氨制冷壓力容器裂紋成因的分析及其預防措施

氨制冷壓力容器裂紋成因的分析及其預防措施摘要：小型氨制冷裝置事故多數源于氨應力腐蝕開裂，文章從實際檢驗案例分析了氨應力腐蝕開裂的機理，闡述了發(fā)生氨應力腐蝕開裂的成因，從設計、制造、介質等方面總結了預防氨應力腐蝕開裂的措施。關鍵詞：小型氨制冷裝置；氨應力腐蝕開裂；成因；預防措施近年來，以氨為介質的小型制冷設備事故頻發(fā)，不僅危及人身安全，還帶來一定的經濟損失，尤其是小型制冷用壓力容器爆炸、氨泄漏等事故已成為冷庫的安全管理中急需解決的主要問題，而這些事故安全隱患多數源于氨應力腐蝕開裂。我國對于氨應力腐蝕開裂問題隨著長時間的跟蹤處理探索，在各方面有了不斷地完善改進，本文就小型氨制冷裝置應力腐蝕開裂的機理、成因及其預防措施進行探討。小型氨制冷裝置簡介小型氨制冷裝置是以氨介質為制冷劑，單臺貯氨器容積不大于5m3且總容積不大于10m3的制冷裝置，屬于典型的蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)，一般包括循環(huán)壓縮、冷凝、膨脹和蒸發(fā)四個過程?；竟ぷ髟硎前弊鳛橹评鋭?，低壓氨蒸氣經過壓縮機被壓縮成高壓氣體，經氨油分離器將從壓縮機帶出的冷凍油霧分離后，高壓氣氨進入冷凝器被冷凝成高壓液氨，進入貯氨器，高壓液氨經過節(jié)流閥降壓后，通過直接膨脹供液、氨泵強制供液（通過低壓循環(huán)貯液桶）、重力供液（通過氨液分離器）等供氨方式送入蒸發(fā)器，低壓液氨在其中不斷吸收外界的熱量（制冷過程）后由液態(tài)轉化為氣態(tài)，然后再次被壓縮機吸收壓縮，循環(huán)使用。小型氨制冷裝置流程圖檢驗案例情況對徐州某冷庫小型氨制冷裝置壓力容器進行檢驗，該成套小型氨制冷裝置包含油分離器、集油器、貯氨器、冷凝器、虹吸罐、低壓循環(huán)桶，其中油分離器已投用數年，其余均為新投用壓力容器。該油分離器制造日期2010年05月，材質Q235-C，需進行定期檢驗，檢驗項目包括資料審查、宏觀檢驗、氨液成分檢驗、壁厚測定、外表面磁粉檢測、安全附件檢驗。該油分離器外表面經磁粉檢測發(fā)現(xiàn)多處裂紋，最大裂紋長度為25mm。裂紋成因的分析3.1應力腐蝕開裂是敏感金屬或合金在一定的應力（外力或殘余應力）和一定的腐蝕介質環(huán)境共同作用下產生的一中特殊斷裂方式。應力腐蝕開裂只有在存在應力時才能產生，它是一種低應力脆性斷裂，是一種滯后性破壞，其裂紋形態(tài)呈樹狀有主干和分枝的形貌。該油分離器外表面通過磁粉檢測發(fā)現(xiàn)多處裂紋，厚度測定顯示并無明顯減薄，使用介質為氨，設備材質為碳鋼并且制造未經熱處理，非常符合氨應力腐蝕開裂的損傷形態(tài)。氨應力腐蝕開裂是指碳鋼和低合金鋼在無水液氨中，或銅合金在氨水溶液或銨鹽水溶液環(huán)境中發(fā)生的應力腐蝕開裂。3.2通過資料審查發(fā)現(xiàn)該設備制造過程中并未進行焊后消除應力熱處理，造成焊接接頭殘余應力無法釋放，內部殘余應力較大。經詢問使用單位發(fā)現(xiàn)該油分離器于2010年投入使用，首次充裝液氨并未采取有效措施排盡罐體內空氣，并且使用過程中充裝液氨的質量成分沒有保證，使用期間也未對氨定期檢查其含氨量、含水量、含氧量；同時該設備長期停用期間設備內部介質并未及時置換處理，這些因素致使設備內部氨介質容易受空氣的污染，空氣中的氧和二氧化碳促進氨對碳鋼的腐蝕，反應生成的氨基甲酸氨對碳鋼材質有強烈的腐蝕作用，加上該設備整體未經熱處理，殘余應力較高，使鋼材表面的鈍化膜產生破裂，造成氨應力腐蝕開裂，其反應如下：2NH2+CO2TNH4CO2NH2NH4CO2NH2TNH4-++CO2NH2-O2+2NH4++FeT2Fe2++2OH-+2NH3預防措施4.1介質在介質方面，小型氨制冷裝置壓力容器中對用氨要求除應符合GB536的規(guī)定外，還應滿足下列要求之一：（1）含氨量應大于99.995%；（2）含氨量應不小于99.6%，且其中含水量應大于0.2%，同時還要求定期檢查其含氨量、含水量和含氧量，檢查周期至少每半年一次。一般來說，含水量低于0.005%（質量分數）或大于0.2%（質量分數）時發(fā)生氨應力腐蝕開裂的敏感性較低。4.2使用管理在使用管理方面，建立健全安全管理制度，提高管理人員的責任心和專業(yè)技術水平，避免液氨在充裝排料、檢修過程及長期停用期間受到空氣污染，空氣中的氧和二氧化碳促進氨對碳鋼的腐蝕。氨應力腐蝕開裂是一個電化學腐蝕過程，對于碳鋼和低合金鋼而言，在溫度低于-5C時幾乎不會發(fā)生開裂，因此控制氨制冷裝置用壓力容器使用溫度，亦可有效防止氨應力腐蝕開裂的發(fā)生。4.3設計制造發(fā)生氨應力腐蝕開裂的必要條件是有一定的應力（外力或殘余應力）和敏感的材料在腐蝕介質環(huán)境共同作用下產生的一中特殊的斷裂方式，因此可以從設計制造方面考慮有效防止液氨的應力腐蝕開裂。（1） 在設計層面綜合考量氨制冷壓力容器的特點，結構上盡可能的減少液氨可以滯留的區(qū)間，焊接時盡可能用雙面焊代替單面焊，有條件的采用整體熱處理的方式降低殘余應力。根據實際調查情況綜合分析，在滿足設計要求和制造工藝可行的情況下，材料選用方面碳鋼對比低合金鋼有較小的應力腐蝕傾向。（2） 在制造方面嚴格控制裝配工藝，減少如卷板過程中的壓痕、組裝時的錯邊超標、焊接接頭的余高過大等原因產生的應力集中；有實驗結果表明，在制造時焊接材料的匹配會直接影響焊接接頭的殘余應力水平，焊接材料金屬的抗拉強度值越接近母材金屬的抗拉強度標準上限值，發(fā)生氨應力腐蝕開裂的風險越大，尤其以熱影響區(qū)最為敏感，因此在編制焊接工藝時應充分考慮此因素，焊接材料避免采用高強匹配；制造焊接時坡口質量影響焊接接頭質量，尤其要嚴格控制筒體開孔的坡口質量，對于直徑較小的開孔坡口可以采用機加工的方式，對于直徑較大的開孔可以采用火焰切割后打磨至金屬光澤的方式。結束語小型氨制冷裝置已經廣泛應用在食品加工及冷凍冷藏領域，盡管冷庫的發(fā)展趨勢是大型化、規(guī)?；⌒屠鋷炷壳斑€將較長時間存在，這些小型冷庫設備陳舊，技術落后，安全管理不到位，無法保證小型氨制冷裝置的安全運行。因此，在正常做好小型氨制冷裝置的檢驗檢測的基礎上，在日常安全管理過程中，使用單位應建立健全安全管理制度和應急方案，強調操作的規(guī)范性，提高管理人員的責任心和專業(yè)技術水平，確保冷庫小型氨制冷裝置的安全運行，把發(fā)生事故的隱患降到最低。參考文獻；曹志明.氨制冷壓力容器應力腐蝕開裂原因及其