压力容器与压力管道检验中裂纹问题的解决措施

孟满彤

甘肃省特种设备检验检测研究院 甘肃 兰州 730050

引言

在压力管道压力容器运行过程中，裂纹问题既是一种常见病害，也是导致资源能源浪费、引发安全事故等不良后果的重要因素，要想保证压力容器压力管道持续健康运行，最有效的方法就是通过相关技术措施，严格落实压力容器压力管道检验检测作业，以便及时发现裂纹问题，并及时采取针对性的处理措施，现如今我国压力容器压力管道检验检测技术和检测水平都有了显著提升，加强压力容器压力管道裂纹问题解决策略研究，可为保证压力容器与压力管道稳定运行奠定基础。

1 压力容器及管道检验方法[1]

进行设备检验通常由3种方法组合完成，首先是利用常规工具对设备进行内外部及表面检测，同时要完成包含压力容器管道的内径椭圆度等检测内容，要想获得这些检测内容的高质量结果，就需要参与检测的工作人员具备较好的专业水平，同时对于设备的结构、运作原理有着清晰的认识。第二种方法是利用超声波、射线、渗透等无损检验设备开展的针对压力容器或管道的无损检测。第三种是通过对设备进行金相或者理化分析所开展的检验过程，这种检验方法通过锤击、灯光、直尺、钻孔等查验方法或者监测方法获得检测数据，同时结合设备的运行状态来对设备进行安全评估，获得设备是否具备安全运行条件的评估结果。

2 承压设备检验检测

在对压力容器、管道及锅炉类的设备进行检验时，主要涉及的检验方法和检验目的都属承压类特种设备的检验领域，需要满足该领域监测的相关要求[2]。在具体的检验过程中，首先需要设备使用单位明确设备的自检合格前提，然后再经由第三方检验机构开展深入检验，这些检验类型包含但不限于针对设备的外观参数和壁厚的测量工作，针对设备开展的理化、无损、水压等检测内容。具体的内容包含设备的外观质量、焊接质量、管道的技术参数、相关附件，以及技术资料的审查工作。通过对设备当前的运行状态、安装流程、维护保养记录、安全附件的使用年限等情况进行摸底。同时还要对设备的安全保护装置及外观进行全面的检查，明确设备的焊缝状态、应力集中部位和热影响区域的分布等相关数据。

针对承压容器的外部检验内容主要是安全性能检测，该检测应当保证在设备运行的过程中开展检查流程，检查频率应当不少于每年1次。针对承压设备如锅炉设备内部检验要在锅炉停机的状态下开展检验，检验频率应当不能低于2年1次。同时，在某种状态下需要提前开展锅炉的内外部检测过程，比如锅炉在安装完毕投入使用之前，锅炉在停机之后重新投入使用之前，以及锅炉的燃烧方式发生了变化或者在锅炉安装自动化控制系统后都要开展检验工作。锅炉在工作的过程中主要以水作为介质来进行能量传导，所以锅炉也被称为承压设备，因此要对锅炉承压部位的密封性和强度进行检验，甚至还需要对锅炉进行水压试验，符合相关标准的承压设备才能够投入使用。

3 压力容器和管道检验常见裂纹类型

3.1 疲劳裂纹

导致承压设备出现安全风险的主要原因是设备承压部分存在疲劳裂纹问题，形式不同的容器裂纹会对设备产生直接的影响，最终引发设备故障[3]。为了能够有效地解决压力容器或管道存在的裂纹问题，首要目标是判断裂纹的类型，明确裂纹的产生原因，以此来制定解决方案，来对裂纹进行有效的处理。

在所有的裂纹类型中，疲劳裂纹是压力容器或管道设备中最为常见的裂纹类型，承压设备之所以会产生疲劳裂纹，是设备在长期使用过程中其性能下降所导致的，疲劳裂纹虽然没有复杂的产生原因，但是这种裂纹对设备带来的影响非常严重，修复成本较高，难度较大。

3.2 焊接裂纹

容器管道在使用的过程中，为了能够保证压力容器或管道的正常运行，需要定期对这种类型的设备开展质量检验工作。针对承压设备所开展的养护工作要本着科学严谨的态度实施相关的检验流程。设备投入使用后，随着使用时间的推移，不可避免地会产生裂缝，其中焊接裂缝是因为在焊接时产生的高温所导致的一种裂纹。通过对焊接裂纹进行分析可知，压力容器或管道其自身所采用的材料，金属是大多数压力管道或容器的首选材质，否则在焊接过程中在高温环境下就容易产生裂纹。

因此在设备投入使用之后，设备的温度呈现下降趋势，那么金属自身的形态就会产生一定水平的变化。此时在焊接过程中所产生的焊缝会受到氢元素的影响，逐渐出现焊接冷裂纹问题。这是因为焊接裂纹大多在高温结晶状态下生成，所以在行业中也会将焊接裂纹称为结晶裂纹，而在焊接的过程中受到杂质的干扰，也是导致出现焊接裂纹的主要原因。

通过对焊接过程进行原理分析可以发现，焊接过程所产生的裂纹通常集中在焊缝中央区域，该区域存在低熔点物质，这些物质的周边会呈现出明显的结晶现象，这些结晶在逐渐凝固的过程中，焊缝主要区域仍然呈现液态膜状态，焊缝收缩时会出现明显的应力，这是导致焊缝出现裂纹的主要原因[4]。为了避免出现焊接裂纹，就需要在容器或管道焊接的过程中，要求焊接技术人员不断地提升焊接技能，防止因焊接操作问题而导致的焊接裂纹，良好的预热处理流程能够有效地降低焊接裂缝的产生。

3.3 腐蚀裂纹

在压力容器和管道的众多裂纹类型中，腐蚀裂纹也是常见的裂纹类型。导致出现这种裂纹的主要原因是受到设备所处环境或介质带来的影响而导致的裂纹现象。大多数情况下，导致出现腐蚀性裂纹的原因较为复杂，是多种因素共同作用下而导致的裂纹形态。针对腐蚀性裂纹进行原因分析时，需要从多个角度来开展分析过程，通过多种因素或残余应力因素进行分析使得设备设施能够处于正常的工作状态。大多数情况下压力容器或管道在正常的工作状态下，随着时间的推移都可能出现腐蚀问题，这种腐蚀问题会在设备使用的过程中逐渐增加，使得腐蚀面积逐渐增大，最终引发严重的腐蚀裂纹问题。

通过观察腐蚀裂纹的外观可以发现这种形态的裂纹有着明显的外观特点，会呈现出块状的较大面积的裂纹形态。这种裂纹存在较大的开口和多点分布的形态。如果不能够对腐蚀裂纹进行积极有效的处理，这种裂纹形态就会出现逐渐加快的发展蔓延趋势，最终影响设备的正常运行和使用。比如针对非催化转化氧气管线所产生的事故进行故障分析可以得知，如果该设备的温度在240℃时，其内部的饱和蒸汽压强为3.12MPA。该设备存在较为明显的裂纹问题，且开裂纹出现在焊缝边缘，以腐蚀裂纹为主要形态。之所以腐蚀性裂纹会出现在焊缝附近，分析原因可能是受到了冷凝液的干扰，因为冷凝液中含有丰富的氧含量，导致焊缝附近出现了氧化腐蚀问题，随着该问题的逐渐发展加上冷凝水自身的作用，使得设备出现了因腐蚀导致的穿孔问题。

3.4 蠕变裂纹

压力容器和管道在运行过程中会受到温度和应力的影响，这些影响在长期的作用下会使得承压容器的内部结构发生质量变化问题。主要是内部结构的材料会产生分离或质变等相关问题。这些问题会使得承压容器内部出现蠕变裂纹。蠕变裂纹通常会出现在环境温度较高压力较大的环境中。蠕变裂纹会导致管道出现变形，在锅炉内等相关承压容器中或管道中蠕变裂纹是较为常见的金属组织损伤。这种类型的裂纹通常集中出现在承压容器或管道的转弯处。并且通常以平行形态而存在，与上文中提到的腐蚀裂纹不同，蠕变裂纹不会以较大面积的形式呈现，通常以点状孔洞为主要形态。蠕变裂纹在产生的过程中存在3种发展阶段，即产生阶段、稳定阶段和加速阶段。因此在针对蠕变裂纹进行治理时，发现得越早治理得越早治理效果就越好，但是蠕变裂纹具备较强的隐蔽性所以并不容易在早期被有效地发现，因此需要在日常维护保养中加强检测力度。

4 承压设备裂纹解决措施

4.1 原材料质量和生产管理控制

工业生产中压力容器及管道应用非常广泛，为了能够有效地控制管道裂纹问题，就需要加强管道和设备的生产质量，以及材料的选择。在进行压力容器和管道的生产过程中，要保证其所选择的材料具备较好的稳定性和安全性，如果生产承压容器的材料本身存在质量问题，就更加容易导致设备出现裂纹问题引发设备故障。因此在进行设备生产之前要做好材料质量的把控工作，要保证所选择的材料质量符合国家针对压力容器和管道相关材料的标准认定工作。在采购结束之后，原材料进入生产线之前还要对材料进行复检，防止存在质量问题的材料进入设备制造流程。除此之外在生产过程中还要对生产流程进行控制，以保证设备的正常功能和质量符合要求。完成设备早期的图纸设计之后，还需要对设备进行图纸分析。保证设备和图纸具备较好的一致性，符合相关产品的安全系数。在设备投入使用之后要做好设备的维护保养工作，保证设备具备较好状态，延长设备的使用时间。

4.2 提升检验技术

为了能够更好地对压力容器或管道进行检验，及早地发现设备存在的故障和裂纹情况，只需要通过各种不同类型的检测技术，来全方位地发现设备中所存在的各种不同类型的裂纹问题，这是保证设备正常工作状态的前提条件。设备在运行的过程中不可避免地会出现各种不同形态的裂纹，大多数裂纹可以通过简单的磁粉检测便能够发现裂纹问题。但是有些裂纹比如焊接或蠕变裂纹不仅仅存在于设备表面，在设备的内部也会出现相应的问题，此时通过磁粉检测便无法有效地发现设备内部的裂纹问题。因此需要采用超声波检测技术来对设备的内部和外部进行全面的检测。在对设备的裂纹进行检测的过程中要不断引进新的技术和设备来提高检验效率和质量，以便更早地发现裂纹问题并对其进行有效治理。

4.3 提升人员技术水平

大多数情况下，导致压力管道或容器出现裂纹，都与该设备相关的技术人员的专业能力有着直接的关系。当设备长期在高温状态下工作，其表面便会出现裂纹。技术人员在针对设备所开展的维护和保养过程中，能够有效地发现裂纹问题并对其进行处理。同时不少裂纹的产生都与设备的高强度压力有着直接的联系。因此在日常故障解决过程中如果技术人员的专业能力较强，同时具备较为丰富的经验就能够在裂纹的早期阶段进行治理工作。因此要加强对工作人员业务能力的培养，有效地降低和控制设备出现裂纹的概率。

4.4 加强检验与维护

为能够有效地避免设备受到裂纹问题所产生的影响，就需要加强设备检测工作的水平，要制定针对设备开展的定期质量检测制度，并做好落实工作。要在裂纹出现的早期阶段能够得到有效的治理。同时也要加强设备的监测工作，避免设备长时间处于高温高压的状态，这是影响设备质量，导致出现裂纹问题，降低设备使用寿命的重要原因。对于存在问题的设备零部件，要及时维修和更换，防止因细小的问题导致严重的安全事故。

5 结束语

在压力容器和压力管道运行过程中，一旦出现安全事故，势必会造成环境污染、重大经济损失或是人员伤亡等严重后果，从而危害企业健康运营和良性发展，为了防止以上情况的出现，首先就要严格开展切实有效的压力容器和压力管道检验检测作业，并通过设备定期检测维护、加强压力容器和压力管道原材料和生产质量控制等措施，有效降低裂缝问题发生概率。