氨制冷压力容器应力腐蚀开裂原因及其对策

氨制冷压力容器应力腐蚀开裂原因及其对策

唐勇 卫嘉

云南省特种设备安全检测研究院 云南省昆明市 650000

摘要：氨制冷压力容器应力腐蚀开裂这一现象在氨制冷压力容器故障中是十分常见的，这种故障一旦出现便会严重影响氨制冷压力容器的正常使用，那么，如何通过切实可行的对策及措施解决氨制冷压力容器应力腐蚀开裂的情况成为人们研究关注的重点内容，相关工作人员通过对氨制冷压力容器应力腐蚀开裂的多种情况进行深入的调查研究和分析实验，发现氨制冷压力容器应力腐蚀开裂的主要原因与容器自身材料、介质、结构设计以及焊接工艺等方面均有着或大或小的联系，本文主要针对氨制冷压力容器应力腐蚀开裂的原因和对策进行探讨。

关键词：氨制冷压力容器；应力腐蚀；开裂；有效对策；

引言:

在氨制冷机组中需要大量的辅机发挥支撑作用配套完成工作，辅机通常由换热器、储存容器和分离容器等几大关键组分构成，但由于辅机的容器数量通常是批量存在的，在其正常工作时对压力也没有较为特殊的要求，不仅如此，铜这种金属在氨常见介质中具有较强的应力腐蚀的倾向性，因此在制造氨制冷压力容器时通常采用碳钢和低合金钢来完成制作。我国对氨制冷压力容器应力腐蚀开裂这种现象已经有了很长一段时间的研究和探索，通过多种方式和途径对其进行跟踪处理并及时进行有针对性的分析和记录，在氨制冷压力容器应力腐蚀开裂原因及解决的有效对策方面有了如下结论。

一、氨制冷压力容器的特点

（一）数量较多。

（二）通常在温度和应力均较低的环境中进行正常工作和运行。

（三）氨制冷压力容器对自身密实性有着较为严苛的要求，在利用氨制冷压力容器完成压力试验后，要对其自身密实性进行检查和测试。

（四）在氨制冷压力容器器壁的内部，通常包裹着一层油膜，有了这层油膜的存在便会对氨制冷压力容器起到较好的保护作用，避免容器应力腐蚀开裂等故障情况的发生。这层油膜并不是人工添加的，在氨气经过压缩机压缩、冷凝后便会形成带有少量冷冻油的氨液，这些冷冻油会在氨制冷压力容器内壁进行集结并依附在容器内壁上，使得氨液和容器间形成具有隔离作用的油膜，从而对氨制冷压力容器起到一定的保护作用。

二、氨制冷压力容器应力腐蚀开裂原因分析

（一）氨制冷压力容器应力腐蚀开裂这种情况主要出现在16Mn、Q345R生产制造的氨制冷压力容器中，通常容器应力腐蚀开裂在贮氨器和冷凝器中的出现几率较大。通常情况下先在压力容器的内壁产生裂纹，随着裂纹的逐渐扩大，在压力容器外部也可以观察到裂纹的出现。束节和接管与筒体T型接头以及筒体纵焊缝作为开裂情况发生的常见部位，一旦发现错综复杂的裂纹便被称之为应力腐蚀裂纹已经在氨制冷压力容器中出现了。

（二）氨制冷压力容器应力腐蚀开裂主要与容器本身材质的使用有较大的关系。如果自身性质和存在形态不是很稳定的敏感金属或者合金出现在氨制冷压力容器的介质或材质中，再加上环境对于介质的腐蚀，这二者共同作用下便会使氨制冷压力容器出现一种较为特殊的腐蚀开裂方式，这种腐蚀开裂产生的基础条件是应力的存在并对容器产生作用。这种特殊的开裂方式属于低应力脆性断裂情况中较为常见的一种，其对氨制冷压力容器的破坏程度较小。但从机械-电化学反应的角度来对这种腐蚀开裂的原因进行分析和探究，不难发现应力腐蚀的开裂往往出现在弱腐蚀介质中存在的金属表面，且该金属表面还会有一层油膜保护层。氨制冷压力容器应力腐蚀开裂与其具体选材也有着不小的关系，通过研究调查发现，钢的强度与应力腐蚀的敏感性存在着正相关的函数关系，钢的强度越强，其对氨制冷压力容器应力腐蚀开裂的敏感性便越高。

三、氨制冷压力容器应力腐蚀开裂问题的处理对策

（一）控制介质

氨制冷压力容器中应严格控制氨的用量，将氨的用量控制在合理的适用范围，通过研究氨制冷压力容器较为专业的标准和规定文件，严格遵循氨的标准用量，很大程度上可以减少氨制冷压力容器应力腐蚀开裂问题的出现和发生。在对液氨的要求方面，首先应该根据实际情况确保液氨的使用标准与GB536的规定标准具有较高的一致性；其次，还应确保氨在容器系统中的占比率大于等于99.995%且最低不低于99.6%，除了严格把控氨的占比率外，还应控制其组分中的分含量在0.2%以上，以确保液氨在使用中的各项数据均符合相关标准，在其日后投入正常的使用过程中时，也应时刻注意容器中的含氨量、含水量以及含氧量，定期对各个组分的含量进行检测并严格把控，发现问题第一时间进行解决。

（二）改善材质

在氨制冷压力容器应力腐蚀开裂原因的实际情况进行分析与讨论，不难发现，氨制冷压力容器制材料的选择对应力腐蚀开裂情况的发生率存在着较大的影响。从上个世纪80年代开始，相关技术人员便对氨制冷压力容器的材质选择上展开研究，结合氨制冷压力容器实际使用情况和使用条件，在保证其工作性能的情况下进行改变，发现20钢管和Q245R这两种材料和原有的16Mn、Q345R相比，在氨制冷压力容器的制作材质上有较大的优势作用，这两种材质可以减少氨制冷压力容器应力腐蚀开裂事故的发生频率，究其根本原因发现，在氨介质中Q345R和20钢管的应力腐蚀倾向较小，通过在氨制冷压力容器材质中得以应用从而改善容器应力腐蚀开裂情况

^[1]。

（三）改善焊接接头的设计和工艺

通过对大多数的氨制冷压力容器的应力腐蚀开裂事故进行综合分析,不难看出氨制冷压力容器应力腐蚀开裂的根本原因大多是是专注于角焊缝的根源、焊接接头,从而无法保证有效射线的无损检测质量,因此可以针对焊接接头的设计部门可以提出如下设计变更方案和策略^[2]：

1.如果筒体直径较大，可以进行双面焊接，可以通过对原有的焊接接头进行修改，将单面焊接改为双面焊接，从而大大改善根部应力过度集中的情况，避免对氨制冷压力容器埋下安全隐患。

2.如果筒体直径较小，无法双面焊接，则可以针对原有的焊接接头进行加工修改，通过专业的机械加工出坡口，从而解决氨制冷压力容器根部焊接不彻底的问题。

3.如果接头需要全焊，可将其改为从气缸内侧的开坡口进行焊接，然后在清理根部的基础上在筒体外侧外进行焊接。此外，还可以在筒体外面做一个槽，底部用氩弧焊进行打底工作，进而应用其他焊接方法覆盖表面。这样既能保证根系的渗透，又能有效地降低应力水平。在对接焊缝的过程中，焊缝的适宜残余高度应控制在合理的数据范围内，不可超出标准数据过高也不可低于标准数据过少，且应稳定在这个科学合理的数据范围内，使应力尽可能的不过于集中，从而减少腐蚀开裂问题的发生^[3]。

（四）坡口加工的工艺

坡口的质量将对角焊缝根部的质量产生较大的影响，坡口质量的好坏直接关系到角焊缝根部的质量。因此，必须严格控制氨制冷压力容器筒体上的开孔、开槽，以保证其质量合格。如果开口的直径较小，可以通过专业机械对其进行加工来制造槽。如果开口直径较大，应采用火焰切割的方式将凹槽打磨至金属光泽^[4]。

四、结语：

氨制冷压力容器应力腐蚀开裂现象在现代氨制冷系统是相对常见的事故,由于氨制冷压力容器内壁有一层保护膜,可以大大减少氨制冷压力容器的应力腐蚀敏感性；而氨制冷压力容器的数量往往是非常大的,需要有针对性的来进行区分处理；通过对氨制冷设备的介质、材料、结构设计和焊接工艺进行合理的控制，将事故隐患减少到最低限度^[5]。

参考文献：

[1]王德智,汤晓鹰.氨制冷系统压力容器检验体会[A].上海市机械工程学会压力容器专业委员会，1992年度学术年会论文选集[C].1992.

[2]徐滨士.表面工程与维修[M].北京:机械工业出版社，1996（7）：122-124.

[3]肖纪美.应力作用下的金属腐蚀[M].北京:化学工业出版社,1990（5）：241-247.

[4]左景伊.应力腐蚀破裂[M].西安:西安交通大学出版社,1992（12）：48-52.

[5]马连.氨制冷压力容器制造中无损检测的问题[M].西安:西安交通大学出版社,2013（06）：67-68.