压力容器管道检验中裂纹问题探究
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摘要：文章简略阐述了压力容器、压力管道检验过程中比较常出现的裂纹问题，并从合理应用相关检测技术、强化原料和制造控制、全面落实质量检测以及提升使用管理水平等方面内容着手，对压力容器、压力管道的裂纹问题及应对措施进行详细分析。
关键词：压力容器；压力管道；裂纹
0引言
在制、在役压力容器和压力管道产生的最危险的缺陷就是裂纹。具有扩张性的裂纹会严重制约设备的使用。正确判断裂纹产生的原因以及识别主要的影响因素，并且选择合适的检测技术和应对措施，具有重要的意义。
1.1疲劳裂纹
一部分在用压力容器和压力管道因使用条件的原因，易受到交变载荷的作用。例如：蒸压釜、灭菌锅以及压力容器和管道上的膨胀节等。上述设备的疲劳裂纹大都出现在应力集中的部分，例如：蒸压釜釜齿根部、压缩机出口管道附近。一般情况下，引起疲劳裂纹的应力要低于材料的屈服强度，出现裂纹甚至到发生断裂，压力容器及管道并不会出现明显的塑形变形。因此，这类裂纹不易发现且具有很大的危险性。疲劳裂纹的形成与设计、焊接、材质以及热处理工艺有很大的关系。一些承受低周疲劳的压力容器和管道并未进行疲劳分析设计，因此相应的结构尺寸就存在不合理的地方，易形成应力集中。焊接、材料以及热处理三个环节是相辅相成的，其中任一环节未认知清楚，都可能在制造过程中产生极大的应力，为疲劳裂纹的出现提供了可能。
1.2应力腐蚀裂纹
在用压力容器、管道因壁面接触腐蚀性介质和应力的作用，形成电偶腐蚀。一旦电偶腐蚀为“小阳极、大阴极”的结构，在力和腐蚀的共同作用下，阳极区会向金属壁面方向扩张，形成腐蚀裂纹。常见的应力腐蚀裂纹有氯化铵应力腐蚀裂纹、硫化氢应力腐蚀裂纹、碱应力腐蚀裂纹、连多硫酸应力腐蚀裂纹等[1]。应力腐蚀裂纹一般发生在常温至200℃的使用环境。产生应力腐蚀开裂时，相应部位的应力水平并不高，介质的腐蚀性也不强。一般来说，发生应力腐蚀开裂与使用介质中形成或者携带的少量化合物有极大的关系。例如压力容器或者管道内湿硫化氢含量达到100mg/L以上，硫化氢应力腐蚀开裂就有可能发生。可见分析使用介质在压力容器和管道内的化学反应、沉积、浓缩、结露等过程，从而判断是否能够形成可发生应力腐蚀开裂介质，对判断裂纹出现的位置或者从生产工艺角度的预防裂纹的出现具有重要的意义。
1.3蠕变裂纹
随着生产工艺要求的提高，压力容器和管道面临着高参数、大型化的挑战。高温高压且长周期运行的容器和管道可能会产生蠕变裂纹。在长期高温以及应力的作用下，压力容器和管道将会出现一定的变形或者是金属组织损伤进而产生相应的蠕变裂纹，其大多都同压力容器和压力管道的最大应力方向相垂直，并沿着轴线进行分部，进而逐渐变成一个相对较宽的裂纹带。蠕变裂纹从萌芽到断裂一般分为三个阶段：初始蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段。初始蠕变阶段很难通过现有的检验检测手段发现。蠕变裂纹的影响因素很多，与应变量、应变速率、应力、温度、时间都有关系。高温环境使用的压力容器和管道，常通过蠕变极限判断材料的适用性以及剩余寿命。实际使用过程中，通过蠕胀测点来进行监测。
1.4焊接裂纹
焊接过程是一个在金属表面产生极大温度梯度的过程。金属在焊接过程、冷却过程以及热处理过程因微观组织之间因热和力不均衡即可产生裂纹。常见的焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。热裂纹是在高温结晶下产生的，也称为结晶裂纹，与焊缝附近低熔点物质形成有很大的关系。这些低熔点物质容易在焊缝中央聚集偏析，当焊缝边缘结晶凝固时，焊缝中心晶粒间杂质仍处于液态膜状态，在焊缝收缩产生的应力作用下产生裂纹。铬钼钢等金属材料经过焊接冷却之后可能会产生裂纹，出现焊接冷裂纹最主要的原因便在于焊接冷却的金相组织中存在溶解的氢元素。再热裂纹的形成主要是因为晶内强度较大但晶界强度较弱，但对其展开焊后热处理工作的时候，应力松弛时的形变便会在晶界上集中，若是晶界应变超出了晶界的塑性极限，便会增加其沿晶界出现裂纹的可能性。可见，焊接裂纹的形成与焊接工艺过程有极大关系。控制焊接工艺和操作，是防止焊接裂纹出现的重要手段。
2压力容器压力管道检验中裂纹问题的应对措施
2.1合理应用相关检测技术
疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹大都发生在金属表面。常用磁粉或者渗透的方法进行检测。蠕变裂纹和焊接裂纹可能出现在金属表面也可能出现在金属内部。常用的检测方法有超声和射线。上述四种检测技术手段主要用于在制或者停机状态的压力容器和管道的检测。无法应用于对高温、不停机的压力容器和管道。目前，数字射线成像技术、声发射技术因能够克服上述问题，成为了在用设备裂纹检测的重要手段[2]。其中数字成像检测技术在应用原理上同胶片照相在射线透照方面的原理是相一致的，其不同之处便在于，其成像器件对于接收到的信息所采取的处理技术存在一定的差异性。数字成像主要是基于计算机软件对数字成像器件进行控制，进而实现有射线光子向数字图像的有效转化，进而将其裂纹显示在显示器当中。声发射技术的应用，将会在构件或者是材料在受力过程中出现裂纹时，通过弹性波的形式，对应变能进行释放，凭借着接收声发射信号针对构件或者是材料展开动态的无损检测工作。其在应用的过程中能够同电子计算机之间相配合展开高质量的数据处理工作，进而更好地实现对裂纹的检验。声发射技术还可以判断裂纹的扩张性，进而识别出有危险性的裂纹。
2.2强化原料和制造控制
对压力容器和管道的原材料的控制，要严格落实入厂验收制度。尤其对合金钢、奥氏体不锈钢、高强钢等材料，必须按照国家法规、标准的规定进行资料验收、目视检查、壁厚测定、金相检测、表面检测等工作。严把材料关，坚决不使用不符合标准、规范以及设计文件要求的材料。验收合格的材料、待检验的材料以及不合格的材料要分开标识清楚并且分开堆放。在生产过程中，需要强化落实对于各个环节的审查，进一步提升生产流程的规范性和有效性。在制造控制方面，工作人员需要确保相关工艺流程技术的高质量应用，全面提高各项细节标准，以促使工艺流程整体可以同规范化的要求相适应，最大限度减少裂纹现象出现的可能性，最终达到提升压力容器、压力管道运行稳定性以及安全性的效果。
2.3全面落实检验检测
由于生产过程中的工艺条件波动、原材料化学成分的波动，以及生产量的波动。压力容器和管道的使用存在一定的复杂性，也存在一定的安全隐患。国家法规标准规定，压力容器和管道应当定期开展检验工作。检验工作是由社会或者行业内特种设备检验机构承担。检验工作的目的是通过专业技术人员对设备使用状况的资料审查、选择有代表性的局部进行针对性的检测，力求最大程度发现缺陷消除隐患的过程。企业应当积极落实检验检测制度。为检验检测机构提供必要的设计资料、制造资料、安装资料、使用运行资料、维修改造资料，使得检验机构对设备有更加全面了解。企业还应当为检验提供必要的现场条件，保障检验工作可以顺利并且保质保量的完成。必要时，使用单位可以针对某一类问题，开展专项检测[3]。专业检测可以以月度检查或者年度检查的形式开展，重点排查那些可能存在隐患的部位。检验检测人员应做好现场记录，保证记录的可追溯性，并及时向使用单位反馈压力容器和管道的相关信息。
2.4提升使用管理水平
首先，使用单位应当在原有基础上对相应的管理体系进行完善，形成良好的压力容器压力设备使用管理体系。并切实展现出其对于操作人员的规范性和约束性作用，进而高质量落实使用管理的相关要求，减少裂纹问题的出现。其次，使用单位要结合自身工艺特点，识别裂纹出现可能性大的容器，并建立重点监测台账，针对性地开展对其使用管理，从源头上降低裂纹产生的几率。再者，使用单位建立相应的巡检检查制度，形成工艺生产与设备检查联动制度，全方位实现对于压力容器和压力管道的控制，以便于及时发现其裂纹问题，并第一时间采取妥善的解决措施。最后，应当提高管理人员的水平，不断完善上述制度。压力容器和管道管理人员的专业能力和工作态度将会对设备的应用效果有着极大影响。可见，为提升实际的使用管理水平，还应当强化对管理人员技术能力培养。企业应当定期组织相关培训和交流，使得管理人员，在不断学习的过程中，提升自身技术素养，提升对裂纹缺陷的预判和识别能力，进而保障压力容器和管道的长周期使用。
3结语
综上所述，有效应对裂纹问题能够提升压力容器压力管道的应用质量，对其安全平稳运行有重要意义。因此，相关工作人员应当有针对性地对裂纹问题开展检验检测工作，进一步研究在制及在役压力容器和管道裂纹问题的实际成因，使用单位应不断提升自身管理水平，保障设备长周期运行。
参考文献：
[1]韩忠美.锅炉压力容器压力管道检验中裂纹问题及预防处理方法[J].中国设备工程，2020(6):124-126.
[2]张守忠，宋春雨.试析锅炉压力容器压力管道检验中裂纹问题及防治[J].大科技，2020(12):67.
[3]袁祥.对压力容器压力管道检验中裂纹问题的探析[J].现代制造技术与装备，2019(12):134,136.
作者:韩霄 单位:青岛市特种设备检验研究院
