在役压力容器裂纹原因及预防措施

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摘要：压力容器长时间处在振动环境中会导致产生裂纹、刺漏等问题，在振动条件下会愈发严重直至开裂，为避免这种情况发生，要提前预防。本文主要论述了振动环境中在役压力容器裂纹原因及预防措施，深入探究出现这些缺陷的原因，以便及时发现并预防，可对压力容器进行细致的专项检查，通过详细的分析并尽量规避此类现象的出现，以供有关人士参考与借鉴。

关键词：振动环境；在役压力容器；裂纹原因

压力容器是工业生产中不可或缺的设施，由于工业水平的不断进步，被大量运用在石油、化工等领域。在具体的使用阶段，部分压力容器会由于上下游设备剧烈振动而引起设备的疲劳损坏。为保证其可以正常使用，需对其进行定期检测，发现裂纹问题时要尽快予以解决。基于此，本文对有关内容进行了研究，具有鲜明的现实意义。

1在役压力容器裂纹原因分析

1.1疲劳裂纹

这种裂纹一般出现在压力容器管道表面上交接应变位置，在这种情况下，机械性疲劳裂纹多为直线型，在形成裂纹前期，长度偏短，范围小。随着时间的推移，裂纹会逐渐朝内进行改变，在产生裂纹中期，其会以直线形式扩散，在后期，这种裂纹会快速扩张，很有可能形成腐蚀疲劳裂纹。究其本质，裂纹形成阶段会具有某种特征与规律，是因为出现机械性疲劳，导致产生集中反射应力，在前期都拥有发展迟缓和隐蔽性强等特点。因为这种裂纹形成原因较多，与普通裂纹相比更为复杂，弯曲程度更高。另外，这种裂纹还存在一个开口，开口位置有粘结坑，具有锐利的尾端，要引起注意的是，这种裂纹两侧深度不大。金属材料一般会受到热交变应力作用，在这种作用影响下，材料直接出现断裂，产生热疲劳现象，这种裂纹会出现在部件表面有最大热应变位置，主要原因在于某部位有集中应变，连续性较差。在开始阶段，裂纹形式表现为：一个主裂纹周围有多种类型裂纹，具有一定的宽度，缺口比较细小，拥有线装痕迹。

1.2焊接裂纹

现阶段，压力容器一般是金属板经过加工制成，这便容易导致在制造过程中产生裂纹，在一般情况下，焊接裂纹通常因为高温作用生成的“热裂纹”，再经过充分的焊接冷却，部分金属材料会产生冷裂纹，这种情况出现的重要因素是冷却过后材料中含有可溶解氢元素，奥氏体会渐渐变成铁向体，氢元素会由此向中间聚集，出现相应氢裂纹，逐步发展成冷裂纹[1]。

1.3腐蚀裂纹

一些零部件会在腐蚀介质与应力共同作用下产生裂纹，这种裂纹被称作腐蚀裂纹，多数会产生在集箱管座与汽水管道等位置，这种部件中，奥氏体不锈钢最容易出现此类问题，特别在汽水介质中，即便应力作用较小，在腐蚀反应阶段也会产生裂纹情况，形成裂纹的重要因素是残余应力、冷加工变形与振动。通常情况下，压力容器管道的应力腐蚀裂纹通常处在弯管内壁的中性层，局部腐蚀容易引发此类问题，呈现“之”字形，从外部向内部发展。压力容器压力管道位置的含水量是导致腐蚀裂纹的重要原因，当金属板材料接触到较高浓度的腐蚀介质时，金属晶体与腐蚀介质间会出现电位差，产生化学方形，最后作用到金属材料上致其腐蚀，并不只作用于表面，对材料内部也会产生损害。腐蚀裂纹是较难被发现的裂纹种类，通常发生在管道的受力位置，因此，若出现腐蚀裂纹并积聚到一定程度，管道则无法承重。腐蚀裂纹包括主裂纹与刺激裂纹两类，主裂纹是通过化学反应所产生的，次裂纹是经主裂纹所蔓延的分支，整体过程都是在金属内部产生的，因此，工作人员若能用眼睛观察到缝隙，则很可能看到的是次裂纹，次裂纹无法穿越晶体，是围绕着晶体表面进行蔓延，表明这时的材料的裂纹情况已经非常严重了。

1.4蠕变裂纹

这种裂纹的形成主要因素是由于长时间受到温度与应力的相互作用，导致金材料出现形变，在具体应用过程中，由于材料分离，最终此类裂纹，一般出现在高温蒸汽管道的弯管外部表面，最大应力和走向呈现垂直状态，裂纹带为平行状态，通过观察能够知道，裂缝之间没有规律性，形状呈现孔洞状与米粒状。

1.5过冷过热裂纹

这种裂纹一般产生在制造过程中。一般相关企业会使用特殊的金属板进行焊接，卷制加工制造锅炉的压力容器。尤其在焊接过程中，易产生纹裂和微裂纹，并且无法避免，这种裂纹是在高温状态下的“焊接热裂纹”，金属材料焊接完毕再经过长时间冷却，会产生冷裂纹。热裂纹是在箱变前，在结晶过程中产生的，存在某种程度的晶格破坏性，在与大气相接触时，一般为黑色或蓝色。冷裂纹是长期所形成的，一般会在焊接完成之后的低温中产生，具有一定隐蔽性，难以检查，在形成初期，拥有晶间穿透的特点，由于时间较长，更增加了检测难度，因此，存在较大的威胁[2]。

2压力容器出现裂纹检验方法

压力容器容易产生裂纹，因此，需要开展定期检测，检测压力容器的方式包括有损、无损与密封性三种。目前，有损检测的方式即对材料开展破坏性的测试，运用化学或物理的方式，通过现代技术与先进仪器设备，对压力容器内部与表面的结构情况进行检测。测试压力容器机械性能涉及到冲击、拉伸与硬度等方面，能够精准检测出其中的焊接接头是否完好，还要对其他性能予以检测，比如：化学成分、金相等，需要借助相应的设备才能完成，还要对钢材组织进行检测。无损检查即在不破坏试件的基础上利用某种手段对材料表面和内部进行检查。射线检测技术能够检测出气孔、夹渣等缺点。另外，一些设备是人体无法直接接触的，便不能使用超声检测，对球形压力容器来说，多采用照相检测的方式。可通过观察图像开展测试，此种方式对尺寸有一定的标准，检测结果可以进行直接记录，并且长时间储存，但是费用高，速度慢，对人体会产生一定的损害，因此在检测过程中要有特殊的防护方法。超声波在介质中传递时，超声波波长变化可以体现出试样的状态，此方法拥有费用低、时间短、高灵敏性等特点，超声波设备不会占用过大的空间，重量轻，对人体不会造成伤害，但这种方式不能检查材料表面的问题，对表征测试有一定的不确定性，所以要慎重选择需要检查的压力容器，磁粉检测能够对压力容器表面裂纹进行高效检测。声发射的方法可以检查压力容器的裂缝，属于一种新方式，可以对受力过程中材料内部的应力波进行探测，根据波动幅度判断内部的损坏程度。在高温高压环境中材料更加疲劳，易出现裂缝。运用声发射检测能够按照开裂时散发能量的高低对容器裂缝情况进行判断，该方法能够检测到细小的裂痕，具有极高的灵敏度，可以发出声音的材料均能使用这种方法，因此被用于长时间监控缺陷的安全性。

3振动环境下在役压力容器裂纹预防措施

在日常实践中为了有效预防在役压力容器裂纹问题的出现，应落实如下措施：

3.1监督生产制作管理过程

为使压力容器可以正常使用，在生产制作管理阶段要提高对全过程的重视，在压力容器的制作阶段，要对每个生产环节仔细审查，投入使用之前，对质量进行反复检测，在某种程度上减少裂纹产生的可能性。在生产制作阶段根据相关规定与流程开展生产，最大限度上保证生产技术的可靠性，降低生产制作环节的失误。在图纸设计阶段，要根据实际所需进行设计，设计者要对工艺图纸进行深入探究，在设计阶段要尽可能使用先进方法以规避裂缝的产生，提高设计的科学性，保证压力管道的正常运行。对生产制作过程进行精细控制，对原材料严格把关，防止不合格的材料运用在生产制作中，提高生产质量。原材料质量对压力容器质量有重要影响，是避免裂纹出现的根本。在生产制作阶段要仔细检查锅炉的生产工序，为避免裂纹产生，要仔细检查制作情况，避免由于错误的加工环节影响质量。

3.2建立质量检测与维护体系

正在运转过程中产生裂纹会更增加对锅炉的危害，所以为尽可能减少裂纹的产生，要建立较为完整的检测机制，在平时工作过程中，要加大质量检测力度。相关部门要制定科学的管理制度，重视压力容器生产制作过程的管理，保障生产质量，质检是最后一个步骤，也是预防裂纹的最重要一环，所以在这个过程中要根据相关要求实行严格检测，保证质检效率，提升质量[3]。面对无法避免的裂纹，管理人员要迅速采取相应的措施，减少由于裂纹而产生的影响，在解决问题的过程中不断优化，提高应急能力。时刻关注运转情况，避免其处在高温、高压环境中，定期对其停机，将压力释放出来，在这个过程中，有关工作人员能够进行检查，可及时发现问题并妥善解决，延长使用寿命。对需要替换的零件及时替换掉，早发现早解决，以免出现安全事故。要让各项工作有条不紊地进行，以降低裂缝出现概率，清洁工作也不能忽视，以免由于局部受热不均匀出现裂纹，还要加强对管道的检验，由于管道长时间处在恶劣环境中，会损害管道材料的耐用性，目前要对压力管道实行检验，并对结果进行分析，做出科学评估。

3.3提高工作人员技能操作水平

工作人员的实际操作技术与裂纹的出现具有一定的关联，因为实际运行多处在高温环境中，大部分裂纹出现的原因都是由于内部较大的压力与短时间的变化所引起的。例如：在正常运行时突然停止工作，则要求温度缓慢变化，尽量降低时间温差，防止由于温度突变而出现裂纹。在锅炉运行阶段要从源头上避免裂纹的产生，就需要合理使用，要加强工作人员的实操水平。相关单位在招聘这方面人才时要适度增加录取条件，另外，在平时工作中，要经常组织专业人员参加技能培训，丰富理论知识与操作水平，有效避免裂纹的产生。

4结论

总而言之，在振动环境下，压力容器的裂纹问题属于一种常见问题，此类问题有可能在任何环节发生，任何变量都会引起裂纹问题，因此，要提出行之有效的解决方法，相关企业需对工作人员开展系统的培训，让其深刻意识到预防裂纹的意义。

参考文献

[1]张海楠.在锅炉压力容器压力管道检验中关于裂纹问题的探讨[J].中国设备工程,2021(03):188-189.

[2]谢小强.压力容器焊接冷裂纹产生的机理和防止措施[J].化工管理,2021(02):153-154.

[3]杨秋萍,黄亚男.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题研究[J].中国金属通报,2020(12):167-168.

作者：于亮 单位：滨州市特种设备检验研究院