关于压力容器、压力管道检验中裂纹问题的浅析

关于压力容器、压力管道检验中裂纹问题的浅析

褚衍领郭英恩邵玉龙

山东省特种设备检验研究院临沂分院山东276000

摘要：压力容器和压力管道是现代社会生产生活中常见的特种设备，是工业生产中常用的设备，长期在高压、高温、有毒、腐蚀的工作状态下，所以存在较高的爆炸危险，造成的潜在安全隐患就很大，直接关系到人民群众生命财产安全，也关系到相关作业的生产稳定性。因此，要求技术人员在检测的过程中加强压力容器的焊缝检测，从而确保较长周期的无故障运行。因此，在具体应用及生产过程中，为提升压力容器、压力管道生产效率和安全性，就必须切实做好检验检测工作，以便及时发现设备裂纹，并采取有效的措施进行处理。

关键词：压力容器；压力管道；裂纹；检测

1、导言

压力容器、压力管道检测中对焊缝检测是必要的，一方面源于制造工艺的不严谨、材料的不合格等问题，另一方面是由于高温高压、腐蚀有毒的工作环境，对焊缝都产生严重的影响。与其他同类设备裂缝所不同的是，压力容器、压力管道在运行中存在快速变化形态，即从量变到质变的过程很短，由此会造成突发性爆炸事故，很难进行控制和预防；减少压力管道裂缝危害的有效方式是做好防范工作，相关工作人员应该展开定期和不定期的裂缝检验，并通过相应的技术手段分别裂缝性质、类别、形态，从而做出相应的处理。

2、压力容器、压力管道典型的裂纹类型

2.1应力腐蚀裂纹

应力腐蚀裂纹形成原因主要是应力和腐蚀共同作用，经常在集箱管座、汽水管道等部位出现；宏观特点：普通碳钢材料的应力腐蚀裂纹开口较宽、长度较短、分布呈群状，方向与张应力方向垂直，呈带状沿轴向延伸；奥氏体不锈钢材料上的应力腐蚀裂纹呈枯树枝状；微观特点：裂纹起源处不连续，裂纹呈“之”字形分枝从表面向材料内部扩展，扩展方式有穿晶、沿晶、混晶多种形式。

2.2蠕变裂纹

蠕变裂纹产生的原因是温度与应力的长期组合作用，由于金属组织受损伤或者材料发生变形，引起的材料分离形成的裂纹；出现的部位在集箱管座的热影响区、集箱孔桥区、高温蒸汽管道弯管的外弧表面、通过加热胀粗的管道外表面等部位。宏观特点：裂纹走向与最大拉应力方向垂直，发展方向曲折，裂纹带较宽，裂纹带呈平行状分布，主裂纹居于带内中间位置；微观特点：裂纹区域存在大量蠕变孔洞，孔洞无规则分布，形状为椭圆形或者多米粒状。焊缝损伤区内的裂纹与焊缝熔合线方向平行，从表面向部件内部延伸，主裂纹两侧分布与其方向平行的微裂纹，裂纹扩展方式为沿晶界扩展。

2.3疲劳裂纹

疲劳裂纹主要是指压力容器、压力管道在压力容器及管道在应用过程中需要承受较高的温度、较大的压力，长时间连续的运转中形成机械疲劳，由此产生疲劳性裂纹。当然，不同的疲劳机制所形成的裂纹也存在差异，其特征取决于各类应力、腐蚀性介质的综合作用。其主要分为机械疲劳与腐蚀疲劳。在对压力容器、压力管道进行日常的检查中可以发现，机械疲劳发生概率是最高的，当产生机械疲劳裂纹以后，应力作用与腐蚀物质的相互结合产生腐蚀疲劳裂纹。以此可见，机械疲劳裂纹是俯视疲劳裂纹发生的前提条件，从本质上来看两者之间具有相同的性质，都是在锅炉使用的过程中形成的，这也是造成锅炉内部元件故障的主要原因。这两种疲劳裂纹的产生都有一定的规律性和特点，大多出现于应力集中部位，裂纹的形成需要一定的实践，从微小的状态慢慢扩散。

2.4过烧裂纹

过烧裂纹是由于加热温度过高使得晶界发生局部熔化和氧化引起的。这些裂纹出现的部位在金属承压部件的热加工过程中发生（锻造、轧制、焊接、弯制）；宏观特点：过烧引起的裂纹呈龟裂分布，裂纹大小不等，表面氧化和局部熔化特征比较明显；微观特点：具有明显的魏氏组织特征、晶粒粗大、晶界有微细圆球状粒子沉淀。过烧裂纹氧化晶界网络粗大并伴随许多大小不一的孔洞。

3、压力容器、压力管道形成裂纹的原因

3.1压力容器、压力管道设计不合理

在压力容器、压力管道设计中，忽略了柔性。比如：某工业生产企业，在2017年对压力容器、压力管道重新设计，由于生产任务中，为尽快完成改造任务，设计单位在设计过程中，没有充分开裂管道尺寸、支架结构、管件、阀门连接形式合理性，降低管道柔性。投入运行2个月以后，压力管道振动异常激烈，使得焊缝处发生严重的机械疲劳裂纹，导致管道破裂。

3.2材质不达标或者误用代材

在进行压力容器、压力管道生产过程中，金属材料中可能存在夹杂、缩孔、疏松等质量缺陷，在加工生产中，会形成一些线形裂纹。在原材料采购过程中，要根据国家相关规范和标准认证检查压力容器、压力管道的性能，如果应用在强腐蚀性、有毒介质等物料运输和存储中，还要进行抗腐蚀性能、机械性能、化学分析等检验，确认达到设计标准后才能投入使用。

选用材料不符合压力容器、压力管道设计要求或者发生误用，也是导致裂纹形成的主要原因。此外，在管道连接时焊接质量不达标，存在焊缝裂纹、错位、烧穿、咬边等缺陷，也会引发裂纹。

4、针对压力容器、压力管道裂纹问题的防治措施

4.1加强原材料检验工作，满足规范技术要求

原材料的质量和性能，对压力容器、压力管道持续、安全、稳定运行有重要作用，也是降低裂纹问题形成的主要途径之一。通过原材料进行全面、系统、科学的检验，可以从根源上保证压力容器、压力管道的质量，降低应力、腐蚀、外交因素的影响，进而减少裂纹的形成，提升压力容器、压力管道运行的安全性。具体而言可以从以下几个方面同时入手：第一，要根据压力容器、压力管道运行的实际情况和设计质量标准要求，拟定有针对性的原材料采购计划，包括：原材料的性能、规格、价格、生产厂家、运输时间等；第二，在原材料和零件加工时，要严格按照技术工艺流程进行加工，确保整个加工过程的规范性和标准性，压力容器、压力管道生产的尺寸误差控制在允许范围中，避免影响后期安装和焊接的效率，从根本上确保压力容器、压力管道各项标准符合设计技术要求，以免在使用过程中发生裂纹；第三，在压力容器、压力管道出厂前，生产厂家要进行自检，并邀请第三方机构进行全面监督，以便厂家虚报产品生产信息和性能，并及时发现压力容器、压力管道中存在的问题，要求生产厂家及时整改，直到满足设计技术标准和规范要求后才能出厂，以降低压力容器、压力管道抽检不严密，引发形成裂纹的风险。

4.2严格控制压力容器压力管道限制，提升整体性

压力容器、压力管道裂纹的防治工作要贯穿整个生产过程，并将压力值控制在允许范围中。具体而言可以从以下两个方面同时入手：第一，采用PLC控制系统，对压力容器、压力管道的运行工况进行全面实时监督；第二，针对压力容器、压力管道比较薄弱的环节，要进行加固防裂处理。

4.3提升人员技能，全面落实维护保养工作

大量实例表明，在压力容器、压力管道运行中，工作人员技能水平的高低，直接决定了压力容器、压力管道的运行效率和质量。因此，企业要不断引进高素质人才，并定期开展培训教育，创新工作模式，培养一支高素质、高水平的压力容器、压力管道工作人员，提升压力容器、压力管道运行的安全性和可靠性。压力容器、压力管道是工业生产中比较特殊的设备，具有明确的使用寿命和特定的工作环境。做好维护保养工作，既能减轻设备损耗，提升使用寿命，又能避免裂纹形成。因此制定科学合理的维护保养方案，合理安排压力容器、压力管道使用时间、维护周期等，及时发现存在的问题，消除裂纹隐患，确保压力容器、压力管道能够安全、持续运行。

5、结束语

综上所述，随着工业化的快速发展，压力容器及压力管道应用越来越广泛，对于压力容器、压力管道中存在的裂纹问题，相关企业必须引起足够的重视，避免造成不必要的经济损失。因此相关企业应该严格控制锅炉的生产与使用，加大执行力度，提高检测水平，更好的预防和解决裂纹问题的产生。这就要求工作人员具备丰富的工作经验与技术能力，在裂纹发生的第一时间制定应急措施，有准备的开展补救处理，切实提高压力容器及管道运行安全。

参考文献

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