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油田压力容器裂纹形成原因分析
论文类别:专家论文
作 者:佚名
所在地区:油田压力容器裂纹形成原因分析
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摘 要:
??? 摘要:压力容器在制造和使用过程中出现裂纹的成因包括内外压力差、拉应力、应力腐蚀、焊接维修以及错边等因素。分析容易出现裂纹的部位和检验方法,探讨相关预防措施。
??? 关键词:压力容器;应力;腐蚀
??? 压力容器在油田生产中发挥着十分重要的作用。主要用于存储水、气、油等介质,发挥换热和分离等作用,分为换热容器、分离容器和储存容器等种类。压力容器使用过程中,需要定期检查,及时发现缺陷,通过有效检查消除安全隐患,保障设备和生产线的安全运行。近年来,油田用压力容器检验过程中发现较多的表面开裂现象,焊接部位出现放射性树状分布裂纹,严重时甚至出现穿透性裂纹,对生产效率和安全造成较大影响。为确保日常运转的安全、高效,应制定完善的检查制度,及时对压力容器进行检查、检验,查找潜在危险,制定预防和解决措施。此外,还应加大压力容器的研究力度,从材料、特性等方面优化抗裂纹能力,编写维修方案,保证检验质量,以保障安全生产。
??? 1压力容器裂纹成因
??? 油田用压力容器的裂纹成因主要分为因内外压力差引起的裂纹、拉应力引起的裂纹、焊接维修导致的裂纹以及错边产生的辈辑裂纹。深入分析裂纹成因,从根源出发制定合理有效的预防措施,才能有效防止裂纹的形成。
??? 1.1内外压力差产生的裂纹
??? 在油气生产过程中,压力容器存储的介质除了液态的油类以外,还包括气态物质。存储气态物质的压力容器会受到温度影响而产生压力,在环境温度升高的情况下,气体会出现膨胀而形成较大压力,导致压力容器的内压超过外部压力。压力容器在长期内外压差作用下可能会出现裂纹,形成较大的安全隐患。
??? 1.2拉应力产生的裂纹
??? 油田压力容器存储的介质为液态物质或气态物质的情况下,介质会对压力容器内壁形成一定的压力,内部表面会形成一定纵向作用力。此非横向作用力作用在容器外部与内部通常呈现不均衡表现,存在一定的内外差异,差异值会随着容器壁厚度的增加而加大,导致压力容器形成外部裂纹。
??? 1.3应力腐蚀产生的裂纹
??? 油田压力容器介质内含H2S,从设备腐蚀和防腐技术方面考虑,需将其含量控制在(20~30)mg/L,而在实际生产过程中,介质H2S含量远超过这一数值,导致压力容器出现裂纹,可判断为H2S应力腐蚀裂纹,也叫做硫裂。H2S应力腐蚀裂纹主要是在H2S腐蚀介质与受拉应力材料共同作用导致的脆性破坏,是一种机械和电化学复合作用造成的破坏,介质中H2S遇到水后形成氢硫酸,随着其中H+的电离,溶液表现为弱酸性,与压力容器的金属内壁反应而出现电化学腐蚀。此外,氢离子捕获电子后成为氢原子,由于较小的直径,可能在金属内部扩散,在微裂纹、位错和晶格缺陷等处聚集,使材料的脆断性增加,H2S应力腐蚀裂纹是腐蚀介质、拉应力、材料等多方共同作用的结果。
??? 1.4焊接维修导致的裂纹
??? 油田使用的压力容器通常为长期运行的生产设备,漫长的使用过程中会出现不同程度的损耗,甚至会发生损坏,油田企业出于成本的考虑,并不会直接更换而是采取焊接等维护、修理措施来保证压力容器性能,延长使用寿命,但在焊接维修过程中容易产生裂纹。对相关压力容器维修资料进行统计发现,在焊接维修的部位通常会因集中的残余应力而导致裂纹和裂痕,这也是加大压力容器裂纹生成风险的一个重要因素。在压力容器的焊接维修中,一般会采取环焊接和纵焊接两种焊接手法,不同的焊接手法会导致形成裂纹的可能性不同,也会有不同的裂纹程度,相关统计资料显示,在压力容器焊接维修中,相对于纵焊接,环焊接更容易出现裂纹。
??? 1.5错边现象产生的裂纹
??? 导致压力容器产生裂纹的因素复杂繁多。研究发现,在压力容器生产制造过程中存在的错边现象很容易导致裂纹。因为压力容器出现错边,加大了弯曲应力,使整体集合应力出现聚集,极大增加了压力容器出现裂纹的可能性。
??? 2容易出现裂纹的部位和检验方法
??? 解决压力容器产生裂纹的问题,首先要分析容易出现裂纹的部位,再制定针对性的预防措施。应力集中部位是第一个应该关注的重点部位,如焊缝部位、明显的焊接热影响区;制造过程中出现相关问题并返修的部位;拼接部位;表面损坏或刮伤的部位;容器出现过泄漏的部位等。其次是关注容易发生腐蚀的部位,如压力容器中容易留存污垢的坑、缝、孔等;介质不容易出现流动的部位;容器的底部和顶部等。明确容易出现裂纹的部位后确定检验方法。常规的检验方法主要包括宏观检查、表面探伤、硬度检查和金相检查等方式。宏观检查时通过放大镜或直接用肉眼检查容器内部,重点检查结构突变等可能出现应力集中的位置。表面探伤可采取磁粉探伤方式,发现裂纹后再改用射线或超声方式复验,再次确认。硬度检查时,如果检查部位的硬度高于正常值的30%,要采取其他检查方法复验。金相检验用于容易出现应力腐蚀的部位,如果组织中出现树木根须状或细长裂纹,则可能存在应力腐蚀裂纹。
??? 3预防裂纹形成的措施
??? 3.1及时处理发现的问题
??? 在压力容器检查过程中,如果发现问题,首先了解裂纹的长度和深度,如果裂纹较为细小、轻微,可通过打磨机打磨的方式处理裂纹。如果裂纹深度较大,则需要根据实际情况制定针对性的修补措施,焊接工艺也应与设定的方案相匹配,经维修满足正常使用需求后才能再次投入使用。
??? 3.2严控原材料和制造工艺
??? 在压力容器使用过程中,受压元件是重要的影响因素,尽量不选用焊缝排布不合理和十字型焊接等结构方式。一般情况下,受压元件首选材料应具有抗硫化物应力开裂(SCC)功能。在制造过程中,要从使用实际出发选定合理的制造方法,减少应力集中和残余应力聚集的情况。焊接、冷处理、热加工等制造工艺的选择也要符合制造和使用需求。
??? 3.3控制压力容器使用环境
??? 油田压力容器使用过程中,油气环境中或多或少会存在硫化氢成分,在提升环境pH值的情况下,油气环节对SSC的灵敏程度会大幅减少。在生产系统具有各类条件优势的情况下,保证生产环境可控的前提下,可通过对环境pH值进行调节来预防和缓解SCC。第二,减少油气中的硫化氢含量是减少裂纹的一个重要途径,可向介质中添加缓蚀剂以减少硫元素的生产,以此减缓腐蚀速度。第三,可采取外部添加电源或阴极保护方案缓解腐蚀,如将铝、铜等金属物质涂抹在焊接部位。
??? 4结语
??? 油田的日常生产,对压力容器的数量和质量都提出了较高要求,压力容器在腐蚀作用和压力的影响下可能生成裂纹,会极大地缩短设备使用寿命。压力容器出现裂纹可能会导致突发断裂,影响生产效率,严重时还可能造成人身财产损失。因此需要相关从业人员和研究人员加大研究力度,制定合理的预防措施,保证压力容器的安全、高效运行。
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