圧力容器の故障タイプには主にどのようなものがありますか？

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タイトルの通り、自分が試験の審査時にまとめたものを皆さんと共有し、議論したいと思います。圧力容器の故障タイプには主にどのようなものがありますか？ 答：圧力容器の故障は、その原因によって分類され、主な故障タイプは短期故障モード、長期故障モード、および繰り返し故障モードの3つがあります。その中で：短期失効モードには、（1）脆性破壊が含まれる；（2）延性破壊；（3）過剰変形による継手漏れ；（4）過剰な局所ひずみによる亀裂形成または延性破断；（5）弾性、塑性または弾塑性不安定（崩壊）；長期劣化モードには以下が含まれる：（6）クリープ破断；（7）クリープ－機械的接続部における過度な変形、または許容されない荷重伝達を引き起こすこと；（8）クリープ不安定；（9）侵食、腐食；（10）環境によるき裂の促進（例：応力腐食き裂、水素誘起き裂）；（11）拡張性塑性変形；（12）交互塑性；（13）弾性ひずみ疲労（中周及び高周疲労）または弾塑性ひずみ疲労（低周疲労）；（14）環境は疲労を促進する。圧力容器の規格において、設計基準および設計方法を決定する際には、少なくとも以下の破損モードを考慮しなければならない：脆性破壊、延性破壊、継手漏れ、弾性または塑性不安定、クリープ破壊。 圧力容器の脆性破壊の特徴には、一般的にどのようなものがありますか？その発生原因は何でしょうか？その予防措置とは何でしょうか？答：脆性破壊とは突発的な破壊のことで、非常に危険性が高いです。また、比較的低い応力状態で発生するため、低応力破壊とも呼ばれます。脆性破壊の特徴は以下の通りである：（1）脆性破壊を起こした容器には、一般的に明らかな伸長変形が見られず、容器の壁厚も通常減少しない；（2）亀裂は平滑で、主応力の方向に垂直である。破面付近の断面収縮率は非常に小さく、通常3％を超えない。容器の壁が厚い場合、破面には人字状や放射状の筋模様が見られることがあり、これは脆性破壊の最も主要な宏観的特徴の一つである；（3）破面は常に構造の応力集中部（欠陥や幾何学的形状の急変がある場所）からき裂の発生が始まり、き裂が臨界サイズに達すると急速に拡大し、構造が破断する；（4）破壊はしばしば一瞬にして起こり、破断速度が非常に速いため、容器内の圧力が小さな亀裂から放出されにくい。そのため、脆性破壊ではよく破片に砕け散り、破片が飛び散ることも多い；（5）脆性破壊事故は、多くの場合、温度が低い状況で発生する。 脆性破壊が生じる主な原因は：（1）材料の靭性が低いこと；（2）容器および溶接継手固有の応力集中；（3）残留応力が存在する；（4）製造過程で不適切な冷間加工変形があった。 脆性破壊の予防措置としては、主に以下がある：（1）構造物および溶接部の応力集中を減少させ、容器の各種欠陥を可能な限り排除する。したがって、溶接設計、材料選定、溶接施工、検査といった工程において、応力集中をできるだけ減らし、接合部が滑らかに遷移するようにして、ひび割れや噛み込みといった欠陥を防ぐ必要がある；（2）容器材料は、良好な靭性を持つ必要がある。容器の使用条件（主に温度）に応じて材料を選定し、使用過程において規格で定められた靭性指標を満たすようにする必要がある。停車や発車時の容器の急な圧力変化により、材料の靭性が著しく低下するのを防ぐ；（3）残留応力の除去。したがって、設計・製造時には溶接部の配置を適切に行い、溶接時には適切な措置を講じ、溶接後には状況に応じて熱処理を行う必要がある；（4）製造中および使用中の非破壊検査の強化。**関連法規に基づく定期検査および非破壊検査は、容器の脆性事故を防ぐために極めて重要な措置です。** 圧力容器の靭性破壊の特徴には、一般的にどのようなものがあるか？その発生原因は何でしょうか？その予防策は何ですか？ 答：靭性破壊の特徴には、（1）容器が破壊された後に器壁に明らかな塑性変形が生じ、容積の残留変形率や円周方向の最大伸び率が10％に達し、場合によっては20％にもなることが含まれる；（2）破面は暗灰色の繊維状で、きらめく金属光沢はない；ポートは平坦でなく、主応力方向と45°の角度をなす；裂けたような状態；（3）円筒形容器が破壊した後、ほとんどが両端が細く中央が太いドラム型になる；（4）通常は破砕されず、つまり破片が生じないかごくわずかで、開口部が1つだけできる。亀裂は容器の爆発時の膨張エネルギーによって決まる；（5）容器の実際の破壊圧力は計算された破壊圧力に近く、その圧力は通常、材料の降伏強度または引張強度以上である。 靭性破壊が生じる原因には、（1）過剰な充填（液化ガス容器の場合）がある；（2）使用中の過圧；（3）容器の壁厚の薄減。 圧力容器の靭性破壊事故を防ぐための最も根本的な対策は、いかなる状況下でも容器壁に生じる全膜応力が、その材料の降伏限界を下回るようにすることです。そのために、特に重視すべき予防措置は以下の通りです：（1）使用される圧力容器は、所定の作業圧力下で運用される際に、その壁の応力が許容範囲内に収まるよう、十分な厚さを持つように慎重に設計されなければなりません；（2）容器には規定に従って安全放圧装置を取り付け、その感度が良好であることを確保しなければならない；（3）圧力容器の操作規程を厳格に遵守し、容器の過圧運転を防ぐ；（4）運用中の容器のメンテナンス点検を強化し、腐食性媒体や大気による容器の腐食を防ぐための有効な措置を講じる。点検の際、容器の壁面が腐食して厚みが著しく減少していることが判明した場合、または運用中に容器の壁面に顕著な塑性変形が生じた場合は、使用を中止しなければならない。 圧力容器の疲労破壊の特徴には、一般的にどのようなものがあるか？その発生原因は何でしょうか？その予防策は何ですか？ 答：疲労破壊の特徴としては、一般的に以下が挙げられる：（1）容器が破壊された後、器壁には明らかな塑性変形が生じ、直径は著しく増大せず、ほとんどの壁厚も顕著に減少しない；（2）疲労破壊の破面には、一般的にかなり明確な2つの領域が存在する。一つは疲労き裂が発生し拡大する領域で、もう一つは最終的に破断する領域である。ほとんどの圧力容器では応力変動の周期が長く、き裂の進展も遅いため、時としてき裂進展による弧状の模様が見られることがある。破面の疲労線がはっきりしていれば、それによって疲労き裂の発生源を特定することもできる。それはしばしば応力集中部で生じる；（3）容器の疲労破壊は多くの場合、ひとつの亀裂を生じさせ、容器が漏れ出して機能しなくなる；（4）破壊は、常に容器が繰り返し加圧と減圧を経た後に起こる。 疲労破壊事故が発生する条件として主に以下がある：（1）容器および溶接継手にかなり深刻な応力集中が存在する；（2）個別の部位における局所応力が材料の降伏強度を超える。 疲労破壊事故を引き起こす異常な運転条件は、主に以下の通りである：（1）タンクが頻繁に起動・停止を繰り返し、過度な繰り返し応力にさらされること；（2）容器の運転中に圧力が広範囲にわたって変化または変動する；（3）容器の作業温度が周期的に大きく変動し、器壁に熱応力が繰り返し作用する；（4）容器またはその接続部に激しい強制振動が生じ、それによって局部的な応力が発生する；（5）容器は周期的な外部荷重の作用を受ける。 容器の疲労破壊は、変動する荷重および局所的な応力の過大によって引き起こされる。このような事故を防ぐためには、運転中に不必要な頻繁な加圧・減圧や急激な温度変化をできるだけ避けることに加えて、より重要なのは容器を設計する際に局部的なピーク応力をできるだけ低減し、材料の耐久限界値を超えないようにすることです。もし容器において避けられないほど高い局所応力が生じる場合は、疲労解析と疲労設計を行うべきである。 圧力容器のクリープ破壊の特徴にはどのようなものがあるか？クリープ破壊事故が発生する条件にはどのようなものがあるか？ 答：クリープ破壊の特徴は一般的に、（1）明らかな変形が生じ、その変形量は材料の高温における塑性と関連している、というものです；（2）破面は脆性破壊の様相を呈する；（3）鋼中で黒鉛化過程が起こる。クリープ破壊事故の条件としては：（1）材料選定が不適切で、常温時は塑性に優れるが高温になると脆くなる材料を選んだり、クリープ特性に優れた合金鋼の代わりに一般的な炭素鋼を使用したりすること；（2）構造が不適切、操作が不適切、保守管理が不適切であると、局部的に過熱する可能性がある。 ご批判、ご指摘、ご討論、ご補足、ご改善をお待ちしております。