压力容器的应力腐蚀及检验中的问题研究

压力容器的应力腐蚀及检验中的问题研究

郭永刚,左文龙

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摘要：近年压力容器呈现大型化和高温高压化的趋势，同时，大量利用高强度钢，因此增多压力容器破坏问题发生率，而事故主要引发原因包括应力腐蚀断裂。应力腐蚀引发的事故具有较大的破坏力，这是因为应力腐蚀引发的变形问题并没有任何预兆，而是突然产生脆性断裂情况。因此，要加强研究压力容器的应力腐蚀断裂。

关键词：压力容器；应力腐蚀；检验问题；控制措施

1导言

应力腐蚀是受到双重作用产生的，即应力和腐蚀，其中，高浓度碱水具有一定的腐蚀性，裂纹一般会出现在管道、管座上面。在锅炉生产过程中，当构件受碱水腐蚀时，金属会发生电化学反应，晶体和边界之间的电位差导致弱电流发生，从而使得金属内发生腐蚀问题。因此，要加强研究压力容器应力腐蚀产生的原因及机理，提出针对性的检验措施，保障压力容器运行的安全及稳定性。

2压力容器中应力腐蚀及检验中的问题

2.1应力腐蚀问题

特定的金属材料和合金材料在应力和腐蚀介质的共同影响下产生的特殊开裂问题被称作应力腐蚀。发生应力腐蚀的必要条件之一是压力容器的应力，在压力容器中经常会产生载荷应力和残余内应力，这两种应力都会引发应力腐蚀问题。载荷应力指因为工作介质产生拉应力，在压力容器中普遍存在这种拉应力。而残余应力包含不同的内容，在设备运行和停车阶段残余应力都会产生负面作用。此外，腐蚀介质和材料之间就有针对性，特定的腐蚀介质只会作用于特定材料，从而产生应力腐蚀问题。例如，在拉伸应力和特定材料的影响下，金属材料才会产生应力腐蚀问题。这说明发生应力腐蚀需要同时具备拉伸应力和腐蚀因素。发生腐蚀问题后，将会不断减少金属截面积，并且会在金属表面产生缺口，同时在缺口部位通常会集中应力，而集中应力之后将会提高腐蚀速度，不断扩大金属表面的缺口，最终将会引发断裂问题。很多压力容器产生腐蚀开裂的问题，主要是因为应力腐蚀引发的。例如，在载荷应力和焊接应力的影响下，或者在压力容器结构中存在应力集中的情况，这些因素都会增加压力容器的拉伸应力，从而在压力容器中产生应力腐蚀问题。

2.2压力容器检验环节存在的问题

在安全检验环节，主要存在制度不健全、检验技术水平缺陷、安全隐患等问题。和其他装置相比，压力容器的检测难度较大，需要在检测中借助其他材料了解设备的情况。但部分企业并没有建立相应的规章制度，仍存在材料缺漏问题，给后期的检验工作带来了困难；部分厂家在容器安装时未能根据标准规范操作，也会导致容器的安装位置和结果存在一定偏差，影响后期检验资料的完整性。检验质量的好坏与检验人员自身的技术密切相关。就目前来看，专门从事检验、安全技术行业的技术人员中，有不少在专业素质上并不达标，如不具备娴熟的专业技术能力、没有良好的心理和生理素质或存在高血压、心脏病、视听力不佳等不适合检验工作的情况，均会对容器的安全检验带来不利影响。容器本身的安全隐患，如硬度、强度不达标，壁体生锈、厚度不够、封闭性不足而引起泄露，漏电问题产生静电、电火花，防雷举措不足而使其在雷雨天气易出现故障、引发安全事故等。

3压力容器的应力腐蚀及检验控制措施分析

3.1降低应力

第一，优化结构设计和加工制造。在设计和制造压力容器的过程中，要注意均匀的分布应力，避免在局部位置集中应力。例如，连接不等壁厚需要降低过渡连接的坡度，可以选用圆滑过渡方式，注意不能在拉应力部位设置焊缝。针对立式设备尽量规避利用悬挂式支座和搭接式裙座。在结构设计过程中要尽量清除缝隙和死角，缝隙和死角处易聚集浓缩腐蚀物质，并且会不断提高缝隙中的腐蚀物质浓度，从而引发应力腐蚀问题。因此，焊接工艺设置时，应将焊缝结构设置为全焊透结构，此外，在连接换热器和管板的过程中，要优先选用胀焊并用结构。第二，利用热处理。焊接压力容器的过程中，在焊缝热影响区中很容易产生拘束应力，如果这一应力超过材料屈服极限值，那么在腐蚀环境中将会引发应力腐蚀问题。因此，针对压力容器的应力腐蚀环境，在焊接之前需要提前预热，完成焊接工作后需要退火热处理，将残留的应力及时清除。金属成分和组织变形程度等因素直接影响热处理温度和保温时间等。

3.2加强压力容器危险源的控制和信息反馈

为了预防压力容器存在危险源进一步扩散和发展，一方面，在压力容器检验全过程中，对各类检验数据都应被如实的记录并将意见反馈给相关质量管理和安全管理部门，可以推动危险源信息反馈系统的逐步完善，为按时、定时的管控检测的推行带来了资源优势，为危险源的提早预防奠定基础，进而减少安全生产事故发生的风险性，保护人民的生命安全，防止经济损失。另一方面，针对已经有的危险源专业技术人员应开展详尽的勘测，并将所得的信息内容即时意见反馈给上级领导管理层，便于尽快科学研究关于危险源的应对措施，能够更好地部署安排，那样有益于危险源的彻底消除。

3.3加强预测压力容器应力腐蚀倾向

在检验压力容器的过程中，需要合理分析压力容器应力腐蚀倾向。一方面，在资料审查时，需要结合设备原始资料中的材料、介质、工况等方面分析压力容器可能发生的应力腐蚀机理，根据分析结果制定科学的检验方案，采取合理的检验技术和条件等。另一方面，在压力容器检验阶段，需要结合资料审查时分析出可能出现的应力腐蚀倾向，同时，结合设备现有缺陷的形貌特征判断已产生的裂纹是否是因为应力腐蚀，从而确定是否需要借助其他检验手段和检测方法对设备增加新的检测部位、扩大检测比例，精准检出应力腐蚀产生的位置，保证检验结果的科学性和准确性。

3.4健全压力容器定期检验制度

企业应高度重视压力容器在安全生产中的重要作用，加强对压力容器事故危害性的认识，制定压力容器定期检验制度并严格落实，在后续实施过程中根据实际情况不断完善。定期检验时应加强检测范围，由企业内部负责检测的部门安排技术人员进行自检，作为平时对压力容器的维护。在此基础上，企业还应根据规范流程，定期向专业检验机构提出检验申请，在机构详细了解企业情况并确认受理申请后，按照机构要求提供相关的资料并做出相应准备，机构根据压力容器检验中的工作量进行人员配置，并在相关负责人的管理下，严格遵循国家相关规定对企业压力容器应用现场进行检测，记录所发现的问题，提出处理建议并出具检验报告。

3.5改善工作环境

首先，压力容器的衬里主要包括不锈钢和橡胶以及玻璃钢等，需要综合压力容器介质特征和工作压力以及工作温度等选择压力容器的衬里。如果压力容器的压力和温度比较高，适合使用不锈钢和钛的衬里，但这两种材料具有较高的施工难度，而且成本也较高。而非金属材料的衬里对工况要求比较严格，需要较低的工作温度和压力，因此增加了使用限制条件。其次，如果企业经济条件允许，需要合理处理易产生腐蚀的介质，将腐蚀倾向大的有害成分脱除，也可以根据实际情况选用缓蚀剂和抗垢剂等，有利于有效控制应力腐蚀，同时，可以提高压力容器的抗腐蚀能力。

结束语

总之，应力腐蚀对压力容器具有较大的危险性，体现出压力容器检验工作的重要性，包括使用单位的日常检查、年度检查及检验单位的全面检验。检验时，需要结合相关资料分析压力容器可能产生应力腐蚀原因，从而提出针对性的预防措施和处理措施，保障压力容器运行的安全性和稳定性，推动工业行业可持续发展。

参考文献：

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