壓力容器和壓力管道應力腐蝕開裂機理及影響因素

張小飛

摘 要： 近年來，我國的化工行業(yè)有了很大進展，對壓力容器的應用也越來越廣泛。在長期的使用下，難免會造成壓力容器壓力管道出現(xiàn)裂紋問題，對化工生產(chǎn)活動會造成極大的影響。我國對壓力容器的質量提出要求，規(guī)定必須定期進行相關檢測，及時發(fā)現(xiàn)裂紋等問題，避免造成員工生命及公司財產(chǎn)的重大損失。文章對壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題進行分析，并針對問題探究解決對策，確保其能夠在日常生產(chǎn)中正常運行，滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。

關鍵詞： 壓力容器壓力管道;腐蝕開裂;裂紋問題

【中圖分類號】TE988.2 ? ? 【文獻標識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.180

引言：應力腐蝕的裂紋擴展速率一般為10-9～10-6m/s。如疲勞，是漸進緩慢的，這種亞臨界的擴展狀況一直大到某一臨界尺寸，使剩余下的斷面不能承受外載時，就突然發(fā)生斷裂，所以后續(xù)會發(fā)生很嚴重的事故。由此可見，對于壓力容器和壓力管道應力腐蝕開裂的研究具有重要意義。

1 壓力容器和壓力管道應力腐蝕開裂機理

1.1 鍋爐壓力容器安全環(huán)節(jié)的裂紋現(xiàn)象

①安裝操作人員用操作不當導致管道產(chǎn)生的裂紋。我國目前鍋爐壓力容器相關企業(yè)的發(fā)展不斷加快，企業(yè)規(guī)模也在不斷的擴大，需要鋪設的壓力管道線路的長度也在增長，此外，壓力管道的鋪設需要結合城市的基礎布局規(guī)劃，這就需要壓力管道在鋪設的過程中不單單只是直線鋪設了，在很多情況下要求曲線鋪設管道，對管道采取合理的彎曲操作技術難度高，很容易因為技術人員操作不當導致或者本身的安全意識不到位，忽略安裝安全的重要性，導致管道之間的連接處，出現(xiàn)了縫隙;②由于管道自身的材料問題導致管道產(chǎn)生裂紋。比如因為腐蝕、自身耐高溫效果達不到使用要求等等原因都會產(chǎn)生裂紋問題，引發(fā)安全事故。

1.2 疲勞裂紋

鍋爐容器和壓力管道往往需要承受不均勻變化的應力作用，這就造成容器和管道檢驗時常見的疲勞裂紋?？蛊趶姸容^高的金屬材料不容易產(chǎn)生疲勞裂紋，但對于常規(guī)的金屬材質而言，金屬疲勞是難以避免的。疲勞裂紋一方面與容器和管道的材質有很大關系，另一方面和介質流動速度、介質容量的變化頻率以及介質重量等均有一定關系，在應力變化等多種因素的共同作用下，疲勞裂紋的變化往往是從表面到內部，從細微的直線到散射狀的曲線，從材料自身缺陷部位到材料非缺陷區(qū)，逐步擴展，最終形成嚴重的缺陷。

2 壓力容器壓力管道常見的裂紋問題

2.1 蠕變裂紋

壓力容器壓力管道自長期受到應力以及溫度的影響下，導致管道金屬材料質量發(fā)生了變化，在壓力容器的使用中，材料發(fā)生質變而產(chǎn)生分離，從而產(chǎn)生的裂紋被稱為蠕變裂紋。一般壓力管道集裝箱受到應力較大的位置中會出現(xiàn)蠕變裂紋，也有可能出現(xiàn)在高溫蒸汽管道彎管處。蠕變裂紋形狀主要是平行的形態(tài)，而且裂紋之間不規(guī)則，呈現(xiàn)出米粒狀或者孔洞狀。

2.2 腐蝕疲勞裂紋

腐蝕疲勞裂紋也是一種常見的裂紋類型，為更好地區(qū)別腐蝕疲勞裂紋與其他裂紋，一般情況下，要鎖定這一類型所在的常見區(qū)域，而且裂紋的寬度會不斷增大，其內部會有許多腐蝕物質。腐蝕疲勞裂紋會對壓力管道造成損壞，需予以仔細辨別和確認。

2.3 過熱、過燒裂紋

該類裂紋的發(fā)生階段多為金屬部件熱加工的過程，且在升溫過程中，裂紋會越發(fā)顯著，進而導致晶界氧化。通常情況下，過燒的金屬變形問題較為嚴重，且會出現(xiàn)裂紋。如果部件表面本身就存在龜裂問題，且熔化痕跡較為明顯，則會增大裂紋出現(xiàn)的概率。

2.4 疲勞裂紋

通俗地說，在鍋爐壓力容器壓力管道的制作過程中，一定會出現(xiàn)與完美標準有誤差的區(qū)域。一般來說，這種誤差是在工程允許范圍內的誤差，它不會影響鍋爐壓力容器壓力管道的工作質量。但也是這個區(qū)域給予了疲勞裂紋生存的機會。疲勞裂紋與上述兩種裂紋不同的是，它是從外部逐漸向內部呈直線延伸狀態(tài)的裂紋形態(tài)。在疲勞裂紋形成的初期，它的形態(tài)是較為短小的，但是，它會隨著鍋爐壓力容器壓力管道的使用過程逐漸擴大裂紋面積。到了后期，它的擴大速度和增長速度會有明顯的提升。所以，操作人員如果沒有在前期對疲勞裂紋發(fā)現(xiàn)和防治，那么，在后期疲勞裂紋就會有快速生長的階段，如果想在后期對疲勞裂紋進行防治，就已經(jīng)不是很有用了。但好在疲勞裂紋的生長位置和生長速度是有規(guī)律的。

3 壓力管道和壓力容器防腐蝕的基本內容

3.1 管道在工作環(huán)境中的腐蝕損傷

是關系到裝置的安全性、可靠性以及使用壽命的重要問題。特別是化工裝置的管道，在高溫、低溫、高壓及強腐蝕性介質中使用，與其他工業(yè)裝置相比，使用條件非?？量?，因此壓力管道的防腐蝕設計，就是在設計中為防止腐蝕而采取的較為完善的措施，尤為重要。

3.2 加強對鍋爐壓力容器壓力管道的檢驗力度

首先，鍋爐設備在建成后要按照標準流程進行驗收，在投入使用之前要進行二次檢查，另外，在日常使用過程中，要形成規(guī)范的周期檢查制度，并在每次檢查時做好詳細的記錄，這樣有助于技術人員及時準確地追蹤鍋爐壓力容器系統(tǒng)變化特性，進而有助于從根本上防患于未然，減少裂紋造成的安全隱患。對于服役時間較長的鍋爐設備，要重點增加檢驗頻率，細化檢驗內容，擴大檢驗范圍。

3.3 提高壓力管道材料性能以及安全管理

在壓力管道產(chǎn)生裂紋的內部原因中，最重要也是最直接的就是管道的材料性能。因此，在選材方面，需要選擇符合管道運營標準的材料，并且控制經(jīng)濟成本。這樣既可以保障鍋爐運營的安全，還可以提高企業(yè)的經(jīng)濟利潤。我國目前用于鍋爐管道制作的材料種類眾多，這就需要技術人員進行對比，分析其使用條件以及優(yōu)勢、劣勢，根據(jù)企業(yè)的自身要求擇優(yōu)選擇管道材料。同時，在安裝鍋爐壓力管道時，需要安裝人員提高自身的安全意識，按照詳細的安裝圖解進行安裝，在管道的各個銜接部位需要格外注意，保障其氣密性、水密性與安全性等等。在管道進一步投入使用后，需要企業(yè)需要安排人員進行日常的檢測與維護，對于安全隱患及時排查與處理。

結語：綜上所述，應力腐蝕開裂在化工裝置中的壓力容器和壓力管道運行中是一個普遍存在隱患及關注的問題，需要得到有效的分析、處理和控制，本文就這一問題分析，旨在對于壓力容器、壓力管道中應力腐蝕的問題引起重視，為我國石油化工行業(yè)的良好發(fā)展和穩(wěn)定發(fā)展起到積極有效的作用。

參考文獻

[1] 李紅艷.鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題研究[J].黑龍江科技信息，2013（14）：14-14.

[2] 王至中.鍋爐壓力容器焊接工藝探討及設計要點分析[J].工程與技術，2016（17）.