化工压力容器压力管道检验中的裂纹问题分析

高万梁 李朋 王正荣

摘 要：论文重点分析了压力容器压力管道常见的裂纹类型及特征，并针对于常见裂纹类型探讨了预防裂纹产生和裂纹发展的对策建议。

关键词：化工;压力容器;压力管道检验;裂纹

压力容器压力管道的裂纹分析是开展管道失效分析的基础，借由裂纹的分析可进一步探究裂纹位置，裂纹扩展方向，开裂的原因，受力情况等。进行化工压力容器压力管道检验的裂纹问题研究，重点在于发现关键零部件的缺陷，预测其安全性能指标。

1 化工压力容器压力管道检验分析

化工企业在日常生产过程中应加强压力容器压力管道的内外部环境检查工作，现场监测人员应根据压力容器运行过程中的条件变化，分析存在的潜在风险，并对应力应变集中区域进行深入细致的核查，确保内外部无明显缺陷。在对化工压力容器压力管道检查时，通常需要暂停压力容器的运行，尽可能采用无损检测手段，全面检查压力容器的内外部环境，一旦发现裂纹或者潜在的裂纹风险，需针对性的制定检修方案，保证其安全使用。

2 压力管道检验中的裂纹问题

裂纹分类的方法目前尚不统一。按裂纹形成的先后可分为主裂纹与二次裂纹;按裂纹的途径可分为沿晶裂纹与穿晶裂纹;按裂纹区塑性变形的大小可分为脆性裂纹与塑性裂纹。习惯上按裂纹萌生与扩展的机理分类。

2.1 机械疲劳导致的裂纹

由机械疲劳导致的裂纹多发生在叶轮、叶片和转动机械上，疲劳裂纹通常出现在应变较为集中的区域。分析机械疲劳裂纹的宏观特征可知，机械疲劳裂纹初始阶段与拉伸应力最为相关，随着裂纹产生，其与拉伸应力的夹角从45°逐渐延展到90°。通常情况下，疲劳裂纹呈直线分布，并以隧道式的方式向设备内部扩展。在疲劳裂纹形成的后期呈现明显的加速态势，部分情况下伴生一定的切向裂纹。分析疲劳裂纹的微观特征，裂纹与环境因素，受力条件等相关，微观形态较为复杂。通常情况下，疲劳裂纹区域无明显的塑形变形，通常是穿晶形态，长时间存在的疲劳裂纹，可观察到明显得二次裂纹。

2.2 应力腐蚀裂纹

应力腐蚀裂纹系指构件在应力及腐蚀介质共同作用下形成的开裂。汽水管道、集箱管座是常见的应力腐蚀裂纹萌生的区域。奥氏体不锈钢是极易形成应力腐蚀的材料，在汽水介质土作条件下只要很小的应力就可引起应力腐蚀开裂，冷加土变形、振动、残余应力都可成为开裂的应力源。应力腐蚀导致的裂纹通常与张应力垂直，在微观形态上可观察之字型分支，混晶、穿晶和沿晶形态均有分布，呈现出不连续性。

2.3 蠕变裂纹分析

蠕变裂纹指的是长时间应力应变条件下，产生的物料分离的一种现象，事实上是在应力和温度共同作用下，机械组织内部产生的损伤。宏观特征：蠕变裂纹的走向垂直于最大应力方向，在弯管上裂纹沿轴向分布。裂纹呈曲折发展，形成一个较宽的裂纹带，在带内主纹居中，主裂纹两侧有大量平行分布的裂纹。统计数据显示，蠕变裂纹主要在高应力应变区域，或者是高温区域产生。进一步分析蠕变裂纹的微观特征可知，在不变裂纹发育的区域，可在金属体内部发现无规则圆形孔洞，圆形孔洞进一步发育的可形成宏观的蠕变裂纹。从这一角度理解，宏观上观察到蠕变裂纹的区域，其内部必然存在大量的蠕变孔洞。

2.4 热疲劳裂纹

热疲劳指的是金属材料在低于其最大拉伸强度的条件下，伴随着热应力的变化，缓慢产生和扩展，最终导致断裂的现象。热疲劳裂纹的宏观特征分析如下，热疲劳裂纹，通常情况下在部件的表面形成，在热应变最大的部分发育。表面情况对热疲劳裂纹的影响不大，设备内部的孔状结构和结构性缺陷是热疲劳裂纹经常产生的地方。热疲劳裂纹可单条产生也可多条同时出现，当出现多条热疲劳裂纹时，其中一条为主裂纹，其他裂纹为分支裂纹，其他裂纹在应力松弛的条件下，通常不再进一步发育。宏观观察可知热疲劳裂纹一般短而粗，表面会发现明显的网状或线状痕迹。分析热疲劳裂纹的微观形态可知，热疲劳裂纹微观极不规则，经常呈现跳跃式发育，微观可发现二次裂纹和分支裂纹，内部的氧化物呈断续分布。

2.5 腐蚀导致的裂纹

腐蚀导致的压力容器、管道裂纹是化工生产中承压部件的另一种失效表现形式，通常情况下，在振动应力和介质压力同时存在的区域较为多发。分析辅食导致裂纹的宏观特征可知，腐蚀疲劳和一般疲劳存在明显的区别，也与应力腐蚀裂纹存在不同的特征，通常情况下腐蚀疲劳裂纹呈现穿晶形态，经常成组、成对出现。伴随着腐蚀疲劳过程的不断发展，腐蚀疲劳裂纹的宽度增加，裂缝中通常会充满松散的腐蚀物质，在压力容器和压力管道内部或内壁产生腐蚀坑和腐蚀通道。通常情况下，在腐蚀疲劳裂纹的末端呈现钝形特征。

2.6 过热和过烧裂纹

过热和过烧裂纹通常在压力容器压力管道承压部件的加工制造过程中，过热指的是所用材质在加热到临界点后继续升温，过烧则是指金属材料在高温下局部融化形成裂纹，从而埋下压力容器压力管道使用过程中的安全隐患。

3 预防化工压力容器压力管道裂纹产生的措施

3.1 重视压力容器压力管道生产加工质量

提升压力容器压力管道的生产加工质量可以从以下几方面入手：首先，应深入分析压力容器压力管道的应用环境，明确压力容器压力管道的使用条件，确定相应的材质及加工生产工艺;其次，需仔细核对压力容器压力管道的加工生产图纸，并核实制作细节，严格按照生产标准和生产工艺进行加工;最后，在实际的加工生产过程中，应避免生产环境的突然变化，对压力容器压力管道的影响，同时做好产品的质量检验工作，避免不合格产品流入市场。

3.2 提升操作人员的技能水平

压力容器压力管道在化工生产中，长时间处于高温高压腐蚀环境中，对于压力容器和压力管道产生严重的不良影响。例如，重新启动生产工序时，容器内部的温度和压力会剧烈波动，这就要求现场操作人员尽可能减少环境剧烈波动，对于压力容器压力管道的影响。与此同时，需要现场的工作人员制定合理的操作流程和生产系统，延长压力容器压力管道的使用時间。最后制定详细的现场操作工艺流程，严格要求现场技术人员按照工艺流程进行相应操作，加大培训力度，提升现场人员的理论水平和实操能力。

3.3 加强压力容器压力管道的定期质量检查工作

为有效避免压力容器压力管道裂纹对正常生产活动的影响，化工企业需重视裂纹检测工作，配备专业的裂纹检测工作队伍。首先，建立完善的管理制度，要求检测人员定期对压力管道进行检修，尤其是容易出现问题的环节，提升检测效率和检测质量。其次，检测过程中一旦发现裂纹问题，需及时对裂纹的形态和性质进行分析，并制定相应的整改和维修措施，避免裂纹进一步发展成为裂缝。与此同时，由于压力容器压力管道在设计时有其使用范围，应避免在实际应用中长期处于超范围，超负荷运行状态，使得压力容器的疲劳有充足的时间释放，延长压力容器的使用寿命。

4 结语

化工生产过程中的压力容器和压力管道，由于内外部环境的影响，容易产生裂纹，一旦压力管道中的裂纹进一步发育，不仅会严重降低压力容器压力管道的使用寿命，更会降低设备的安全系数，严重时威胁工作人员的生命安全和生产活动的顺利进行，导致严重的损失。为此，化工企业应充分重视压力容器压力管道检验工作，深入研究裂纹产生的原因及类型，并针对性的开展预防工作。

参考文献：

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[2]朱小兵，涂猛.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题分析[J].江西化工，2017（04）：63-64.

[3]蔡政国.锅炉压力容器压力管道检验中裂纹问题及预防处理方法分析[J].现代制造技术与装备，2017（06）：155+157.

作者简介：

高万梁（1986- ），性别：男，民族：汉，籍贯：甘肃省兰州市人，学历：本科，现有职称：中级工程师，研究方向：压力容器压力管道检验检测。