化工壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題分析

高萬梁 李朋 王正榮

摘 要：論文重點分析了壓力容器壓力管道常見的裂紋類型及特征，并針對于常見裂紋類型探討了預防裂紋產生和裂紋發展的對策建議。

關鍵詞：化工;壓力容器;壓力管道檢驗;裂紋

壓力容器壓力管道的裂紋分析是開展管道失效分析的基礎，借由裂紋的分析可進一步探究裂紋位置，裂紋擴展方向，開裂的原因，受力情況等。進行化工壓力容器壓力管道檢驗的裂紋問題研究，重點在于發現關鍵零部件的缺陷，預測其安全性能指標。

1 化工壓力容器壓力管道檢驗分析

化工企業在日常生產過程中應加強壓力容器壓力管道的內外部環境檢查工作，現場監測人員應根據壓力容器運行過程中的條件變化，分析存在的潛在風險，并對應力應變集中區域進行深入細致的核查，確保內外部無明顯缺陷。在對化工壓力容器壓力管道檢查時，通常需要暫停壓力容器的運行，盡可能采用無損檢測手段，全面檢查壓力容器的內外部環境，一旦發現裂紋或者潛在的裂紋風險，需針對性的制定檢修方案，保證其安全使用。

2 壓力管道檢驗中的裂紋問題

裂紋分類的方法目前尚不統一。按裂紋形成的先后可分為主裂紋與二次裂紋;按裂紋的途徑可分為沿晶裂紋與穿晶裂紋;按裂紋區塑性變形的大小可分為脆性裂紋與塑性裂紋。習慣上按裂紋萌生與擴展的機理分類。

2.1 機械疲勞導致的裂紋

由機械疲勞導致的裂紋多發生在葉輪、葉片和轉動機械上，疲勞裂紋通常出現在應變較為集中的區域。分析機械疲勞裂紋的宏觀特征可知，機械疲勞裂紋初始階段與拉伸應力最為相關，隨著裂紋產生，其與拉伸應力的夾角從45°逐漸延展到90°。通常情況下，疲勞裂紋呈直線分布，并以隧道式的方式向設備內部擴展。在疲勞裂紋形成的后期呈現明顯的加速態勢，部分情況下伴生一定的切向裂紋。分析疲勞裂紋的微觀特征，裂紋與環境因素，受力條件等相關，微觀形態較為復雜。通常情況下，疲勞裂紋區域無明顯的塑形變形，通常是穿晶形態，長時間存在的疲勞裂紋，可觀察到明顯得二次裂紋。

2.2 應力腐蝕裂紋

應力腐蝕裂紋系指構件在應力及腐蝕介質共同作用下形成的開裂。汽水管道、集箱管座是常見的應力腐蝕裂紋萌生的區域。奧氏體不銹鋼是極易形成應力腐蝕的材料，在汽水介質土作條件下只要很小的應力就可引起應力腐蝕開裂，冷加土變形、振動、殘余應力都可成為開裂的應力源。應力腐蝕導致的裂紋通常與張應力垂直，在微觀形態上可觀察之字型分支，混晶、穿晶和沿晶形態均有分布，呈現出不連續性。

2.3 蠕變裂紋分析

蠕變裂紋指的是長時間應力應變條件下，產生的物料分離的一種現象，事實上是在應力和溫度共同作用下，機械組織內部產生的損傷。宏觀特征：蠕變裂紋的走向垂直于最大應力方向，在彎管上裂紋沿軸向分布。裂紋呈曲折發展，形成一個較寬的裂紋帶，在帶內主紋居中，主裂紋兩側有大量平行分布的裂紋。統計數據顯示，蠕變裂紋主要在高應力應變區域，或者是高溫區域產生。進一步分析蠕變裂紋的微觀特征可知，在不變裂紋發育的區域，可在金屬體內部發現無規則圓形孔洞，圓形孔洞進一步發育的可形成宏觀的蠕變裂紋。從這一角度理解，宏觀上觀察到蠕變裂紋的區域，其內部必然存在大量的蠕變孔洞。

2.4 熱疲勞裂紋

熱疲勞指的是金屬材料在低于其最大拉伸強度的條件下，伴隨著熱應力的變化，緩慢產生和擴展，最終導致斷裂的現象。熱疲勞裂紋的宏觀特征分析如下，熱疲勞裂紋，通常情況下在部件的表面形成，在熱應變最大的部分發育。表面情況對熱疲勞裂紋的影響不大，設備內部的孔狀結構和結構性缺陷是熱疲勞裂紋經常產生的地方。熱疲勞裂紋可單條產生也可多條同時出現，當出現多條熱疲勞裂紋時，其中一條為主裂紋，其他裂紋為分支裂紋，其他裂紋在應力松弛的條件下，通常不再進一步發育。宏觀觀察可知熱疲勞裂紋一般短而粗，表面會發現明顯的網狀或線狀痕跡。分析熱疲勞裂紋的微觀形態可知，熱疲勞裂紋微觀極不規則，經常呈現跳躍式發育，微觀可發現二次裂紋和分支裂紋，內部的氧化物呈斷續分布。

2.5 腐蝕導致的裂紋

腐蝕導致的壓力容器、管道裂紋是化工生產中承壓部件的另一種失效表現形式，通常情況下，在振動應力和介質壓力同時存在的區域較為多發。分析輔食導致裂紋的宏觀特征可知，腐蝕疲勞和一般疲勞存在明顯的區別，也與應力腐蝕裂紋存在不同的特征，通常情況下腐蝕疲勞裂紋呈現穿晶形態，經常成組、成對出現。伴隨著腐蝕疲勞過程的不斷發展，腐蝕疲勞裂紋的寬度增加，裂縫中通常會充滿松散的腐蝕物質，在壓力容器和壓力管道內部或內壁產生腐蝕坑和腐蝕通道。通常情況下，在腐蝕疲勞裂紋的末端呈現鈍形特征。

2.6 過熱和過燒裂紋

過熱和過燒裂紋通常在壓力容器壓力管道承壓部件的加工制造過程中，過熱指的是所用材質在加熱到臨界點后繼續升溫，過燒則是指金屬材料在高溫下局部融化形成裂紋，從而埋下壓力容器壓力管道使用過程中的安全隱患。

3 預防化工壓力容器壓力管道裂紋產生的措施

3.1 重視壓力容器壓力管道生產加工質量

提升壓力容器壓力管道的生產加工質量可以從以下幾方面入手：首先，應深入分析壓力容器壓力管道的應用環境，明確壓力容器壓力管道的使用條件，確定相應的材質及加工生產工藝;其次，需仔細核對壓力容器壓力管道的加工生產圖紙，并核實制作細節，嚴格按照生產標準和生產工藝進行加工;最后，在實際的加工生產過程中，應避免生產環境的突然變化，對壓力容器壓力管道的影響，同時做好產品的質量檢驗工作，避免不合格產品流入市場。

3.2 提升操作人員的技能水平

壓力容器壓力管道在化工生產中，長時間處于高溫高壓腐蝕環境中，對于壓力容器和壓力管道產生嚴重的不良影響。例如，重新啟動生產工序時，容器內部的溫度和壓力會劇烈波動，這就要求現場操作人員盡可能減少環境劇烈波動，對于壓力容器壓力管道的影響。與此同時，需要現場的工作人員制定合理的操作流程和生產系統，延長壓力容器壓力管道的使用時間。最后制定詳細的現場操作工藝流程，嚴格要求現場技術人員按照工藝流程進行相應操作，加大培訓力度，提升現場人員的理論水平和實操能力。

3.3 加強壓力容器壓力管道的定期質量檢查工作

為有效避免壓力容器壓力管道裂紋對正常生產活動的影響，化工企業需重視裂紋檢測工作，配備專業的裂紋檢測工作隊伍。首先，建立完善的管理制度，要求檢測人員定期對壓力管道進行檢修，尤其是容易出現問題的環節，提升檢測效率和檢測質量。其次，檢測過程中一旦發現裂紋問題，需及時對裂紋的形態和性質進行分析，并制定相應的整改和維修措施，避免裂紋進一步發展成為裂縫。與此同時，由于壓力容器壓力管道在設計時有其使用范圍，應避免在實際應用中長期處于超范圍，超負荷運行狀態，使得壓力容器的疲勞有充足的時間釋放，延長壓力容器的使用壽命。

4 結語

化工生產過程中的壓力容器和壓力管道，由于內外部環境的影響，容易產生裂紋，一旦壓力管道中的裂紋進一步發育，不僅會嚴重降低壓力容器壓力管道的使用壽命，更會降低設備的安全系數，嚴重時威脅工作人員的生命安全和生產活動的順利進行，導致嚴重的損失。為此，化工企業應充分重視壓力容器壓力管道檢驗工作，深入研究裂紋產生的原因及類型，并針對性的開展預防工作。

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作者簡介：

高萬梁（1986- ），性別：男，民族：漢，籍貫：甘肅省蘭州市人，學歷：本科，現有職稱：中級工程師，研究方向：壓力容器壓力管道檢驗檢測。