關(guān)于壓力容器壓力管道形成裂紋的問題分析

林慶茂

（中國鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司，廣西 平果 531400）

壓力容器和壓力管道是存儲和運輸流體物料的主要設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備，長期在高溫、高壓等環(huán)節(jié)下運行，對壓力管道的密封性有極高的要求。因此，在具體應(yīng)用過程中，為提升壓力容器壓力管道生產(chǎn)效率和安全性，就必須切實做好檢驗工作，以便及時發(fā)現(xiàn)裂紋，并采取有效的措施進(jìn)行處理。

1 壓力容器壓力管道形成裂紋的問題

（1）機(jī)械疲勞裂紋。機(jī)械疲勞裂紋主要發(fā)生在應(yīng)力比較集中處，并在壓力容器壓力管道表面呈現(xiàn)出來。其宏觀特征是：從裂紋的初始階段開始，和應(yīng)力方向成45°擴(kuò)展，然后進(jìn)入和拉伸應(yīng)力成90°的發(fā)展階段。此種裂紋通常呈現(xiàn)直線狀，開始時裂紋比較小，隨著時間的推移不斷擴(kuò)大。微觀特征是：壓力容器壓力管道材料的結(jié)構(gòu)、顯微組織狀態(tài)、環(huán)境介質(zhì)等對機(jī)械疲勞裂紋的形成和發(fā)展有密切聯(lián)系。在裂縫附件無顯著的塑性變形，發(fā)展趨勢和主應(yīng)力垂直，開口比較寬，并在開口附件有明顯的粘結(jié)斑坑，深度比較淺。

（2）應(yīng)力腐蝕裂紋。此種裂紋是在應(yīng)力和腐蝕的共同作用下形成的，汽水壓力管道中最常的裂紋，而奧氏體不銹鋼則是形成應(yīng)力腐蝕裂的主要材料。在運輸汽水介質(zhì)時，往往只需要很小的應(yīng)力就能引發(fā)應(yīng)力腐蝕裂紋，此外，振動頻率過高、殘余應(yīng)力得不到及時釋放，都是形成應(yīng)力腐蝕裂紋的主要應(yīng)力源[1]。此種裂縫通常和應(yīng)力的方向垂直，呈現(xiàn)分枝狀，尾部比較尖。壓力容器壓力管道中應(yīng)力腐蝕裂縫主要出現(xiàn)在彎管內(nèi)壁中性層區(qū)，在一種由應(yīng)力導(dǎo)向腐蝕的裂紋。

（3）蠕變裂紋。蠕變裂紋是一種在溫度和應(yīng)力長期作用下，隨著變形和金屬組織損傷而形成的裂紋。宏觀特征為：垂直于壓力容器壓力管道最大應(yīng)力方向，沿著軸線分布，主要呈現(xiàn)曲折發(fā)展?fàn)顟B(tài)，逐步形成一個較寬的裂紋帶，在主裂紋兩側(cè)平行分布了大量副裂紋。微觀特征為：在管道和容器金屬通體中形成大量無規(guī)則的米粒狀孔洞，在晶界上進(jìn)行規(guī)則連接，最后形成蠕變裂紋。

（4）堿脆裂紋。堿脆是壓力容器管一種特殊的腐蝕形式，主要原因是介質(zhì)中含有苛性鈉，導(dǎo)致受腐蝕的金屬發(fā)生脆化。當(dāng)壓力容器管道的介質(zhì)滿足較高濃度的氫氧化鈉溶液、較高的溫度、大于材料屈服限的應(yīng)力這三個條件時就會發(fā)生堿脆裂紋。

2 壓力容器壓力管道形成裂紋的原因

（1）壓力容器壓力管道設(shè)計不合理。在壓力容器壓力管道設(shè)計中，忽略了柔性。比如：某工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，在2017年對4#壓力容器壓力管道重新設(shè)計，由于生產(chǎn)任務(wù)中，為盡快完成改造任務(wù)，設(shè)計單位在設(shè)計過程中，沒有充分開裂管道尺寸、支架結(jié)構(gòu)、管件、閥門連接形式合理性，降低管道柔性。投入運行2個月以后，壓力容器壓力管道振動異常激烈，使得焊縫處發(fā)生嚴(yán)重的機(jī)械疲勞裂紋，導(dǎo)致管道破裂。

（2）材質(zhì)不達(dá)標(biāo)或者誤用代材。在進(jìn)行壓力容器壓力管道生產(chǎn)過程中，金屬材料中可能存在夾雜、縮孔、疏松等質(zhì)量缺陷，在加工生產(chǎn)中，會形成一些線形裂紋。在原材料采購過程中，要根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證檢查壓力容器壓力管道的性能，如果應(yīng)用在強(qiáng)腐蝕性、有毒介質(zhì)等物料運輸和存儲中，還要進(jìn)行抗腐蝕性能、機(jī)械性能、化學(xué)分析等檢驗，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后才能投入使用。

選用材料不符合壓力容器壓力管道設(shè)計要求或者發(fā)生誤用，也是導(dǎo)致裂紋形成的主要原因。

此外，在管道連接時焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，存在焊縫裂紋、錯位、燒穿、咬邊等缺陷，也會引發(fā)裂紋。

3 針對壓力容器壓力管道裂紋問題的防治措施

（1）加強(qiáng)原材料檢驗工作，滿足規(guī)范技術(shù)要求。原材料的質(zhì)量和性能，對壓力容器壓力管道持續(xù)、安全、穩(wěn)定運行有重要作用，也是降低裂紋問題形成的主要途徑之一。通過原材料進(jìn)行全面、系統(tǒng)、科學(xué)的檢驗，可以從根源上保證壓力容器壓力管道的質(zhì)量，降低應(yīng)力、腐蝕、外交因素的影響，進(jìn)而減少裂紋的形成，提升壓力容器壓力管道運行的安全性。具體而言可以從以下幾個方面同時入手：第一，要根據(jù)壓力容器壓力管道運行的實際情況和設(shè)計質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，擬定有針對性的原材料采購計劃，包括：原材料的性能、規(guī)格、價格、生產(chǎn)廠家、運輸時間等。第二，在原材料和零件加工時，要嚴(yán)格按照技術(shù)工藝流程進(jìn)行加工，確保整個加工過程的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性，壓力容器壓力管道生產(chǎn)的尺寸誤差控制在允許范圍中，避免影響后期安裝和焊接的效率，從根本上確保壓力容器壓力管道各項標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計技術(shù)要求，以免在使用過程中發(fā)生裂紋。第三，在壓力容器壓力管道出廠前，生產(chǎn)廠家要進(jìn)行自檢，并邀請第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行全面監(jiān)督，以便廠家虛報產(chǎn)品生產(chǎn)信息和性能。并及時發(fā)現(xiàn)壓力容器壓力管道中存在的問題，要求生產(chǎn)廠家及時整改，直到滿足設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求后才能出廠，以降低壓力容器壓力管道抽檢不嚴(yán)密，引發(fā)形成裂紋的風(fēng)險。

（2）嚴(yán)格控制壓力容器壓力管道限制，提升整體性。壓力容器壓力管道裂紋的防治工作要貫穿整個生產(chǎn)過程，并將壓力值控制在允許范圍中。具體而言可以從以下兩個方面同時入手：第一，采用PLC控制系統(tǒng)，對壓力容器壓力管道的運行工況進(jìn)行全面實時監(jiān)督。第二，針對壓力容器壓力管道比較薄弱的環(huán)節(jié)，要進(jìn)行加固防裂處理。

（3）提升人員技能，全面落實維護(hù)保養(yǎng)工作。大量實例表明，在壓力容器壓力管道運行中，工作人員技能水平的高低，直接決定了壓力容器壓力管道的運行效率和質(zhì)量。因此，企業(yè)要不斷引進(jìn)高素質(zhì)人才，并定期開展培訓(xùn)教育，創(chuàng)新工作模式，培養(yǎng)一支高素質(zhì)、高水平的壓力容器壓力管道工作人員，提升壓力容器壓力管道運行的安全性和可靠性。

壓力容器壓力管道是工業(yè)生產(chǎn)中比較特殊的設(shè)備，具有明確的使用壽命和特定的工作環(huán)境。做好維護(hù)保養(yǎng)工作，既能減輕設(shè)備損耗，提升使用壽命，又能避免裂紋形成。因此制定科學(xué)合理的維護(hù)保養(yǎng)方案，合理安排壓力容器壓力管道使用時間、維護(hù)周期等，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，消除裂紋隱患，確保壓力容器壓力管道能夠安全、持續(xù)運行。

4 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合理論實踐，分析了壓力容器壓力管道形成裂紋的問題，分析結(jié)果表明，裂紋對壓力容器壓力管道的運行質(zhì)量、安全性等方面有至關(guān)重要的影響。為避免裂紋形成，要先掌握不同裂縫形成的原因和容易發(fā)生裂紋位置，加強(qiáng)原材料檢驗、嚴(yán)格控制壓力容器壓力管道限制、提升工作人員技能水平，促使壓力容器壓力管道安全運行。