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浅析压力容器管道形成裂纹问题

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摘要:压力容器压力管道对生产效率有很大影响,需要进行全面有效的控制,但压力容器压力管道经常会发生裂纹问题,从而为系统的持续运行埋下安全隐患,对压力容器压力管道进行全面细致的检查,并加强管理工作,可有效解决裂缝问题。基于此,本文结合理论实践,先分析了压力容器压力管道形成裂纹问题,然后阐述了裂纹形成的原因,并提出相应的开展措施。旨在提升压力容器压力管道运行的安全性和稳定性。

关键词:压力容器;压力管道;裂纹;机械疲劳

压力容器和压力管道是存储和运输流体物料的主要设备,是工业生产中常用的设备,长期在高温、高压等环节下运行,对压力管道的密封性有极高的要求。因此,在具体应用过程中,为提升压力容器压力管道生产效率和安全性,就必须切实做好检验工作,以便及时发现裂纹,并采取有效的措施进行处理。

1压力容器压力管道形成裂纹的问题

(1)机械疲劳裂纹。机械疲劳裂纹主要发生在应力比较集中处,并在压力容器压力管道表面呈现出来。其宏观特征是:从裂纹的初始阶段开始,和应力方向成45°扩展,然后进入和拉伸应力成90°的发展阶段。此种裂纹通常呈现直线状,开始时裂纹比较小,随着时间的推移不断扩大。微观特征是:压力容器压力管道材料的结构、显微组织状态、环境介质等对机械疲劳裂纹的形成和发展有密切联系。在裂缝附件无显著的塑性变形,发展趋势和主应力垂直,开口比较宽,并在开口附件有明显的粘结斑坑,深度比较浅。(2)应力腐蚀裂纹。此种裂纹是在应力和腐蚀的共同作用下形成的,汽水压力管道中最常的裂纹,而奥氏体不锈钢则是形成应力腐蚀裂的主要材料。在运输汽水介质时,往往只需要很小的应力就能引发应力腐蚀裂纹,此外,振动频率过高、残余应力得不到及时释放,都是形成应力腐蚀裂纹的主要应力源[1]。此种裂缝通常和应力的方向垂直,呈现分枝状,尾部比较尖。压力容器压力管道中应力腐蚀裂缝主要出现在弯管内壁中性层区,在一种由应力导向腐蚀的裂纹。(3)蠕变裂纹。蠕变裂纹是一种在温度和应力长期作用下,随着变形和金属组织损伤而形成的裂纹。宏观特征为:垂直于压力容器压力管道最大应力方向,沿着轴线分布,主要呈现曲折发展状态,逐步形成一个较宽的裂纹带,在主裂纹两侧平行分布了大量副裂纹。微观特征为:在管道和容器金属通体中形成大量无规则的米粒状孔洞,在晶界上进行规则连接,最后形成蠕变裂纹。(4)碱脆裂纹。碱脆是压力容器管一种特殊的腐蚀形式,主要原因是介质中含有苛性钠,导致受腐蚀的金属发生脆化。当压力容器管道的介质满足较高浓度的氢氧化钠溶液、较高的温度、大于材料屈服限的应力这三个条件时就会发生碱脆裂纹。

2压力容器压力管道形成裂纹的原因

(1)压力容器压力管道设计不合理。在压力容器压力管道设计中,忽略了柔性。比如:某工业生产企业,在2017年对4#压力容器压力管道重新设计,由于生产任务中,为尽快完成改造任务,设计单位在设计过程中,没有充分开裂管道尺寸、支架结构、管件、阀门连接形式合理性,降低管道柔性。投入运行2个月以后,压力容器压力管道振动异常激烈,使得焊缝处发生严重的机械疲劳裂纹,导致管道破裂。(2)材质不达标或者误用代材。在进行压力容器压力管道生产过程中,金属材料中可能存在夹杂、缩孔、疏松等质量缺陷,在加工生产中,会形成一些线形裂纹。在原材料采购过程中,要根据国家相关规范和标准认证检查压力容器压力管道的性能,如果应用在强腐蚀性、有毒介质等物料运输和存储中,还要进行抗腐蚀性能、机械性能、化学分析等检验,确认达到设计标准后才能投入使用。选用材料不符合压力容器压力管道设计要求或者发生误用,也是导致裂纹形成的主要原因。此外,在管道连接时焊接质量不达标,存在焊缝裂纹、错位、烧穿、咬边等缺陷,也会引发裂纹。

3针对压力容器压力管道裂纹问题的防治措施

(1)加强原材料检验工作,满足规范技术要求。原材料的质量和性能,对压力容器压力管道持续、安全、稳定运行有重要作用,也是降低裂纹问题形成的主要途径之一。通过原材料进行全面、系统、科学的检验,可以从根源上保证压力容器压力管道的质量,降低应力、腐蚀、外交因素的影响,进而减少裂纹的形成,提升压力容器压力管道运行的安全性。具体而言可以从以下几个方面同时入手:第一,要根据压力容器压力管道运行的实际情况和设计质量标准要求,拟定有针对性的原材料采购计划,包括:原材料的性能、规格、价格、生产厂家、运输时间等。第二,在原材料和零件加工时,要严格按照技术工艺流程进行加工,确保整个加工过程的规范性和标准性,压力容器压力管道生产的尺寸误差控制在允许范围中,避免影响后期安装和焊接的效率,从根本上确保压力容器压力管道各项标准符合设计技术要求,以免在使用过程中发生裂纹。第三,在压力容器压力管道出厂前,生产厂家要进行自检,并邀请第三方机构进行全面监督,以便厂家虚报产品生产信息和性能。并及时发现压力容器压力管道中存在的问题,要求生产厂家及时整改,直到满足设计技术标准和规范要求后才能出厂,以降低压力容器压力管道抽检不严密,引发形成裂纹的风险。(2)严格控制压力容器压力管道限制,提升整体性。

压力容器压力管道裂纹的防治工作要贯穿整个生产过程,并将压力值控制在允许范围中。具体而言可以从以下两个方面同时入手:第一,采用PLC控制系统,对压力容器压力管道的运行工况进行全面实时监督。第二,针对压力容器压力管道比较薄弱的环节,要进行加固防裂处理。(3)提升人员技能,全面落实维护保养工作。大量实例表明,在压力容器压力管道运行中,工作人员技能水平的高低,直接决定了压力容器压力管道的运行效率和质量。因此,企业要不断引进高素质人才,并定期开展培训教育,创新工作模式,培养一支高素质、高水平的压力容器压力管道工作人员,提升压力容器压力管道运行的安全性和可靠性。压力容器压力管道是工业生产中比较特殊的设备,具有明确的使用寿命和特定的工作环境。做好维护保养工作,既能减轻设备损耗,提升使用寿命,又能避免裂纹形成。因此制定科学合理的维护保养方案,合理安排压力容器压力管道使用时间、维护周期等,及时发现存在的问题,消除裂纹隐患,确保压力容器压力管道能够安全、持续运行。

4结语

综上所述,本文结合理论实践,分析了压力容器压力管道形成裂纹的问题,分析结果表明,裂纹对压力容器压力管道的运行质量、安全性等方面有至关重要的影响。为避免裂纹形成,要先掌握不同裂缝形成的原因和容易发生裂纹位置,加强原材料检验、严格控制压力容器压力管道限制、提升工作人员技能水平,促使压力容器压力管道安全运行。

参考文献

[1]谢觐安,张城松.对压力容器压力管道检验中裂纹问题的探析[J].智能城市,2018,4(21):100-101.

作者:林庆茂 单位:中国铝业股份有限公司广西分公司

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