范楠子

大連鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)研究院有限公司 遼寧大連 116013

承壓類特種設(shè)備主要用于儲(chǔ)運(yùn)天然氣、燃料或原料，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的基礎(chǔ)裝備和生活基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、能源、居民生活等領(lǐng)域，在為人民的生活提供方便的同時(shí)，也由于其制造、使用、管理等方面的不足發(fā)生破壞性極大的傷亡事故。承壓類特種設(shè)備作為社會(huì)生產(chǎn)和生活中不能缺少的基礎(chǔ)性設(shè)施，涉及生命安全，具有較大危險(xiǎn)性，受到非常嚴(yán)格的監(jiān)督管理，所以承壓類特種設(shè)備在運(yùn)行過程中如何保持良好的穩(wěn)定性是研究的問題[1]。

1 承壓類特種設(shè)備的失效形式

承壓類特種設(shè)備失效形式主要分別是剛度失效、泄漏失效、失穩(wěn)失效以及強(qiáng)度失效，其中最常見的一種失效形式是強(qiáng)度失效，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境比較特殊，所以帶來(lái)的后果也會(huì)是災(zāi)難性的，變形、表面出現(xiàn)損傷以及材料性能老化等是承壓類特種設(shè)備最常見的失效形式，設(shè)計(jì)和制造方面的缺陷、不正確的安裝過程、運(yùn)行操作失誤以及外力造成的損傷是其失效的主要原因。對(duì)于壓力容器來(lái)說，最常見也是影響最大的損壞失效方式是出現(xiàn)裂紋并且不斷擴(kuò)展，最終形成斷裂破壞，例如氫損傷、疲勞斷裂等都是比較常見的。疲勞斷裂、腐蝕斷裂、韌性斷裂、脆性斷裂以及蠕變斷裂是最常見的幾種強(qiáng)度失效，通過金相檢驗(yàn)可以獲得比較直觀的判定依據(jù)。在制造承壓類特種設(shè)備的時(shí)候，金相檢驗(yàn)不僅能判定材料的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)、熱處理工藝是否科學(xué)，還可以對(duì)材料的顯微組織狀態(tài)進(jìn)行檢查，確定與設(shè)計(jì)要求是否滿足。如果材料出現(xiàn)了開裂的情況，金相檢驗(yàn)的結(jié)果是幫助分析開裂原因的有效手段。對(duì)承壓類特種設(shè)備進(jìn)行定期檢驗(yàn)的時(shí)候，金相檢驗(yàn)也能發(fā)揮良好的效果，在無(wú)損前提下判斷材料是否有劣化情況。當(dāng)有劣化發(fā)生的時(shí)候，可以現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其焊縫位置以及材質(zhì)進(jìn)行金相復(fù)膜，結(jié)合其他手段得知材料失效的原因，并且將具體的失效程度顯示出來(lái)，檢驗(yàn)人員就可以為依據(jù)進(jìn)行相應(yīng)地處理，從宏觀檢驗(yàn)發(fā)展成為了微觀檢驗(yàn)，對(duì)于檢驗(yàn)水平的提高助益良多[2]。

2 承壓類特種設(shè)備疲勞的原因

2.1 疲勞裂紋的斷裂

當(dāng)疲勞裂紋逐漸發(fā)展以后，設(shè)備器壁的斷面就會(huì)大幅度降低，裂紋間斷位置上的應(yīng)力的集中程度就會(huì)在裂紋逐漸發(fā)展過程中明顯上升。在裂紋發(fā)展到臨界位置時(shí)，承壓類特種設(shè)備就會(huì)突然出現(xiàn)失穩(wěn)斷裂問題。而設(shè)備制造所使用原材料的韌性越好，最后疲勞斷裂的程度越大，而韌性較差的原材料，其疲勞斷裂的程度反而越小。

2.2 設(shè)備疲勞所帶來(lái)的破壞

疲勞破壞能夠分成幾種。一是低周疲勞，是指應(yīng)力較大且其所擁有的交變頻率卻偏低的疲勞情況。承壓類特種設(shè)備的疲勞破壞很多都屬于低周疲勞范圍之內(nèi)。低碳鋼與高合金鋼相比較，低周疲勞抗力要高，基于此，為了有效杜絕承壓類特種設(shè)備發(fā)生低周疲勞破壞，在設(shè)備制造過程中就首先采取高塑性低碳鋼材料。二是應(yīng)力集中，從承壓類特種設(shè)備的結(jié)構(gòu)來(lái)看，應(yīng)力通常都集中在幾何不連接位置、焊縫位置、材料缺陷位置等，這些位置上的應(yīng)力在一般情況下都是高出設(shè)計(jì)應(yīng)力幾倍，甚至超出了設(shè)備制造材料自身的最大承載限度。三是荷載反復(fù)作用，這種荷載作用主要是設(shè)備在使用過程中，因?yàn)闇囟?、壓力、振?dòng)等因素的變化導(dǎo)致。

3 承壓類特種設(shè)備疲勞問題的防治措施

3.1 合理規(guī)劃承壓類特種設(shè)備結(jié)構(gòu)

承壓類特種設(shè)備在制造過程中，應(yīng)該對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理規(guī)劃，可以有效增加設(shè)備自身的抗疲勞能力，降低應(yīng)力的集中效應(yīng)。完善承壓類特種設(shè)備所包含的布置與固定措施，在那些容易出現(xiàn)振動(dòng)情況的大型設(shè)備周圍，布置相關(guān)的緩沖裝置，可以有效吸收振動(dòng)波，降低振動(dòng)對(duì)承壓類特種設(shè)備疲勞所造成的影響，同時(shí)還要重視設(shè)備在溫度荷載作用下所出現(xiàn)的伸縮變形問題，并制定科學(xué)有效的補(bǔ)償方式，保證設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理性與完整性[3]。

3.2 嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量

承壓類特種設(shè)備在安裝過程中，應(yīng)該嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，避免冶金和軋制質(zhì)量較差、均勻度低和有一定缺陷的材料，在承壓類特種設(shè)備安裝完成以后會(huì)造成疲勞裂紋出現(xiàn)的主要原因。在實(shí)際施工過程中，安裝單位要盡可能保證設(shè)備表面的完整度、光潔度，杜絕設(shè)備表面出現(xiàn)焊疤、碰撞與腐蝕等損傷問題，最大程度上確保設(shè)備填角焊位置的過渡圓角、半徑與表面光滑程度，不斷加強(qiáng)設(shè)備縫隙焊接質(zhì)量，在承壓類特種設(shè)備安裝以前開展相關(guān)無(wú)損檢測(cè)工作，以此來(lái)控制產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 定期開展檢驗(yàn)檢測(cè)工作

承壓類特種設(shè)備的疲勞失效基本都是因?yàn)榉磸?fù)交變荷載、應(yīng)力集中過高導(dǎo)致，所以為了有效防治這些問題的出現(xiàn)和發(fā)生，就要在設(shè)備使用過程中盡可能杜絕頻繁加壓和卸壓操作，還要關(guān)注壓力波動(dòng)及較大溫度變化等諸多因素。同時(shí)，在防治承壓類特種設(shè)備出現(xiàn)疲勞問題時(shí)，為了解決應(yīng)力集中現(xiàn)象，就要讓設(shè)備器壁某個(gè)位置上所擁有的局部應(yīng)力低于設(shè)備制造材料的屈服強(qiáng)度。另外，若是設(shè)備上不可避免的發(fā)生了局部位置應(yīng)力過高的情況，相關(guān)單位就可以針對(duì)設(shè)備開展疲勞分析與設(shè)計(jì)工作，檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備表面上的應(yīng)力分布情況，選擇科學(xué)有效的措施予以解決[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，承壓類特種設(shè)備就獲得了較大的發(fā)展和應(yīng)用空間。然而，承壓類特種設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)疲勞問題，這些問題會(huì)對(duì)設(shè)備質(zhì)量及安全性造成嚴(yán)重影響，甚至威脅人們的生命安全。因此，做好承壓類特種設(shè)備的安全管理工作，針對(duì)其存在的疲勞失效問題，制定科學(xué)有效的防治措施，用來(lái)保證設(shè)備的運(yùn)行安全，有著至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。