在役壓力容器裂紋原因及預(yù)防措施

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摘要：壓力容器長時間處在振動環(huán)境中會導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋、刺漏等問題，在振動條件下會愈發(fā)嚴(yán)重直至開裂，為避免這種情況發(fā)生，要提前預(yù)防。本文主要論述了振動環(huán)境中在役壓力容器裂紋原因及預(yù)防措施，深入探究出現(xiàn)這些缺陷的原因，以便及時發(fā)現(xiàn)并預(yù)防，可對壓力容器進(jìn)行細(xì)致的專項檢查，通過詳細(xì)的分析并盡量規(guī)避此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，以供有關(guān)人士參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：振動環(huán)境；在役壓力容器；裂紋原因

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)施，由于工業(yè)水平的不斷進(jìn)步，被大量運(yùn)用在石油、化工等領(lǐng)域。在具體的使用階段，部分壓力容器會由于上下游設(shè)備劇烈振動而引起設(shè)備的疲勞損壞。為保證其可以正常使用，需對其進(jìn)行定期檢測，發(fā)現(xiàn)裂紋問題時要盡快予以解決。基于此，本文對有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了研究，具有鮮明的現(xiàn)實意義。

1在役壓力容器裂紋原因分析

1.1疲勞裂紋

這種裂紋一般出現(xiàn)在壓力容器管道表面上交接應(yīng)變位置，在這種情況下，機(jī)械性疲勞裂紋多為直線型，在形成裂紋前期，長度偏短，范圍小。隨著時間的推移，裂紋會逐漸朝內(nèi)進(jìn)行改變，在產(chǎn)生裂紋中期，其會以直線形式擴(kuò)散，在后期，這種裂紋會快速擴(kuò)張，很有可能形成腐蝕疲勞裂紋。究其本質(zhì)，裂紋形成階段會具有某種特征與規(guī)律，是因為出現(xiàn)機(jī)械性疲勞，導(dǎo)致產(chǎn)生集中反射應(yīng)力，在前期都擁有發(fā)展遲緩和隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)。因為這種裂紋形成原因較多，與普通裂紋相比更為復(fù)雜，彎曲程度更高。另外，這種裂紋還存在一個開口，開口位置有粘結(jié)坑，具有銳利的尾端，要引起注意的是，這種裂紋兩側(cè)深度不大。金屬材料一般會受到熱交變應(yīng)力作用，在這種作用影響下，材料直接出現(xiàn)斷裂，產(chǎn)生熱疲勞現(xiàn)象，這種裂紋會出現(xiàn)在部件表面有最大熱應(yīng)變位置，主要原因在于某部位有集中應(yīng)變，連續(xù)性較差。在開始階段，裂紋形式表現(xiàn)為：一個主裂紋周圍有多種類型裂紋，具有一定的寬度，缺口比較細(xì)小，擁有線裝痕跡。

1.2焊接裂紋

現(xiàn)階段，壓力容器一般是金屬板經(jīng)過加工制成，這便容易導(dǎo)致在制造過程中產(chǎn)生裂紋，在一般情況下，焊接裂紋通常因為高溫作用生成的“熱裂紋”，再經(jīng)過充分的焊接冷卻，部分金屬材料會產(chǎn)生冷裂紋，這種情況出現(xiàn)的重要因素是冷卻過后材料中含有可溶解氫元素，奧氏體會漸漸變成鐵向體，氫元素會由此向中間聚集，出現(xiàn)相應(yīng)氫裂紋，逐步發(fā)展成冷裂紋[1]。

1.3腐蝕裂紋

一些零部件會在腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生裂紋，這種裂紋被稱作腐蝕裂紋，多數(shù)會產(chǎn)生在集箱管座與汽水管道等位置，這種部件中，奧氏體不銹鋼最容易出現(xiàn)此類問題，特別在汽水介質(zhì)中，即便應(yīng)力作用較小，在腐蝕反應(yīng)階段也會產(chǎn)生裂紋情況，形成裂紋的重要因素是殘余應(yīng)力、冷加工變形與振動。通常情況下，壓力容器管道的應(yīng)力腐蝕裂紋通常處在彎管內(nèi)壁的中性層，局部腐蝕容易引發(fā)此類問題，呈現(xiàn)“之”字形，從外部向內(nèi)部發(fā)展。壓力容器壓力管道位置的含水量是導(dǎo)致腐蝕裂紋的重要原因，當(dāng)金屬板材料接觸到較高濃度的腐蝕介質(zhì)時，金屬晶體與腐蝕介質(zhì)間會出現(xiàn)電位差，產(chǎn)生化學(xué)方形，最后作用到金屬材料上致其腐蝕，并不只作用于表面，對材料內(nèi)部也會產(chǎn)生損害。腐蝕裂紋是較難被發(fā)現(xiàn)的裂紋種類，通常發(fā)生在管道的受力位置，因此，若出現(xiàn)腐蝕裂紋并積聚到一定程度，管道則無法承重。腐蝕裂紋包括主裂紋與刺激裂紋兩類，主裂紋是通過化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的，次裂紋是經(jīng)主裂紋所蔓延的分支，整體過程都是在金屬內(nèi)部產(chǎn)生的，因此，工作人員若能用眼睛觀察到縫隙，則很可能看到的是次裂紋，次裂紋無法穿越晶體，是圍繞著晶體表面進(jìn)行蔓延，表明這時的材料的裂紋情況已經(jīng)非常嚴(yán)重了。

1.4蠕變裂紋

這種裂紋的形成主要因素是由于長時間受到溫度與應(yīng)力的相互作用，導(dǎo)致金材料出現(xiàn)形變，在具體應(yīng)用過程中，由于材料分離，最終此類裂紋，一般出現(xiàn)在高溫蒸汽管道的彎管外部表面，最大應(yīng)力和走向呈現(xiàn)垂直狀態(tài)，裂紋帶為平行狀態(tài)，通過觀察能夠知道，裂縫之間沒有規(guī)律性，形狀呈現(xiàn)孔洞狀與米粒狀。

1.5過冷過熱裂紋

這種裂紋一般產(chǎn)生在制造過程中。一般相關(guān)企業(yè)會使用特殊的金屬板進(jìn)行焊接，卷制加工制造鍋爐的壓力容器。尤其在焊接過程中，易產(chǎn)生紋裂和微裂紋，并且無法避免，這種裂紋是在高溫狀態(tài)下的“焊接熱裂紋”，金屬材料焊接完畢再經(jīng)過長時間冷卻，會產(chǎn)生冷裂紋。熱裂紋是在箱變前，在結(jié)晶過程中產(chǎn)生的，存在某種程度的晶格破壞性，在與大氣相接觸時，一般為黑色或藍(lán)色。冷裂紋是長期所形成的，一般會在焊接完成之后的低溫中產(chǎn)生，具有一定隱蔽性，難以檢查，在形成初期，擁有晶間穿透的特點(diǎn)，由于時間較長，更增加了檢測難度，因此，存在較大的威脅[2]。

2壓力容器出現(xiàn)裂紋檢驗方法

壓力容器容易產(chǎn)生裂紋，因此，需要開展定期檢測，檢測壓力容器的方式包括有損、無損與密封性三種。目前，有損檢測的方式即對材料開展破壞性的測試，運(yùn)用化學(xué)或物理的方式，通過現(xiàn)代技術(shù)與先進(jìn)儀器設(shè)備，對壓力容器內(nèi)部與表面的結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行檢測。測試壓力容器機(jī)械性能涉及到?jīng)_擊、拉伸與硬度等方面，能夠精準(zhǔn)檢測出其中的焊接接頭是否完好，還要對其他性能予以檢測，比如：化學(xué)成分、金相等，需要借助相應(yīng)的設(shè)備才能完成，還要對鋼材組織進(jìn)行檢測。無損檢查即在不破壞試件的基礎(chǔ)上利用某種手段對材料表面和內(nèi)部進(jìn)行檢查。射線檢測技術(shù)能夠檢測出氣孔、夾渣等缺點(diǎn)。另外，一些設(shè)備是人體無法直接接觸的，便不能使用超聲檢測，對球形壓力容器來說，多采用照相檢測的方式。可通過觀察圖像開展測試，此種方式對尺寸有一定的標(biāo)準(zhǔn)，檢測結(jié)果可以進(jìn)行直接記錄，并且長時間儲存，但是費(fèi)用高，速度慢，對人體會產(chǎn)生一定的損害，因此在檢測過程中要有特殊的防護(hù)方法。超聲波在介質(zhì)中傳遞時，超聲波波長變化可以體現(xiàn)出試樣的狀態(tài)，此方法擁有費(fèi)用低、時間短、高靈敏性等特點(diǎn)，超聲波設(shè)備不會占用過大的空間，重量輕，對人體不會造成傷害，但這種方式不能檢查材料表面的問題，對表征測試有一定的不確定性，所以要慎重選擇需要檢查的壓力容器，磁粉檢測能夠?qū)毫θ萜鞅砻媪鸭y進(jìn)行高效檢測。聲發(fā)射的方法可以檢查壓力容器的裂縫，屬于一種新方式，可以對受力過程中材料內(nèi)部的應(yīng)力波進(jìn)行探測，根據(jù)波動幅度判斷內(nèi)部的損壞程度。在高溫高壓環(huán)境中材料更加疲勞，易出現(xiàn)裂縫。運(yùn)用聲發(fā)射檢測能夠按照開裂時散發(fā)能量的高低對容器裂縫情況進(jìn)行判斷，該方法能夠檢測到細(xì)小的裂痕，具有極高的靈敏度，可以發(fā)出聲音的材料均能使用這種方法，因此被用于長時間監(jiān)控缺陷的安全性。

3振動環(huán)境下在役壓力容器裂紋預(yù)防措施

在日常實踐中為了有效預(yù)防在役壓力容器裂紋問題的出現(xiàn)，應(yīng)落實如下措施：

3.1監(jiān)督生產(chǎn)制作管理過程

為使壓力容器可以正常使用，在生產(chǎn)制作管理階段要提高對全過程的重視，在壓力容器的制作階段，要對每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)仔細(xì)審查，投入使用之前，對質(zhì)量進(jìn)行反復(fù)檢測，在某種程度上減少裂紋產(chǎn)生的可能性。在生產(chǎn)制作階段根據(jù)相關(guān)規(guī)定與流程開展生產(chǎn)，最大限度上保證生產(chǎn)技術(shù)的可靠性，降低生產(chǎn)制作環(huán)節(jié)的失誤。在圖紙設(shè)計階段，要根據(jù)實際所需進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計者要對工藝圖紙進(jìn)行深入探究，在設(shè)計階段要盡可能使用先進(jìn)方法以規(guī)避裂縫的產(chǎn)生，提高設(shè)計的科學(xué)性，保證壓力管道的正常運(yùn)行。對生產(chǎn)制作過程進(jìn)行精細(xì)控制，對原材料嚴(yán)格把關(guān)，防止不合格的材料運(yùn)用在生產(chǎn)制作中，提高生產(chǎn)質(zhì)量。原材料質(zhì)量對壓力容器質(zhì)量有重要影響，是避免裂紋出現(xiàn)的根本。在生產(chǎn)制作階段要仔細(xì)檢查鍋爐的生產(chǎn)工序，為避免裂紋產(chǎn)生，要仔細(xì)檢查制作情況，避免由于錯誤的加工環(huán)節(jié)影響質(zhì)量。

3.2建立質(zhì)量檢測與維護(hù)體系

正在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生裂紋會更增加對鍋爐的危害，所以為盡可能減少裂紋的產(chǎn)生，要建立較為完整的檢測機(jī)制，在平時工作過程中，要加大質(zhì)量檢測力度。相關(guān)部門要制定科學(xué)的管理制度，重視壓力容器生產(chǎn)制作過程的管理，保障生產(chǎn)質(zhì)量，質(zhì)檢是最后一個步驟，也是預(yù)防裂紋的最重要一環(huán)，所以在這個過程中要根據(jù)相關(guān)要求實行嚴(yán)格檢測，保證質(zhì)檢效率，提升質(zhì)量[3]。面對無法避免的裂紋，管理人員要迅速采取相應(yīng)的措施，減少由于裂紋而產(chǎn)生的影響，在解決問題的過程中不斷優(yōu)化，提高應(yīng)急能力。時刻關(guān)注運(yùn)轉(zhuǎn)情況，避免其處在高溫、高壓環(huán)境中，定期對其停機(jī)，將壓力釋放出來，在這個過程中，有關(guān)工作人員能夠進(jìn)行檢查，可及時發(fā)現(xiàn)問題并妥善解決，延長使用壽命。對需要替換的零件及時替換掉，早發(fā)現(xiàn)早解決，以免出現(xiàn)安全事故。要讓各項工作有條不紊地進(jìn)行，以降低裂縫出現(xiàn)概率，清潔工作也不能忽視，以免由于局部受熱不均勻出現(xiàn)裂紋，還要加強(qiáng)對管道的檢驗，由于管道長時間處在惡劣環(huán)境中，會損害管道材料的耐用性，目前要對壓力管道實行檢驗，并對結(jié)果進(jìn)行分析，做出科學(xué)評估。

3.3提高工作人員技能操作水平

工作人員的實際操作技術(shù)與裂紋的出現(xiàn)具有一定的關(guān)聯(lián)，因為實際運(yùn)行多處在高溫環(huán)境中，大部分裂紋出現(xiàn)的原因都是由于內(nèi)部較大的壓力與短時間的變化所引起的。例如：在正常運(yùn)行時突然停止工作，則要求溫度緩慢變化，盡量降低時間溫差，防止由于溫度突變而出現(xiàn)裂紋。在鍋爐運(yùn)行階段要從源頭上避免裂紋的產(chǎn)生，就需要合理使用，要加強(qiáng)工作人員的實操水平。相關(guān)單位在招聘這方面人才時要適度增加錄取條件，另外，在平時工作中，要經(jīng)常組織專業(yè)人員參加技能培訓(xùn)，豐富理論知識與操作水平，有效避免裂紋的產(chǎn)生。

4結(jié)論

總而言之，在振動環(huán)境下，壓力容器的裂紋問題屬于一種常見問題，此類問題有可能在任何環(huán)節(jié)發(fā)生，任何變量都會引起裂紋問題，因此，要提出行之有效的解決方法，相關(guān)企業(yè)需對工作人員開展系統(tǒng)的培訓(xùn)，讓其深刻意識到預(yù)防裂紋的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張海楠.在鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中關(guān)于裂紋問題的探討[J].中國設(shè)備工程,2021(03):188-189.

[2]謝小強(qiáng).壓力容器焊接冷裂紋產(chǎn)生的機(jī)理和防止措施[J].化工管理,2021(02):153-154.

[3]楊秋萍,黃亞男.鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題研究[J].中國金屬通報,2020(12):167-168.

作者：于亮 單位：濱州市特種設(shè)備檢驗研究院