壓力容器檢驗過程中的常見裂紋研究

劉勇

本溪市特種設備監(jiān)督檢驗所 遼寧本溪 117000

相對于壓力容器而言，最常見的故障問題則是裂紋問題，裂紋問題若得不到及時有效地解決，勢必會埋下安全隱患，隨著時間的推移變化，則會直接導致設備出現(xiàn)爆炸，甚至會威脅到從業(yè)人員的生命財產安全，給企業(yè)帶來一定的經濟負擔。由此來看，重視到對壓力容器檢驗的工作，提高檢測技術，及時發(fā)展壓力容器內部出現(xiàn)的故障問題，降低安全風險，并針對裂紋問題制定相對應的解決措施，確保壓力容器的質量有所提升，這對于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有一定的促進作用，

1 壓力容器檢驗內容和方法

對壓力容器進行檢驗時，首先需要進行資料審查，其中包括設計資料、制造（含現(xiàn)場組焊）資料、壓力容器安裝竣工圖、改造或者重大修理資料、使用管理資料等。然后根據壓力容器的資料及可能發(fā)生的損傷模式及失效模式編制檢驗方案。壓力容器的常規(guī)檢驗內容包括宏觀檢驗、隔熱層檢驗、襯里檢驗、堆焊層檢驗、壁厚測定、表面缺陷檢測、埋藏缺陷檢測、材料分析、螺柱檢驗、強度校核、安全附件檢驗、耐壓試驗、泄露試驗等。在進行檢驗時需要嚴格檢查保護裝置、設備支座、質量外觀等，在對質量外觀進行檢驗時，主要采用目視方法（必要時利用內窺鏡、放大鏡等輔助工具）應當重點關注銘牌和標志，壓力容器外表面的腐蝕等。在檢驗過程中需要重點關注壓力容器排污及疏水情況等。除此外，還需要對相關工作人員進行檢查，主要檢查工作人員的執(zhí)照、資質證書、工作效果等，只有通過以上檢查才能更好確保壓力容器處在正常運轉狀態(tài)下，也能夠最大程度降低壓力容器發(fā)生故障的概率[1]。

2 常見裂紋概述

2.1 機械疲勞裂紋

當壓力容器長時間再循環(huán)機械載荷狀態(tài)下運行表面發(fā)生應力集中的現(xiàn)象，從而產生的裂紋便是機械疲勞裂紋，機械疲勞裂紋也包含在直線裂紋的范疇中，在裂紋產生初期，裂紋范圍較小，同時裂紋的長度較短，如果此時沒有對其進行及時發(fā)現(xiàn)并解決裂紋將開始延伸。在裂紋產生中期，裂紋的長度快速增長，并且變化方式快速增多。在機械疲勞裂紋長度快速增長的過程中，極易出現(xiàn)腐蝕疲勞裂紋。腐蝕疲勞裂紋與機械疲勞裂紋相比，其特點與規(guī)律極其相似，主要形成于應力較為集中的位置。并且裂紋發(fā)現(xiàn)時間越慢，其形式變化種類越多，對于裂紋產生初期而言，其發(fā)展特點為較為隱秘并且發(fā)展緩慢。而因此裂紋產生的原因十分多樣化，因此導致裂紋的形式種類數(shù)量也較多。同時裂紋具有較大的開口，容易出現(xiàn)粘結坑，并且裂紋的尾端十分銳利，但是裂紋的兩端不會發(fā)生明顯可見的彎曲變化[2]。

2.2 熱疲勞裂紋

針對熱疲勞裂紋而言，是金屬材料比拉伸強度極限要低時所產生的裂紋，主要引發(fā)的原因是熱交換現(xiàn)象，瞬時性較高，一般在火電廠蒸汽管道以及排氣管管座等部位發(fā)生熱疲勞損失現(xiàn)象，一般是由于部件表面熱應力變比較大所引起的。在熱疲勞裂紋產生初期，部件的應力變化連續(xù)性不足，同時應力變化區(qū)域較為集中，裂紋主要表現(xiàn)形式為一條主裂紋以及多條小裂紋。而高溫蒸汽管道內壁所產生的熱疲勞裂紋也存在一些不同，主要為網狀，在裂紋產生初期，裂紋主要朝著一個方向進行擴散，但如果應力較大，裂紋擴散向周圍的區(qū)域。并且寬度較大，并存在較為細小的缺口，同時伴隨著線狀痕跡，同時其擴散的跳躍性較強，十分容易發(fā)生二次開裂的現(xiàn)象，導致其變化規(guī)律性較低。此外隨著時間的推進，熱疲勞裂紋的擴散也發(fā)生一定變化，在比蠕變溫度低時，將發(fā)生穿晶擴展，當比蠕變溫度高時，將出現(xiàn)混合擴展的現(xiàn)象。

2.3 腐蝕裂紋

針對腐蝕裂紋而言，對于鍋爐壓力容器來說出現(xiàn)頻率較高，其主要產生原因是壓力容器在腐蝕介質與應力的作用下所出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象，開裂所產生的裂紋就是應力腐蝕裂紋。通常主要在壓力容器的管道位置產生腐蝕裂紋。奧氏體不銹鋼產生應力腐蝕的頻率最大，在水汽較為充足的環(huán)境中，再小的應力也可導致腐蝕開裂情況的發(fā)生。裂紋的主要產生原因是殘余應力的作用以及變形振動的作用導致的。對于奧氏不銹鋼裂紋來說，所產生的裂紋形狀通常為樹枝狀，并且末尾部分較細，擁有較多分支。對于火電廠汽水管道來說，主要在彎管內壁中性層區(qū)出現(xiàn)應力腐蝕開裂現(xiàn)象。其產生原因是由于在長時間的腐蝕作用下，許多部位受到了一定的腐蝕影響。針對彎管中性層區(qū)而言，主要以帶狀為主，具有開口較短，長度較短以及寬度較大的特點[3]。

2.4 焊接裂紋

在制造或修理壓力容器的過程中，焊接裂紋的發(fā)生頻率也較高。這是由于在制造壓力容器以及鍋爐的過程中主要使用了特定的金屬板，因此在進行生產制造的過程中會對壓力容器的質量產生一定影響，因此焊接裂紋的出現(xiàn)無法避免。這是由于壓力容器需要在高溫環(huán)境下進行焊接操作，導致裂紋的產生概率較高，并且在焊接完成后金屬材料需要進行冷卻處理，也十分容易導致焊接冷裂紋的產生。同時金相組織內部含有溶解的氫元素，并且溶解度也在不斷變化，而金屬組織在向鐵相體進行變化的過程中將不斷聚集氫元素，從而產生焊接冷裂紋[4]。

3 壓力容器檢驗中常見裂紋的解決方式

3.1 強化原材料檢驗

為了有效解決壓力容器的裂紋產生問題，應對原料零件的安全管理工作進行重視。要想提高壓力容器的穩(wěn)定性以及安全度，應嚴格要求壓力容器的制造質量，做好壓力容器的檢驗工作，從而提高其運行穩(wěn)定性與安全性，對裂紋發(fā)生的概率進行降低。在對壓力容器原料進行選擇與管理的過程中，應針對以下幾方面進行綜合考慮：首先應嚴格按照生產要求來對原料零件進行采購，隨后針對相應的原料采購計劃對市場情況進行調查，主要對零件的價格、規(guī)格以及性能等因素進行分析與研究。因此在對原料零件制造商進行選擇時，應對信譽良好的供貨商進行選擇，并預期構建長期的戰(zhàn)略合作關系，保證原料零件質量的安全性與穩(wěn)定性。其次應重視原料加工工作，在加工原料零件的過程中，應充分控制所使用的技術工藝，并針對當前技術的發(fā)展情況積極使用全新的技術工藝，提升現(xiàn)有的原料零件加工水平。此外進行加工的過程中，應對原料零件加工流程進行嚴格遵守，確保加工尺寸誤差處于合理范圍中[5]。

3.2 控制容器壓力限值

在對壓力容器裂紋的產生現(xiàn)象進行預防的過程中，應合理開展安全管理工作，提高壓力限值控制工作的重視程度，確保壓力容器在使用過程中不受到損害。在控制壓力容器限制的過程中，可充分利用可編輯邏輯器，動態(tài)監(jiān)測壓力容器的實際運行狀況，從而對壓力容器的參數(shù)變化進行了解與掌握，并全面分析壓力容器的壓力、溫度以及濕度等因素。此外針對實際的運行參數(shù)變化程度還可進行及時調整，確保壓力容器在運行時不發(fā)生故障，提升其穩(wěn)定性與安全性，對壓力容器的運行效率以及運行質量進行提升[6]。

3.3 加強質量檢驗

提高對壓力容器質量檢驗制度的完善和落實，質量體系的完整性，才能夠使相關人員的嚴格按照制度標準有條不紊的進行，才能夠保障設備質量的穩(wěn)定。所以，在對質量檢驗體系的完善中，也要結合壓力容器的運行現(xiàn)狀問題進行體系細節(jié)內容的優(yōu)化；其次是提高檢驗預防工作，進行檢驗作業(yè)時，相關技術人員需要結合壓力容器的裂紋類型的不同、容易發(fā)生裂紋的位置等問題進行嚴格檢驗，其次也要對壓力容器的內部結構進行細致化的清理工作，避免出現(xiàn)其他腐蝕物的出現(xiàn)，導致壓力容器被破壞，與此同時，也要對容器的焊接部位進行嚴格的檢驗分析，焊接位置的好壞對壓力容器穩(wěn)定運行影響較大，所以，提高對焊接部位的檢驗，做好日常的維修管理，才能夠避免發(fā)生松動現(xiàn)象。另外也要建立相應的質量檢驗團隊，提高監(jiān)督管理的工作質量，當前，部分企業(yè)依然對質量檢驗團隊的重視程度不高，沒有專業(yè)的質量檢驗隊伍，實際運行工作中的問題頻繁出現(xiàn)，不利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此，重視質量檢驗隊伍的建立，對企業(yè)的長遠發(fā)展有著一定的促進作用[7]。

3.4 打造專業(yè)技術團隊

現(xiàn)階段，在企業(yè)的運行管理作業(yè)中，部分企業(yè)管理者的思想還有一定的問題，在發(fā)展中，過于重視經濟利益的獲取，卻忽視了人才培養(yǎng)的重視程度，整體的企業(yè)發(fā)展的水平較為落后，相對于設備的維護及管理工作較差。所以，企業(yè)只有重視到人才的培養(yǎng)是極其重要的。首先，需要提高對技術人才的引進工作，可在線上相應的招聘網站進行招聘或線下開展相應的企業(yè)招聘活動，在線上線下的活動渠道中，也要將招聘的標準嚴格規(guī)范，同時也更要注重到人才的個人素質及專業(yè)技能，擴大企業(yè)的人才隊伍。其次是，對當下企業(yè)的從業(yè)技術人員進行專業(yè)技能的培訓，在進行此項培訓工作時，可借鑒其他優(yōu)秀企業(yè)的培訓方法，學習相應的培訓經驗，在開展培訓工作時，重點講述關于壓力容器的運行中存在的問題及如何預防的措施，在培訓中也要對日常工作中，技術人員出現(xiàn)的問題進行分析和總結，保障壓力容器的有效運行。

3.5 重視保養(yǎng)技術

為了有效避免壓力容器裂紋的形成，應對壓力容器的運行環(huán)境進行重視，避免其處于長時間的運行狀態(tài)中出現(xiàn)損耗，對壓力容器的使用壽命進行延長。因此對于壓力容器的維護與保養(yǎng)工作來說，應針對以下幾方面進行充分考慮。首先應構建合理有效的壓力容器使用方案，在設計壓力容器的運行計劃時，應將壓力容器的參數(shù)作為基礎，從而合理安排壓力容器的使用時間，對壓力容器的日常管理維護工作進行強化。其次，應進行壓力容器運行環(huán)境的管理，在壓力容器運行時，應實時控制濕度以及溫度，確保壓力容器在合適的環(huán)境下運行，避免由于超負荷使用而導致的損傷現(xiàn)象[8]。

3.6 確保運行穩(wěn)定性

首先，需要嚴格確保壓力容器運行穩(wěn)定性，要想穩(wěn)定設備運行的有效性和平穩(wěn)性，那么就要對鍋爐的開啟、運轉及停止進行一定的控制，保證這三個步驟順序的穩(wěn)定，才能夠讓壓力管道的運行始終在穩(wěn)定的狀態(tài)進行，減少故障問題的發(fā)生，使壓力容器的質量得以保證，對于溫度的變化也需要進行嚴格地掌控，如果溫度的變化較大，容器會在較短的時間內受到一定的損害。因此對于溫度的升高或降低控制及操作需要對遵循操作的原則進行。預熱操作工作中，相關技術人員在操作過程中，要時刻關注細節(jié)問題，減少預熱問題出現(xiàn)，防止裂紋現(xiàn)象的發(fā)生。其次，對壓力容器也要做好相應的維修保養(yǎng)作業(yè)，壓力容器長時間的使用，磨損問題比較常見，所以預防這種問題就需要制定相應的維修管理制度，減少磨損問題出現(xiàn)，使設備的使用壽命延長，設備運行的狀態(tài)在平穩(wěn)的狀態(tài)下進行。

4 結語

綜上所述，對于鍋爐的壓力容器來說，其運行工作的條件在于，長時間地在高壓、高溫的條件下進行工作，倘若運行期間設備容器出現(xiàn)裂紋問題，勢必會發(fā)生爆炸事故的出現(xiàn)，從而對企業(yè)的經濟效益以及工作人員的生命財產安全造成十分嚴重的影響。所以企業(yè)及用慣部門只有重視到壓力容器的檢驗工作，預防容器的裂紋問題出現(xiàn)，建立健全相關維修養(yǎng)護工作，才能夠促進企業(yè)的發(fā)展。