鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題

謝柳浩

摘 要：鍋爐的工作原理是，將燃料燃燒釋放，生成符合參數和品質的蒸汽。在我國各行各業中廣泛運用。鍋爐壓力容器和壓力管道的安全關系到人民生命安全和財產安全，因此我們要對鍋爐壓力容器和壓力管道的安全進行檢查，避免裂紋產生造成安全隱患。文章對鍋爐壓力容器和壓力管道檢驗中的裂紋問題探討，提出具有可操作性的建議。

關鍵詞：鍋爐壓力容器；壓力管道；裂紋；設備檢驗

引言

中國經濟突飛猛進大發展，鍋爐行業的發展更加突出。我國鍋爐壓力容器不斷發展創新，已經接近發達國家的生產水平，具有獨立的生產能力。社會經濟發展對于鍋爐的依賴性，要求鍋爐壓力容器不斷運行來滿足生產需求。長時間的運作，鍋爐壓力容器和壓力管道一些問題便暴露出來，裂紋問題是其中最常見問題。如何采取措施對裂紋問題進行治理，對于鍋爐壓力容器和壓力管道的正常運行研究意義重大。

1 檢驗內容和方法

內部和外部檢查和水壓試驗。鍋爐壓力容器和管道檢驗的時候主要檢驗鍋爐的內部、外部以及對水壓進行測試。檢測壓力容器的時候，要注意的是，鍋爐壓力容器的制造廠資料、保護裝置、外觀的質量、設備品牌、支座情況、管道的膨脹情況；要抽查焊縫探傷的安全情況；外觀上要注意平臺、管道的保溫、走向等。檢測壓力管道的時候，要對技術資料、管道安裝的縫隙質量和管道膨脹情況，以及水壓壓力進行測試。管道的疏、放水情況也要進行及時的監控。外部檢驗的時候要在鍋爐運行狀態下開展。檢驗周期一般為一年一次。在鍋爐第一次投入運營之前也要對外部進行檢查；鍋爐在停運一年之后，重新進行使用，也要加強鍋爐的外觀方面的檢查。在鍋爐進行過大型改動的之后，例如鍋爐的燃燒方式和安全控溫系統改動之后，都要進行全面的外觀檢查。鍋爐的內部檢查要在鍋爐停運狀態下開展，檢查的周期為兩年一次。鍋爐的內部檢查一般在鍋爐出現特殊情況的時候進行。鍋爐的水壓實驗，主要是通過水作為介質，將規定的水壓施重于鍋爐的內部，并且對內部的嚴密性同時進行檢查。水壓檢測的周期為六年一次。在鍋爐內部檢測無法進行的時候，要加強水壓測試的試驗。在測試中出現問題的鍋爐不得進行繼續運行。

鍋爐壓力容器管道檢驗的重點。鍋爐壓力管道的檢測目標是保證鍋爐體系能夠正常運轉，主要檢查的項目是，無損檢測人員是否有相關監測資格；從事鍋爐壓力容器及管道檢測的人員的資格證書。質量人員是否按時到崗工作；焊接人員的從業資格，焊接工藝和工藝的管理。還要審查焊接工藝的評定、焊接人員是否遵從焊接規章進行操作。對于其他上崗人員的資格也要進行關注。技術圖紙是否會審、技術的交付，設計中的變更情況[1]。檢測質量的反饋與處理情況，對于出現問題時候會議分析的記錄，施工中出現問題的反饋與最終處理結果的記錄。

2 檢驗中主要問題

2.1 應力腐蝕裂紋

應力腐蝕裂紋的形成原因主要是腐蝕介質和應力的共同作用。汽水管道和集裝箱管座是產生應力腐蝕裂紋的主要區域。應力復式的裂紋一般是垂直的，落葉后的樹枝狀應力裂紋一般出現在奧氏體不銹鋼配件上。而火電廠的應力腐蝕出現在彎道內壁的中性區域。應力的影響下，局部出現腐蝕，或者稱作應力導向腐蝕。裂紋在中性區域的延伸狀態是帶狀。微觀上，應力腐蝕產生的裂紋呈“之”字狀。

2.2 機械疲勞裂紋

疲勞裂紋的發生區域主要是在大軸、葉輪和輔助轉動的機器設備上。表現在鍋爐表面的應變集中處。在開始階段，疲勞裂紋比較短小然后用隧道的方式向里擴展。中間階段形成很長的一段裂紋，最后在裂紋加速后裂紋穩定擴展。在這個過程中，拉伸的應力與裂紋的角度為45°，當裂紋加速發展時候，與拉伸應力的角度為90°。

2.3 過熱與過燒裂紋

過熱過燒裂紋的產生主要原因是溫度。過熱過燒裂紋在宏觀上的表現是有大小不等的裂紋，產品有融化和晶界氧化的表現。同時伴有表面的碎裂現象。在微觀方面，主要是晶粒的顆粒粗大、魏氏組織大面積覆蓋，有微細圓球MnS的粒子沉淀。氧化性氣體在高溫下向晶界周圍擴展形成。在顯微鏡的輔助下，能看到晶粒表面較大的孔洞和氧化晶界網絡存在。在設備鑄造的工藝中，如彎制、軋制、焊接等工序中熱處理超過限度。對金屬的加熱超過了Ac3后熱量持續積累數年形成的。晶界氧化后局部會產生沿著晶裂紋。這些裂紋和龜裂給鍋爐承壓部位埋下了巨大隱患。

2.4 腐蝕疲勞裂痕

腐蝕疲勞裂紋和機械疲勞裂紋和應力疲勞裂紋有所區別。它是在汽包和集裝箱的管座上產生的。這些部件不僅受到介質的壓力，還伴隨著震動產生的應力。時間越久這些裂紋的痕跡越嚴重。宏觀表現上，裂紋寬度隨著時間的增長變大[2]。腐蝕物充滿著整個裂紋縫隙，腐蝕坑和溝槽充滿著整個管道內壁。微觀上，這些腐蝕疲勞裂紋有明顯的腐蝕破壞性。裂紋尾部比較寬，尾部細小尖銳。并且裂紋是穿透晶界的。主裂紋形成后會有此生裂紋產生，次生裂紋逐步受到抑制，裂紋數量減少。

2.5 熱疲勞裂紋

當金屬在地域拉伸強度極限的條件下應力反復作用，緩慢產生的裂紋就是熱疲勞裂紋。容易產生熱疲勞裂紋的區域是，噴水減溫設備、整齊管道壓力表處、排氣管管座等。熱疲勞裂紋在宏觀上的表現主要是，部件上有刀痕、缺口或者孔洞促使了熱疲勞裂紋的產生。另外一種情況，裂紋的產生不一定明顯，但是可以影響部件的使用壽命。熱疲勞裂紋的形態較粗，有時候呈細小的口狀，表面氧化的裂紋有網狀痕跡也有線狀痕跡。

2.6 蠕變裂紋

蠕變破壞是隨著時間產生的，實際的影響因素是溫度和應力的共同作用。金屬因為損傷造成了蠕變裂紋的出現。宏觀上裂紋垂直于最大的應力。在彎道上沿著軸向分布。在一個較大的裂紋帶內，主紋兩側有平行的裂紋分布。管道、集裝箱應力較大的區域是形成蠕變裂紋的主要區域。蠕變裂紋的宏觀區域，有數量變化不確定的蠕變裂紋無規則地連接。多數是米粒狀或者孔洞狀。

3 預防裂紋產生措施

防止裂紋產生主要有三方面的措施，分別是對鍋爐的壓力容器的操作控制、鍋爐容器生產的原材料控制和鍋爐的質量控制。第一，鍋爐壓力容器操作控制。鍋爐容器的生產質量控制主要是對制作工藝的要求。在制作過程的一點疏忽都會造成整個鍋爐壓力容器在之后的使用過程中問題的反復產生。只有在出廠的時候，控制住鍋爐容器的質量，才能最大限度減少問題的產生。生產人員要按照鍋爐生產的工藝流程操作，杜絕生產過程中的過失出現。認真審視鍋爐生產過程中的工藝圖紙，依據正確的比例進行產品的煅造。生產單位也要在工藝管理制度上明確程序文件的相關規定，保證有明確的依據來指導工藝流程的正常運轉[3]。第二，任何產品的制造，都要在工藝生產之前，對原材料進行嚴格的把控。在鍋爐壓力容器生產中，為了避免應力壓力產生的裂紋，要在工業鍋爐的安裝檢修過程中，不斷修改革新鍋爐的生產材料，保證下一步鍋爐壓力容器質量能夠進一步提高。第三，鍋爐壓力容器質量控制。只有在嚴格控制好鍋爐的整體質量下，才能減少裂紋的產生。鍋爐壓力質量的控制是整項工程的重中之重。因此要對參考要求仔細研讀，相互檢查生產工序中的錯誤，保證整個鍋爐壓力容器的質量。

4 結束語

裂紋的產生是鍋爐壓力容器和管道檢驗中常見的問題，裂紋產生的主要原因有主觀和客觀兩個方面。受力狀態和環境條件是形成裂紋的主導因素。疲勞效應主要是長時間應力的作用形成，會使部件使用壽命縮短，環境條件不適應，也會造成部件的腐蝕疲勞。鑒于鍋爐在我們的生活中發揮著越來越重要的作用，我們要對產生裂紋的原因進行改進，減少安全隱患的產生。

參考文獻

[1]邵東亮.鍋爐檢驗必要性分析及檢驗要求研究[J].科技創新導報，2009.3.

[2]孫文彩，楊自春.含裂紋壓力容器混合變量下疲勞剩余壽命分析[J].壓力容器，2010，27（1）.

[3]孫國有，王曉春，吳立軍，等.壓力容器中裂紋的失效分析方法[J].浙江大學學報（工學版），2010，35（6）.