顾文喜

（甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃兰州 730050）

在用压力容器介质多为易燃、易爆、有腐蚀性的气体或液体，实际运行过程中，在主体结构的“几何不连续”、“组织不连续”、“应力不连续”等部位，易出现表面裂纹和埋藏裂纹，裂纹扩展贯穿后，引发泄漏、火灾、爆炸等事故，使国家资产和员工生命安全受到严重威胁。

1 压力容器裂纹种类

1.1 疲劳裂纹

1.1.1 机械疲劳裂纹

即发生在容器受压元件焊缝以及受压元件与非受压元件焊接部位，呈直线状。在疲劳裂纹初期，裂纹较短，后在高压环境影响下逐渐变长，宽度扩大，长度增长速度加快。通过对压力容器实际工作环境的分析，疲劳裂纹多与组织结构、受力条件、环境介质等因素有关，呈现出裂纹两端平整、光滑、深度较浅等特征。

1.1.2 腐蚀性疲劳裂纹

由于压力容器长期处于高压、腐蚀环境下，与腐蚀介质长期接触的结构极易出现腐蚀性疲劳裂缝。与其他疲劳裂纹相比，腐蚀性疲劳裂纹多呈穿晶型特征，裂纹数量较多，分布在腐蚀坑等部位。腐蚀性裂纹主要受到腐蚀介质的影响，在环境与压力的共同作用下，使得裂纹长度与深度均不一致。

1.1.3 热疲劳裂纹

压力容器多由金属材料制成，在较低拉伸强度条件下，受到热交变应力的作用十分显著，导致压力容器结构出现裂纹群体。经过实际调查发现，压力容器的热疲劳裂纹多出现在蒸汽压力容器等较高温度的结构上，分布于结构表面热应力最大之处。热疲劳裂纹呈不规则性特征，具有间断性，甚至在一定条件下出现裂纹分支或二次裂纹的情况，导致压力容器结构稳定性与密封性受到严重影响。

1.2 蠕变裂纹

蠕变裂纹主要就是压力容器在高温与应力的共同作用下，内部材料出现蠕变损伤，最终在表面形成裂纹，蠕变裂纹的走向与最大应力方向垂直，主裂纹两侧存在平行分布的小裂纹。在压力容器实际运行过程中，蠕变裂纹多分布在应力较高的应变区，如高温构件、热影响区域等。蠕变裂纹也会呈现出椭圆形孔洞的情况，沿裂纹向晶体扩展。在压力容器焊缝部位，蠕变裂纹多由外向内发展，并且与焊缝相互平行。

1.3 应力腐蚀裂纹

应力腐蚀裂纹主要是金属材料在拉应力与特定腐蚀介质的共同作用下引起的开裂，此应力可以是外加应力，也可以是金属内部的残余应力，经常发生在压力容器焊接接头和接管、凸缘等结构突变的应力集中部位。应力腐蚀开裂通常有一个或长或短的孕育期，裂纹呈古树枝状（开叉），大体上沿着垂直于拉应力的方向发展。裂纹的微观形态有穿晶型、沿晶型和二者兼有的混合型。

2 压力容器裂纹出现原因

压力容器实际运行过程中，裂纹的种类与其受到的影响密切关联。主要出现在“几何不连续”、“组织不连续”、“应力不连续”等三个不连续的部位。对于腐蚀性裂纹而言，裂纹主要是受到腐蚀介质的影响，因此多出现在与腐蚀性材料长期接触的部件。疲劳性裂纹的分布位置狭窄，由于压力容器运行时间较长，在交变载荷的作用下，裂纹长期扩展，最终造成开裂。不仅如此，压力容器运行环境较为复杂，在冷热交替的情况下，也会导致容器表面出现裂纹，使压力容器密封性下降，在加压的情况下发生事故。

在用压力容器返修过程中，焊缝金属从液态向固态转变过程中的裂纹为热裂纹，多生在焊缝中心部位，因焊接熔池内存在熔点较低的杂质，凝固时间最晚，自身强度与塑性较低，容器外部结构在凝固收缩的作用下，这些低熔点杂质被拉开，致使容器表面焊缝处出现裂缝。

3 压力容器裂纹预防对策

3.1 做好原材料检验工作

为从根本上控制压力容器裂纹问题发生几率，相关部门做好前期预防工作，检测原料及零件的性能，切实提升压力容器对各类运行环境的适应性及耐久性。

做好原料质量检验工作，从源头处把控压力容器质量。针对压力容器实际生产要求，制定出更加科学合理的原料与零部件采购计划。对原材料市场进行细致调查，深入分析实际生产活动对压力容器的性能、规格、成本等因素提出的要求，选择出具有较高信誉度及资质的供货商，从根本上提升原料的性价比。

在压力容器零件加工区间，应选择更加适宜的加工技术，严格管控加工作业流程，确保加工环节更加规范化、标准化。为确保压力容器在后期运行过程中能够更好抵御环境带来的影响，企业还可聘请专业第三方检测机构，对材料、零部件的各项性能进行细致检测，零部件存在的质量问题、性能问题，要求厂商进行及时整改，在材料与零部件能够满足相应规范技术要求后，方可以引至安装现场。

3.2 注重控制压力容器的压力限值

在压力容器的裂纹防治期间，需将防治工作的目标贯彻落实于安装、生产及运维等环节中，及时分析压力容器在不同环境内存在的裂纹隐患，将压力容器的压力限制控制在规定范围之内。积极引进先进的可编程逻辑控制系统，对压力容器的运行情况进行全面检测，及时发现压力容器在温度、压力等参数影响下发生的变化，预测可能会出现裂纹的部位，对该部位进行及时维护。注重对压力容器薄弱部位的管理，制定出更加科学的加固与防裂纹措施，针对压力容器焊接部位选择更加适宜的焊接形式，注重控制焊缝的大小与走向，切实提升压力容器的密封性。

3.3 健全压力容器维护保养机制

因压力容器具有明确的使用条件与使用要求，因此为降低裂纹发生的几率，相关管理部门需建立健全压力容器维护保养机制，采用更加科学的压力容器运维方式，对压力容器使用时间，维护时间及停运时间进行合理安排，改善压力容器的运行环境。明确压力容器运行期间的各项职责，委派有相应资质的检验机构对压力容器的实际运行情况进行定期检验，及时发现裂纹隐患，必要时进行安全评定，并就此制定出相关维护机制。

3.4 做好维护人员专业培训工作

对企业人才选拔机制进行不断完善，要求维护人员具备较高的专业水平及职业素养，将经验以及技能考核情况等作为人员薪资分配标准，从根本上提升维护人员入职门槛。做好维护人员培训工作，针对压力容器裂纹维护等问题组织专家讲座活动，从根本上提升维护人员的理论知识与实践技能。

4 结束语

总而言之，压力容器是工业生产领域的重要设备，其运行的安全性可直接影响到生产质量与效率。为避免裂纹问题对压力容器正常运行带来的危害，使用单位和检验机构应及时对在用压力容器进行全面检验，结合压力容器的运行环境、主要技术资料等开展水压测试，制定出相应的维修整改方案。