壓力容器管道檢驗(yàn)中裂紋問題探究
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摘要：文章簡(jiǎn)略闡述了壓力容器、壓力管道檢驗(yàn)過程中比較常出現(xiàn)的裂紋問題，并從合理應(yīng)用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)、強(qiáng)化原料和制造控制、全面落實(shí)質(zhì)量檢測(cè)以及提升使用管理水平等方面內(nèi)容著手，對(duì)壓力容器、壓力管道的裂紋問題及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行詳細(xì)分析。
關(guān)鍵詞：壓力容器；壓力管道；裂紋
0引言
在制、在役壓力容器和壓力管道產(chǎn)生的最危險(xiǎn)的缺陷就是裂紋。具有擴(kuò)張性的裂紋會(huì)嚴(yán)重制約設(shè)備的使用。正確判斷裂紋產(chǎn)生的原因以及識(shí)別主要的影響因素，并且選擇合適的檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)對(duì)措施，具有重要的意義。
1.1疲勞裂紋
一部分在用壓力容器和壓力管道因使用條件的原因，易受到交變載荷的作用。例如：蒸壓釜、滅菌鍋以及壓力容器和管道上的膨脹節(jié)等。上述設(shè)備的疲勞裂紋大都出現(xiàn)在應(yīng)力集中的部分，例如：蒸壓釜釜齒根部、壓縮機(jī)出口管道附近。一般情況下，引起疲勞裂紋的應(yīng)力要低于材料的屈服強(qiáng)度，出現(xiàn)裂紋甚至到發(fā)生斷裂，壓力容器及管道并不會(huì)出現(xiàn)明顯的塑形變形。因此，這類裂紋不易發(fā)現(xiàn)且具有很大的危險(xiǎn)性。疲勞裂紋的形成與設(shè)計(jì)、焊接、材質(zhì)以及熱處理工藝有很大的關(guān)系。一些承受低周疲勞的壓力容器和管道并未進(jìn)行疲勞分析設(shè)計(jì)，因此相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸就存在不合理的地方，易形成應(yīng)力集中。焊接、材料以及熱處理三個(gè)環(huán)節(jié)是相輔相成的，其中任一環(huán)節(jié)未認(rèn)知清楚，都可能在制造過程中產(chǎn)生極大的應(yīng)力，為疲勞裂紋的出現(xiàn)提供了可能。
1.2應(yīng)力腐蝕裂紋
在用壓力容器、管道因壁面接觸腐蝕性介質(zhì)和應(yīng)力的作用，形成電偶腐蝕。一旦電偶腐蝕為“小陽(yáng)極、大陰極”的結(jié)構(gòu)，在力和腐蝕的共同作用下，陽(yáng)極區(qū)會(huì)向金屬壁面方向擴(kuò)張，形成腐蝕裂紋。常見的應(yīng)力腐蝕裂紋有氯化銨應(yīng)力腐蝕裂紋、硫化氫應(yīng)力腐蝕裂紋、堿應(yīng)力腐蝕裂紋、連多硫酸應(yīng)力腐蝕裂紋等[1]。應(yīng)力腐蝕裂紋一般發(fā)生在常溫至200℃的使用環(huán)境。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂時(shí)，相應(yīng)部位的應(yīng)力水平并不高，介質(zhì)的腐蝕性也不強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂與使用介質(zhì)中形成或者攜帶的少量化合物有極大的關(guān)系。例如壓力容器或者管道內(nèi)濕硫化氫含量達(dá)到100mg/L以上，硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂就有可能發(fā)生?？梢姺治鍪褂媒橘|(zhì)在壓力容器和管道內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)、沉積、濃縮、結(jié)露等過程，從而判斷是否能夠形成可發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂介質(zhì)，對(duì)判斷裂紋出現(xiàn)的位置或者從生產(chǎn)工藝角度的預(yù)防裂紋的出現(xiàn)具有重要的意義。
1.3蠕變裂紋
隨著生產(chǎn)工藝要求的提高，壓力容器和管道面臨著高參數(shù)、大型化的挑戰(zhàn)。高溫高壓且長(zhǎng)周期運(yùn)行的容器和管道可能會(huì)產(chǎn)生蠕變裂紋。在長(zhǎng)期高溫以及應(yīng)力的作用下，壓力容器和管道將會(huì)出現(xiàn)一定的變形或者是金屬組織損傷進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的蠕變裂紋，其大多都同壓力容器和壓力管道的最大應(yīng)力方向相垂直，并沿著軸線進(jìn)行分部，進(jìn)而逐漸變成一個(gè)相對(duì)較寬的裂紋帶。蠕變裂紋從萌芽到斷裂一般分為三個(gè)階段：初始蠕變階段、穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段。初始蠕變階段很難通過現(xiàn)有的檢驗(yàn)檢測(cè)手段發(fā)現(xiàn)。蠕變裂紋的影響因素很多，與應(yīng)變量、應(yīng)變速率、應(yīng)力、溫度、時(shí)間都有關(guān)系。高溫環(huán)境使用的壓力容器和管道，常通過蠕變極限判斷材料的適用性以及剩余壽命。實(shí)際使用過程中，通過蠕脹測(cè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
1.4焊接裂紋
焊接過程是一個(gè)在金屬表面產(chǎn)生極大溫度梯度的過程。金屬在焊接過程、冷卻過程以及熱處理過程因微觀組織之間因熱和力不均衡即可產(chǎn)生裂紋。常見的焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋。熱裂紋是在高溫結(jié)晶下產(chǎn)生的，也稱為結(jié)晶裂紋，與焊縫附近低熔點(diǎn)物質(zhì)形成有很大的關(guān)系。這些低熔點(diǎn)物質(zhì)容易在焊縫中央聚集偏析，當(dāng)焊縫邊緣結(jié)晶凝固時(shí)，焊縫中心晶粒間雜質(zhì)仍處于液態(tài)膜狀態(tài)，在焊縫收縮產(chǎn)生的應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。鉻鉬鋼等金屬材料經(jīng)過焊接冷卻之后可能會(huì)產(chǎn)生裂紋，出現(xiàn)焊接冷裂紋最主要的原因便在于焊接冷卻的金相組織中存在溶解的氫元素。再熱裂紋的形成主要是因?yàn)榫?nèi)強(qiáng)度較大但晶界強(qiáng)度較弱，但對(duì)其展開焊后熱處理工作的時(shí)候，應(yīng)力松弛時(shí)的形變便會(huì)在晶界上集中，若是晶界應(yīng)變超出了晶界的塑性極限，便會(huì)增加其沿晶界出現(xiàn)裂紋的可能性?？梢姡附恿鸭y的形成與焊接工藝過程有極大關(guān)系?？刂坪附庸に嚭筒僮?，是防止焊接裂紋出現(xiàn)的重要手段。
2壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中裂紋問題的應(yīng)對(duì)措施
2.1合理應(yīng)用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)
疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋大都發(fā)生在金屬表面。常用磁粉或者滲透的方法進(jìn)行檢測(cè)。蠕變裂紋和焊接裂紋可能出現(xiàn)在金屬表面也可能出現(xiàn)在金屬內(nèi)部。常用的檢測(cè)方法有超聲和射線。上述四種檢測(cè)技術(shù)手段主要用于在制或者停機(jī)狀態(tài)的壓力容器和管道的檢測(cè)。無(wú)法應(yīng)用于對(duì)高溫、不停機(jī)的壓力容器和管道。目前，數(shù)字射線成像技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)因能夠克服上述問題，成為了在用設(shè)備裂紋檢測(cè)的重要手段[2]。其中數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用原理上同膠片照相在射線透照方面的原理是相一致的，其不同之處便在于，其成像器件對(duì)于接收到的信息所采取的處理技術(shù)存在一定的差異性。數(shù)字成像主要是基于計(jì)算機(jī)軟件對(duì)數(shù)字成像器件進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有射線光子向數(shù)字圖像的有效轉(zhuǎn)化，進(jìn)而將其裂紋顯示在顯示器當(dāng)中。聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)在構(gòu)件或者是材料在受力過程中出現(xiàn)裂紋時(shí)，通過彈性波的形式，對(duì)應(yīng)變能進(jìn)行釋放，憑借著接收聲發(fā)射信號(hào)針對(duì)構(gòu)件或者是材料展開動(dòng)態(tài)的無(wú)損檢測(cè)工作。其在應(yīng)用的過程中能夠同電子計(jì)算機(jī)之間相配合展開高質(zhì)量的數(shù)據(jù)處理工作，進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋的檢驗(yàn)。聲發(fā)射技術(shù)還可以判斷裂紋的擴(kuò)張性，進(jìn)而識(shí)別出有危險(xiǎn)性的裂紋。
2.2強(qiáng)化原料和制造控制
對(duì)壓力容器和管道的原材料的控制，要嚴(yán)格落實(shí)入廠驗(yàn)收制度。尤其對(duì)合金鋼、奧氏體不銹鋼、高強(qiáng)鋼等材料，必須按照國(guó)家法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行資料驗(yàn)收、目視檢查、壁厚測(cè)定、金相檢測(cè)、表面檢測(cè)等工作。嚴(yán)把材料關(guān)，堅(jiān)決不使用不符合標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及設(shè)計(jì)文件要求的材料。驗(yàn)收合格的材料、待檢驗(yàn)的材料以及不合格的材料要分開標(biāo)識(shí)清楚并且分開堆放。在生產(chǎn)過程中，需要強(qiáng)化落實(shí)對(duì)于各個(gè)環(huán)節(jié)的審查，進(jìn)一步提升生產(chǎn)流程的規(guī)范性和有效性。在制造控制方面，工作人員需要確保相關(guān)工藝流程技術(shù)的高質(zhì)量應(yīng)用，全面提高各項(xiàng)細(xì)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)，以促使工藝流程整體可以同規(guī)范化的要求相適應(yīng)，最大限度減少裂紋現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性，最終達(dá)到提升壓力容器、壓力管道運(yùn)行穩(wěn)定性以及安全性的效果。
2.3全面落實(shí)檢驗(yàn)檢測(cè)
由于生產(chǎn)過程中的工藝條件波動(dòng)、原材料化學(xué)成分的波動(dòng)，以及生產(chǎn)量的波動(dòng)。壓力容器和管道的使用存在一定的復(fù)雜性，也存在一定的安全隱患。國(guó)家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，壓力容器和管道應(yīng)當(dāng)定期開展檢驗(yàn)工作。檢驗(yàn)工作是由社會(huì)或者行業(yè)內(nèi)特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)承擔(dān)。檢驗(yàn)工作的目的是通過專業(yè)技術(shù)人員對(duì)設(shè)備使用狀況的資料審查、選擇有代表性的局部進(jìn)行針對(duì)性的檢測(cè)，力求最大程度發(fā)現(xiàn)缺陷消除隱患的過程。企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極落實(shí)檢驗(yàn)檢測(cè)制度。為檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供必要的設(shè)計(jì)資料、制造資料、安裝資料、使用運(yùn)行資料、維修改造資料，使得檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備有更加全面了解。企業(yè)還應(yīng)當(dāng)為檢驗(yàn)提供必要的現(xiàn)場(chǎng)條件，保障檢驗(yàn)工作可以順利并且保質(zhì)保量的完成。必要時(shí)，使用單位可以針對(duì)某一類問題，開展專項(xiàng)檢測(cè)[3]。專業(yè)檢測(cè)可以以月度檢查或者年度檢查的形式開展，重點(diǎn)排查那些可能存在隱患的部位。檢驗(yàn)檢測(cè)人員應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)記錄，保證記錄的可追溯性，并及時(shí)向使用單位反饋壓力容器和管道的相關(guān)信息。
2.4提升使用管理水平
首先，使用單位應(yīng)當(dāng)在原有基礎(chǔ)上對(duì)相應(yīng)的管理體系進(jìn)行完善，形成良好的壓力容器壓力設(shè)備使用管理體系。并切實(shí)展現(xiàn)出其對(duì)于操作人員的規(guī)范性和約束性作用，進(jìn)而高質(zhì)量落實(shí)使用管理的相關(guān)要求，減少裂紋問題的出現(xiàn)。其次，使用單位要結(jié)合自身工藝特點(diǎn)，識(shí)別裂紋出現(xiàn)可能性大的容器，并建立重點(diǎn)監(jiān)測(cè)臺(tái)賬，針對(duì)性地開展對(duì)其使用管理，從源頭上降低裂紋產(chǎn)生的幾率。再者，使用單位建立相應(yīng)的巡檢檢查制度，形成工藝生產(chǎn)與設(shè)備檢查聯(lián)動(dòng)制度，全方位實(shí)現(xiàn)對(duì)于壓力容器和壓力管道的控制，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)其裂紋問題，并第一時(shí)間采取妥善的解決措施。最后，應(yīng)當(dāng)提高管理人員的水平，不斷完善上述制度。壓力容器和管道管理人員的專業(yè)能力和工作態(tài)度將會(huì)對(duì)設(shè)備的應(yīng)用效果有著極大影響?？梢?，為提升實(shí)際的使用管理水平，還應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對(duì)管理人員技術(shù)能力培養(yǎng)。企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期組織相關(guān)培訓(xùn)和交流，使得管理人員，在不斷學(xué)習(xí)的過程中，提升自身技術(shù)素養(yǎng)，提升對(duì)裂紋缺陷的預(yù)判和識(shí)別能力，進(jìn)而保障壓力容器和管道的長(zhǎng)周期使用。
3結(jié)語(yǔ)
綜上所述，有效應(yīng)對(duì)裂紋問題能夠提升壓力容器壓力管道的應(yīng)用質(zhì)量，對(duì)其安全平穩(wěn)運(yùn)行有重要意義。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)有針對(duì)性地對(duì)裂紋問題開展檢驗(yàn)檢測(cè)工作，進(jìn)一步研究在制及在役壓力容器和管道裂紋問題的實(shí)際成因，使用單位應(yīng)不斷提升自身管理水平，保障設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
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作者:韓霄 單位:青島市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院
