui-même.

2) Rupture ductile

Sous l'action de la pression et d'autres charges, la valeur de contrainte générée atteint ou est proche de la limite de résistance du matériau de la paroi et la rupture se produit. Habituellement, les principales raisons de la rupture ductile des récipients sous pression en acier au carbone sont une épaisseur de paroi trop mince (épaisseur de paroi de conception insuffisante et amincissement dû à la corrosion), une pression interne élevée ou une mauvaise sélection de matériaux et une installation qui ne répond pas aux exigences de sécurité.

3) Fuite au niveau des joints due à des déformations excessives

La défaillance des surfaces d'étanchéité des différentes interfaces du conteneur ou la fuite des joints des tuyaux de dilatation est causée par la défaillance. Le fluide qui fuit peut provoquer des accidents de combustion, d'explosion et d'empoisonnement, et causer une grave pollution de l'environnement.

4) Formation de fissures ou déchirure ductile due à des contraintes locales excessives

5) Instabilité-élastique, plastique ou élastique-plastique

Sous l'action d'une contrainte de compression, la rupture provoquée par la perte soudaine de sa géométrie régulière d'origine de l'enceinte sous pression est appelée rupture par flambage. Une caractéristique importante de l'instabilité élastique du conteneur est que la déflexion élastique n'est pas proportionnelle à la charge et que la pression critique n'a rien à voir avec la résistance du matériau, qui dépend principalement de la taille du conteneur et des propriétés élastiques. du matériau, mais lorsque le niveau de contrainte dans le récipient dépasse la limite d'élasticité du matériau et La pression critique est également liée à la résistance du matériau en cas d'instabilité inélastique.

2.2 La deuxième catégorie : les modes de défaillance à long terme

(Modes de défaillance à long terme)

1) Rupture par fluage

Le récipient sous pression est soumis à une charge à long terme à haute température, et le matériau subit une déformation plastique lente à mesure que le temps augmente, et la déformation plastique s'accumule pendant une longue période, entraînant une réduction significative de l'épaisseur ou une déformation bombée, ce qui conduit finalement à la rupture du vaisseau. Lorsque le récipient sous pression flue, la température de la paroi atteint ou dépasse généralement 25 à 35 % de la température de fusion du matériau. La quantité de déformation de la rupture par fluage dépend de la ténacité du matériau et la valeur de contrainte à la rupture est inférieure à la limite de résistance du matériau à la température de service.

2) Déformations excessives par fluage au niveau des joints mécaniques ou entraînant un transfert de charge inacceptable

3) Instabilité au fluage

La déformation accumulée progressivement au fil du temps est une déformation par fluage, et une instabilité par fluage se produira lorsque la déformation par fluage se développera dans une certaine mesure.

4) Érosion, corrosion

Sous l'action d'un milieu corrosif, le matériau du récipient sous pression, tel qu'un réservoir en acier au carbone, réduira l'épaisseur de la paroi en raison d'une corrosion uniforme

Et les piqûres causées par le changement de la structure du matériau ou la corrosion locale, les propriétés mécaniques du matériau sont réduites et la fracture se produit en raison de la capacité portante insuffisante du conteneur. Les mécanismes de corrosion des récipients sous pression comprennent la corrosion chimique et la corrosion électrochimique. Les formes de corrosion comprennent la corrosion uniforme, la corrosion par piqûres, la corrosion intergranulaire, la corrosion sous contrainte, la corrosion caverneuse, la corrosion par l'hydrogène, la corrosion bimétallique, etc.

5) Fissuration assistée par l'environnement, telle que fissuration par corrosion sous contrainte, fissuration par l'hydrogène, etc. (fissuration assistée par l'environnement, par exemple fissuration par corrosion sous contrainte, fissuration induite par l'hydrogène, etc.)

2.3 La troisième catégorie : les modes de défaillance cycliques

(Modes de défaillance cycliques)

1) Déformation plastique progressive

2) Plasticité alternée

3) Fatigue sous contraintes élastiques (fatigue moyenne et élevée) ou sous contraintes élasto-plastiques (fatigue oligocyclique)

4) Fatigue assistée par l'environnement

3 Go150-2011 Prise en compte des modes de défaillance

Après des années de temps et en se référant au contenu technique de normes internationales similaires, GB150-2011 "Pressure Vessel" a directement et indirectement pris en compte les modes de défaillance suivants dans le contenu technique, et a déterminé les critères de conception correspondants et la théorie de résistance pour le considérés comme des modes de défaillance. :

Rupture fragile : prévenir l'apparition d'une rupture fragile grâce aux exigences de sélection des matériaux, aux exigences de ténacité des matériaux, aux exigences de fabrication et d'inspection et aux exigences de forme structurelle ;

Rupture ductile : prévenir l'apparition d'une rupture ductile grâce aux exigences de sélection des matériaux, aux méthodes de conception de la résistance structurelle et aux réglementations sur les contraintes admissibles ;

Fuite au niveau des joints : grâce à la méthode de conception des brides et à la méthode de conception spéciale de la structure d'étanchéité, aux exigences structurelles et aux exigences d'étanchéité des joints, des goujons et des écrous, l'apparition de fuites au niveau des joints est évitée ;

Instabilité élastique ou plastique (Instabilité élastique ou plastique) : prévenir l'instabilité globale grâce à des méthodes de conception structurelle à pression externe ; contrôler l'instabilité plastique locale par l'analyse et l'évaluation des contraintes locales ;

Rupture par fluage : contrôle de l'apparition de la rupture par fluage en limitant la plage de température du matériau.

La corrosion est un mode de défaillance courant des récipients sous pression, mais elle varie considérablement selon les différentes applications d'ingénierie et ne peut pas être spécifiée dans la norme. Par conséquent, GB150 stipule que le concepteur doit tenir compte du mode de défaillance par corrosion et choisir les matériaux, la conception structurelle, la protection contre la corrosion, etc. Prendre des mesures pour garantir la durée de vie du conteneur.

4 Modes de défaillance impliqués dans d'autres normes

Des normes correspondantes ont été établies pour le mode d'endommagement des équipements sous pression dans les pays étrangers. Par exemple, l'API 571, l'API 579, l'API 580 et l'API 581 de l'American Petroleum Institute contiennent toutes un contenu pertinent sur le mode d'endommagement des récipients sous pression. Dans la norme API 571, quatre grandes catégories et 44 modes de dommages dans l'industrie générale sont introduits, et trois grandes catégories et 18 modes de dommages dans l'industrie du raffinage sont introduits. Dans la norme NB23 des États-Unis, la directive PED de l'Union européenne, la norme BS7910 du Royaume-Uni et la norme NACE des États-Unis, les modes de dégradation des équipements sous pression sont également concernés.

mon pays est en train d'élaborer la norme de "Reconnaissance des Modes de Dégradation des Equipements Sous Pression", et prévoit de proposer un ensemble relativement complet de modes de dégradation et de méthodes d'identification adaptés à la situation actuelle des équipements sous pression dans mon pays. Le contenu comprend principalement la théorie des principaux modes d'endommagement et des mécanismes de défaillance des équipements sous pression. Description, forme, facteurs d'influence, matériaux sensibles, équipements ou composants susceptibles de tomber en panne, méthodes d'essai, etc. types, y compris 25 types d'amincissement par la corrosion, 13 types de fissuration environnementale, 15 types de fissuration des matériaux, 11 types de dommages mécaniques et autres dommages. 9 sortes. La norme GB/T 26610 déjà promulguée.1-2011 "Directives de mise en œuvre pour l'inspection basée sur les risques des systèmes d'équipements sous pression, partie 1 : Exigences de base et procédures de mise en œuvre" fait également référence à la méthode de classification du mode de dommage dans le projet de norme.