压力容器和压力管道应力腐蚀开裂机理及影响因素

张小飞

摘 要： 近年来，我国的化工行业有了很大进展，对压力容器的应用也越来越广泛。在长期的使用下，难免会造成压力容器压力管道出现裂纹问题，对化工生产活动会造成极大的影响。我国对压力容器的质量提出要求，规定必须定期进行相关检测，及时发现裂纹等问题，避免造成员工生命及公司财产的重大损失。文章对压力容器压力管道检验中的裂纹问题进行分析，并针对问题探究解决对策，确保其能够在日常生产中正常运行，满足工业生产要求。

关键词： 压力容器压力管道;腐蚀开裂;裂纹问题

【中图分类号】TE988.2     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.180

引言：应力腐蚀的裂纹扩展速率一般为10-9～10-6m/s。如疲劳，是渐进缓慢的，这种亚临界的扩展状况一直大到某一临界尺寸，使剩余下的断面不能承受外载时，就突然发生断裂，所以后续会发生很严重的事故。由此可见，对于压力容器和压力管道应力腐蚀开裂的研究具有重要意义。

1 压力容器和压力管道应力腐蚀开裂机理

1.1 锅炉压力容器安全环节的裂纹现象

①安装操作人员用操作不当导致管道产生的裂纹。我国目前锅炉压力容器相关企业的发展不断加快，企业规模也在不断的扩大，需要铺设的压力管道线路的长度也在增长，此外，压力管道的铺设需要结合城市的基础布局规划，这就需要压力管道在铺设的过程中不单单只是直线铺设了，在很多情况下要求曲线铺设管道，对管道采取合理的弯曲操作技术难度高，很容易因为技术人员操作不当导致或者本身的安全意识不到位，忽略安装安全的重要性，导致管道之间的连接处，出现了缝隙;②由于管道自身的材料问题导致管道产生裂纹。比如因为腐蚀、自身耐高温效果达不到使用要求等等原因都会产生裂纹问题，引发安全事故。

1.2 疲劳裂纹

锅炉容器和压力管道往往需要承受不均匀变化的应力作用，这就造成容器和管道检验时常见的疲劳裂纹。抗疲劳强度较高的金属材料不容易产生疲劳裂纹，但对于常规的金属材质而言，金属疲劳是难以避免的。疲劳裂纹一方面与容器和管道的材质有很大关系，另一方面和介质流动速度、介质容量的变化频率以及介质重量等均有一定关系，在应力变化等多种因素的共同作用下，疲劳裂纹的变化往往是从表面到内部，从细微的直线到散射状的曲线，从材料自身缺陷部位到材料非缺陷区，逐步扩展，最终形成严重的缺陷。

2 压力容器压力管道常见的裂纹问题

2.1 蠕变裂纹

压力容器压力管道自长期受到应力以及温度的影响下，导致管道金属材料质量发生了变化，在压力容器的使用中，材料发生质变而产生分离，从而产生的裂纹被称为蠕变裂纹。一般压力管道集装箱受到应力较大的位置中会出现蠕变裂纹，也有可能出现在高温蒸汽管道弯管处。蠕变裂纹形状主要是平行的形态，而且裂纹之间不规则，呈现出米粒状或者孔洞状。

2.2 腐蚀疲劳裂纹

腐蚀疲劳裂纹也是一种常见的裂纹类型，为更好地区别腐蚀疲劳裂纹与其他裂纹，一般情况下，要锁定这一类型所在的常见区域，而且裂纹的宽度会不断增大，其内部会有许多腐蚀物质。腐蚀疲劳裂纹会对压力管道造成损坏，需予以仔细辨别和确认。

2.3 过热、过烧裂纹

该类裂纹的发生阶段多为金属部件热加工的过程，且在升温过程中，裂纹会越发显著，进而导致晶界氧化。通常情况下，过烧的金属变形问题较为严重，且会出现裂纹。如果部件表面本身就存在龟裂問题，且熔化痕迹较为明显，则会增大裂纹出现的概率。

2.4 疲劳裂纹

通俗地说，在锅炉压力容器压力管道的制作过程中，一定会出现与完美标准有误差的区域。一般来说，这种误差是在工程允许范围内的误差，它不会影响锅炉压力容器压力管道的工作质量。但也是这个区域给予了疲劳裂纹生存的机会。疲劳裂纹与上述两种裂纹不同的是，它是从外部逐渐向内部呈直线延伸状态的裂纹形态。在疲劳裂纹形成的初期，它的形态是较为短小的，但是，它会随着锅炉压力容器压力管道的使用过程逐渐扩大裂纹面积。到了后期，它的扩大速度和增长速度会有明显的提升。所以，操作人员如果没有在前期对疲劳裂纹发现和防治，那么，在后期疲劳裂纹就会有快速生长的阶段，如果想在后期对疲劳裂纹进行防治，就已经不是很有用了。但好在疲劳裂纹的生长位置和生长速度是有规律的。

3 压力管道和压力容器防腐蚀的基本内容

3.1 管道在工作环境中的腐蚀损伤

是关系到装置的安全性、可靠性以及使用寿命的重要问题。特别是化工装置的管道，在高温、低温、高压及强腐蚀性介质中使用，与其他工业装置相比，使用条件非常苛刻，因此压力管道的防腐蚀设计，就是在设计中为防止腐蚀而采取的较为完善的措施，尤为重要。

3.2 加强对锅炉压力容器压力管道的检验力度

首先，锅炉设备在建成后要按照标准流程进行验收，在投入使用之前要进行二次检查，另外，在日常使用过程中，要形成规范的周期检查制度，并在每次检查时做好详细的记录，这样有助于技术人员及时准确地追踪锅炉压力容器系统变化特性，进而有助于从根本上防患于未然，减少裂纹造成的安全隐患。对于服役时间较长的锅炉设备，要重点增加检验频率，细化检验内容，扩大检验范围。

3.3 提高压力管道材料性能以及安全管理

在压力管道产生裂纹的内部原因中，最重要也是最直接的就是管道的材料性能。因此，在选材方面，需要选择符合管道运营标准的材料，并且控制经济成本。这样既可以保障锅炉运营的安全，还可以提高企业的经济利润。我国目前用于锅炉管道制作的材料种类众多，这就需要技术人员进行对比，分析其使用条件以及优势、劣势，根据企业的自身要求择优选择管道材料。同时，在安装锅炉压力管道时，需要安装人员提高自身的安全意识，按照详细的安装图解进行安装，在管道的各个衔接部位需要格外注意，保障其气密性、水密性与安全性等等。在管道进一步投入使用后，需要企业需要安排人员进行日常的检测与维护，对于安全隐患及时排查与处理。

结语：综上所述，应力腐蚀开裂在化工装置中的压力容器和压力管道运行中是一个普遍存在隐患及关注的问题，需要得到有效的分析、处理和控制，本文就这一问题分析，旨在对于压力容器、压力管道中应力腐蚀的问题引起重视，为我国石油化工行业的良好发展和稳定发展起到积极有效的作用。

参考文献

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