ما هي أنواع فشل الخزانات تحت الضغط الرئيسية؟

Thread Content

كما هو مذكور في العنوان، هذا ملخص قمت بإعداده أثناء عملية المراجعة الذاتية، وأود مشاركته ومناقشته مع الجميع: ما هي أنواع فشل الخزانات تحت الضغط؟ الجواب: يمكن تصنيف أسباب فشل الخزانات تحت الضغط إلى ثلاث فئات رئيسية، وهي أنماط الفشل على المدى القصير، وأنماط الفشل على المدى الطويل، وأنماط الفشل الناتجة عن التكرار. من بينها: تشمل أنماط الفشل على المدى القصير: (1) الكسر الهش ； (2) الكسر المرن ； (3) تسرب الوصلات الناتج عن التشوه الزائد ； (4) تكوّن الشقوق أو التمزقات الناتجة عن الإجهاد المحلي الزائد ； (5) عدم الاستقرار المرن أو البلاستيكي أو المرن-البلاستيكي (الانهيار) ； تشمل أنماط الفشل على المدى الطويل: (6) الكسر الناتج عن الانزلاق ； (7) الانزلاق – التشوه الزائد في نقاط الربط الميكانيكية، أو ما يؤدي إلى نقل أحمال غير مسموح بها ； (8) فقدان الاستقرار بسبب الانزلاق التدريجي ； (9) التآكل والتخريب ； (10) التأثيرات البيئية التي تسبب التشققات (مثل التشققات الناتجة عن التآكل تحت الضغط، والتشققات الناتجة عن الهيدروجين) ； (11) التشوه المرن القابل للتوسع ； (12) اللدونة المتناوبة ； (13) إجهاد التعب المرن (تعب الترددات المتوسطة والعالية) أو إجهاد التعب المرن-البلاستيكي (تعب الترددات المنخفضة) ； (14) البيئة تساهم في الشعور بالتعب. بالنسبة لمعايير الخزانات تحت الضغط، يجب أخذ أنماط الفشل التالية في الاعتبار على الأقل عند تحديد معايير التصميم وأساليبه: الكسر الهش، والكسر المرن، وتسرب الوصلات، وفقدان الاستقرار المرن أو البلاستيكي، والكسر الناتج عن الانزلاق. ما هي الخصائص العامة للكسر الهش في الخزانات تحت الضغط؟ ما هي أسباب حدوثه؟ ما هي تدابير الوقاية منه؟ الجواب: الكسر الهش هو نوع من الأضرار المفاجئة، وله آثار خطيرة للغاية. وبما أنه يحدث في ظروف إجهاد منخفضة، فإنه يُسمى أيضًا كسرًا ناتجًا عن ضغط منخفض. خصائص الكسر الهش كالتالي: (1) عادةً لا يحدث أي تمدد واضح في الأوعية التي تتعرض للكسر الهش، كما أن سمك جدران هذه الأوعية لا يقل عادةً ； (2) تكون الشقوق متساوية في الارتفاع، وتكون عمودية على اتجاه الإجهاد الرئيسي. معدل انكماش المقطع العرضي بالقرب من نقطة الكسر صغير جدًا، ولا يتجاوز عادةً 3%. على مواقع كسر الأوعية ذات الجدران السميكة، غالبًا ما تظهر خطوط على شكل حرف “V” أو خطوط شعاعية، وهذه من أهم الخصائص المجهرية للكسر الهش ； (3) يبدأ تكوّن نقاط الشق دائمًا من نقاط تركز الإجهاد في الهيكل (الأماكن التي توجد فيها عيوب أو تغيرات في الشكل الهندسي). وعندما يصل حجم الشق إلى الحد الحرج، فإنه يتوسع بسرعة، مما يؤدي إلى انكسار الهيكل ； (4) يحدث التدمير عادةً في لحظة واحدة، وتكون سرعة الانكسار كبيرة جداً، مما يجعل من الصعب تفريغ الضغط داخل الوعاء عبر شق صغير، ولذلك غالباً ما ينكسر الجسم إلى قطع صغيرة، وغالباً ما تتطاير هذه القطع في كل الاتجاهات ； (5) تحدث معظم حوادث الكسر الهش في درجات حرارة منخفضة. الأسباب الرئيسية للكسر الهش هي: (1) ضعف مرونة المادة ； (2) تركز الإجهادات الطبيعية في الحاويات ونقاط اللحام ； (3) يوجد ضغط توتر متبقي ； (4) حدث تشوه ناتج عن المعالجة الباردة غير المناسبة أثناء عملية التصنيع. تتمثل تدابير الوقاية من الكسر الهش فيما يلي: (1) تقليل تركز الإجهاد في الهيكل واللحامات، مع السعي قدر الإمكان إلى إزالة جميع عيوب الخزان. لذلك، يجب الانتباه في مراحل تصميم اللحام واختيار المواد وعملية اللحام والفحص، إلى تقليل تركز الإجهاد قدر الإمكان، وضمان انتقال سلس في نقاط الربط، لمنع حدوث عيوب مثل الشقوق والحواف غير المنتظمة ； (2) يجب أن يتمتع مادة الوعاء بمرونة جيدة. يجب اختيار المواد وفقًا لظروف استخدام الحاوية (وخاصة درجة الحرارة)، بحيث تحقق هذه المواد مؤشرات المتانة المطلوبة خلال فترة الاستخدام. تجنب رفع أو خفض الضغط داخل الحاوية بسرعة أثناء التوقف والانطلاق، مما قد يؤدي إلى انخفاض حاد في مرونة المواد ； (3) إزالة الإجهادات المتبقية. لذلك، يجب أن يتم تصميم وتصنيع الأجزاء بحيث يكون ترتيب الخيوط اللحامية مناسبًا، كما يجب اتخاذ تدابير مناسبة أثناء عملية اللحام، وبعد اللحام يجب إجراء معالجة حرارية حسب الظروف ； (4) تعزيز الفحص غير المدمر للمنتجات المصنوعة والقيد الاستخدام. إن إجراء الفحوصات الدورية وفحوصات عدم التلف وفقًا للوائح ذات الصلة، هو إجراء بالغ الأهمية لضمان عدم حدوث حوادث هشاشة في الحاويات. ما هي الخصائص العامة للتلف المرن في الخزانات تحت الضغط؟ ما هي أسباب حدوثه؟ ما هي تدابير الوقاية منه؟ الجواب: تشمل خصائص الكسر المرن ما يلي: (1) يحدث تشوه بلاستيكي واضح في جدران الوعاء بعد كسره، حيث يمكن أن تصل نسبة التشوه المتبقية في الحجم وأقصى نسبة امتداد في الطول إلى 10%، وفي بعض الحالات قد تصل إلى 20% ； (2) الكسر لونه رمادي داكن وعلى شكل ألياف، ولا يوجد عليه بريق معدني ； المنفذ غير مستوٍ، ويشكل زاوية 45° مع اتجاه الإجهاد الرئيسي ； على شكل تمزق ； (3) عند تدمير الحاويات الأسطوانية، فإنها عادةً ما تكون على شكل بالوني، صغيرة من الطرفين وكبيرة في المنتصف ； (4) عادةً لا يحدث تفتت، أي لا تتكون شظايا أو تكون هناك شظايا قليلة فقط، بل ينشأ فتحة واحدة فقط. يعتمد حجم الشق على طاقة التمدد أثناء انفجار الحاوية ； (5) يكون الضغط الفعلي لانفجار الحاوية قريبًا من الضغط المحسوب للانفجار، وغالبًا ما يكون هذا الضغط لا يقل عن قوة الخضوع أو قوة الشد للمادة. تشمل أسباب الفشل الناتج عن عدم المتانة ما يلي: (1) الحشو الزائد (بالنسبة لخزانات الغاز المسال) ； (2) الضغط الزائد أثناء الاستخدام ； (3) تقليل سمك جدار الحاوية. لمنع حدوث حوادث تلف الخزانات تحت تأثير الضغط، فإن أهم إجراء هو ضمان أن يكون الإجهاد الكلي على جدران الخزان أقل من حد الاستسلام لمادة الجدران في جميع الظروف. ولتحقيق ذلك، يجب اتخاذ تدابير وقائية مهمة، ومنها: (1) يجب أن يتم تصميم الخزانات بعناية، بحيث يكون لها سمك كافٍ، لضمان قدرتها على العمل تحت الضغوط المحددة، مع الحفاظ على الإجهاد على جدرانها ضمن النطاق المسموح به ； (2) يجب تركيب أجهزة تخفيف الضغط الأمنية في الحاويات وفقًا للمواصفات، مع ضمان كفاءتها وسلامتها ； (3) يجب تطبيق إجراءات تشغيل الحاويات تحت الضغط بدقة، لمنع تشغيل الحاويات تحت ضغط زائد ； (4) تعزيز عمليات الصيانة والفحص للخزانات قيد الاستخدام، واتخاذ تدابير فعّالة لمنع المواد المسببة للتآكل والغلاف الجوي من إتلاف هذه الخزانات. أثناء الفحص، إذا تبين أن جدران الحاوية قد تعرضت للتآكل مما أدى إلى انخفاض كبير في سمكها، أو إذا لوحظ حدوث تشوه بلاستيكي واضح في جدران الحاوية أثناء التشغيل، فيجب التوقف عن استخدامها. ما هي الخصائص العامة للتلف الناتج عن التعب في الحاويات تحت الضغط؟ ما هي أسباب حدوثه؟ ما هي تدابير الوقاية منه؟ الجواب: تشمل خصائص الفشل الناتج عن التعب بشكل عام ما يلي: (1) يحدث تشوه بلاستيكي واضح في جدران الوعاء بعد حدوث الفشل، كما أن القطر لا يزداد بشكل ملحوظ، ولا يحدث انخفاض كبير في سمك الجدران أيضًا ； (2) عادةً ما يوجد في منطقة الكسر الناتج عن التعب منطقتان واضحتان: الأولى هي منطقة نشوء الشقوق الناتجة عن التعب وتوسعها، والثانية هي منطقة الكسر النهائي. معظم الخزانات التي تتعرض للضغوط لديها دورات تغير في الإجهاد طويلة، ويكون انتشار الشقوق بطيئًا، لذلك يمكن أحيانًا ملاحظة وجود أنماط قوسية في انتشار الشقوق. إذا كانت خطوط التعب على سطح الكسر واضحة، فيمكن أيضًا تحديد نقطة بداية الشقوق الناتجة عن التعب بناءً عليها. غالبًا ما يحدث في الأماكن التي يتركز فيها الإجهاد ； (3) يؤدي تلف الحاوية بسبب التعب إلى ظهور شق، مما يتسبب في تسرب المحتويات وبالتالي فشل الحاوية ； (4) يحدث الانفجار دائمًا بعد تعرض الوعاء لضغوط متكررة ثم خفض الضغط عنه. الشروط الرئيسية التي تؤدي إلى حوادث التلف الناتج عن التعب هي: (1) وجود تركز شديد في الإجهادات داخل الحاويات ونقاط اللحام ； (2) تتجاوز الإجهادات المحلية في بعض المناطق قوة الخضوع لدى المادة. الظروف التشغيلية غير الطبيعية التي تؤدي إلى حوادث التلف بسبب الإرهاق تتمثل أساسًا في: (1) تشغيل وإيقاف الخزان بشكل متكرر، مما يعرض الخزان لضغوط متكررة بشكل مفرط ； (2) يتغير الضغط داخل الحاوية أو يتذبذب ضمن نطاق واسع أثناء عملها ； (3) تحدث تغيرات دورية كبيرة في درجة حرارة الوعاء أثناء عمله، مما يؤدي إلى تأثيرات متكررة للإجهاد الحراري على جدران الوعاء ； (4) يوجد اهتزاز قسري شديد في الحاوية أو موصلاتها، مما يؤدي إلى ظهور إجهادات محلية ； (5) يتعرض الحاوية لأحمال خارجية دورية. يحدث تلف الحاوية بسبب التعب، وذلك نتيجة للأحمال المتغيرة وارتفاع الإجهادات المحلية. لمنع حدوث مثل هذه الحوادث، بالإضافة إلى تجنب الضغط المتكرر غير الضروري أثناء التشغيل، وكذلك التغيرات الكبيرة في درجة الحرارة، فإن من الأهم أيضًا، عند تصميم الخزانات، تقليل الإجهادات المحلية إلى أدنى حد ممكن، بحيث لا تتجاوز الحدود القصوى التي يمكن للمادة تحملها. إذا كان من المستحيل تجنب حدوث إجهادات محلية عالية على الحاوية، فيجب إجراء تحليل للتعب وتصميم يأخذ في الاعتبار عوامل التعب. ما هي خصائص التلف الناتج عن الانزلاق في الخزانات تحت الضغط؟ ما هي الشروط التي تؤدي إلى حدوث حوادث التلف الناتج عن الانزلاق؟ الجواب: تشمل خصائص التلف الناتج عن الانزلاق بشكل عام ما يلي: (1) وجود تشوه واضح، ويعتمد حجم هذا التشوه على قدرة المادة على الانكماش في درجات الحرارة العالية ； (2) يكون شكل الكسر على هيئة كسر هش ； (3) يحدث عملية تحويل الفولاذ إلى جرافيت. شروط حدوث حوادث التلف الناتج عن الانزلاق هي: (1) اختيار المواد بشكل غير مناسب، أي استخدام مواد لها خصائص مرونة جيدة في درجات الحرارة العادية، لكنها تصبح هشة في درجات الحرارة العالية، أو استخدام الفولاذ الكربوني العادي بدلاً من الفولاذ المركب ذو الخصائص الممتازة في مقاومة الانزلاق ； (2) قد يؤدي عدم تناسق الهيكل، وسوء الاستخدام، وسوء الصيانة إلى ارتفاع درجة الحرارة في مناطق معينة. نرحب بكل الانتقادات والتصحيحات والمناقشات والإضافات والتحسينات.