鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中裂紋問題的研究與處理

李廣彬（萊蕪市特種設備檢驗研究院,山東　萊蕪　271100）

鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中裂紋問題的研究與處理

李廣彬
（萊蕪市特種設備檢驗研究院,山東萊蕪271100）

本文首先分析了鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中常見的幾種裂紋問題的產生原因及宏觀和微觀特征，然后提出了幾種預防處理裂紋問題的措施，以供相關人員參考。

鍋爐壓力容器；壓力管道；裂紋問題

1　前言

鍋爐，一種能量轉換設備，隨著科學技術水平的提高而被廣泛的應用，它鍋爐在社會生產和生活當中的重要性也日趨明顯，因而鍋爐的安全性顯得非常重要。鍋爐在長時間運行的情況下，其壓力容器和壓力管道方面的問題會慢慢顯露，其中較為常見和最不穩定的問題是裂紋問題。怎樣采取有效措施和手段對壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題進行預防和處理，對鍋爐的安全運行有著重要的意義。

2　鍋爐壓力容器及壓力管道檢驗中常見裂紋問題分析

（1）機械疲勞裂紋。機械疲勞裂紋，往往在應變集中處形成，大多在汽輪機的葉輪、葉片、大軸和輔助轉動機械等部件的表面部位發生。1）宏觀特點：往往發生于材料缺陷處和焊縫熱影響區，通常是直線狀。其初始階段短小且以隧道式向內擴展，中期階段小裂紋連接成一條長裂紋，后期階段裂紋加速擴展甚至出現切向裂紋；2）微觀形態：通常與主應力呈垂直方面發展，擴展方式大多為穿晶的，開裂區域形狀像脆性開裂，而接觸裂紋的開口較寬且有著嚴重粘結斑坑，裂紋兩側平整且深度較淺。

（2）熱疲勞裂紋。熱疲勞裂紋，來源于低于拉伸強度極限的熱交變應力的反復作用，大多發生在蒸汽管道壓力表管座、疏水管座、排汽管管座和噴水減溫器等部位。1）宏觀特性：起源于單條或者多條裂紋（其中一條為主裂紋），其形狀粗短，有時為細口狀，表面氧化膜有網狀和線狀痕跡；2）微觀形態：呈極不規則的忽寬忽窄的跳躍式擴展狀態，其內氧化物疏松呈斷續狀，擴展方式有穿晶的（蠕變溫度以下），也有沿晶的和混晶的（蠕變溫度以上）。

（3）腐蝕疲勞裂紋。腐蝕疲勞裂紋，通常為火力發電廠在汽水工作條件下產生，大多發生在集箱和汽包的管座上。1）宏觀特性：成群產生，寬度隨腐蝕疲勞過程的發展而增加，擴展過程中常伴有分枝且尾部較鈍；2）微觀形態：具有裂紋較寬和尾部不尖銳等鮮明的腐蝕破壞特征，開裂區從內壁形成長度和深度不一的裂紋群，主裂紋在裂紋發展后期形成，斷口上呈現不明顯的疲勞紋線，擴展方式主要是穿晶。

（4）應力腐蝕裂紋。應力腐蝕裂紋，往往在汽水管道和集箱管座形成，是構件在應力和腐蝕介質共同作用下形成的。1）宏觀特征：在彎管中性區呈帶狀沿軸向延伸，與張應力垂直，通常開口較寬、裂紋較短、呈群狀，奧氏體不銹鋼上的應力腐蝕裂紋通常呈落葉樹枝狀；2）微觀形態：起源處多為不連續狀，裂紋由表面向里擴展呈“之”字形分枝，擴展方式有穿晶的、沿晶的和混晶的。

（5）蠕變裂紋。蠕變裂紋，來源于溫度與應力的長期作用，伴隨著金屬組織損傷和變形，是引起材料分離的一種獨特裂紋方式，大多發生于集箱管座的熱影響區及角焊縫、過熱脹粗管子表面、集箱孔橋區和高溫蒸汽管道彎管的外弧側等和高應力應變區。1）宏觀特性：走向垂直于最大應力方向，發展方向曲折而形成較寬的裂紋帶，主裂紋居于帶內中間且兩側平行分布了大量裂紋；2）微觀形態：裂紋區域存在大量無規則連接的橢圓形或者多米粒狀的蠕變孔洞，焊縫損傷區內的裂紋平行于焊縫熔合線方向由外表面向內發展，裂紋前沿通體處及兩側有平行于主裂紋發展發向的斷續的微裂紋，擴展方式為沿晶擴展。

（6）過熱與過燒裂紋。過熱與過燒裂紋，通常在金屬承壓部件的鍛造、軋制、彎制、焊接等制造熱加工過程中發生，過熱裂紋是加熱到上臨界點后繼續升溫產生的，而過燒裂紋則是加熱溫度高使得晶界氧化和局部熔化所產生的。1）宏觀特性：過燒引起的龜裂表面有許多大小不等的破裂，有著明顯的晶界嚴重氧化和熔化痕跡等特征；2）微觀形態：晶粒粗大、魏氏組織嚴重、晶界有微細圓球狀粒子沉淀，其中過燒裂紋在顯微鏡下可以看到粗大氧化晶界網絡和的孔洞。

3　鍋爐壓力容器及壓力管道裂紋問題的預防與處理

（1）人為操作控制。鍋爐對能量實現了轉換，而鍋爐壓力容器壓力管道的裂紋問題與人為操作水平有著較大的關系，因而控制操作人員的操作規范可以在一定程度上避免裂紋的產生。然而，目前很多鍋爐操作人員沒有接受過專門的專業技能教育和訓練，不太熟悉相應的操作規范和方法，會出現一些操作失誤的情況，從而影響到了鍋爐的安全運行。因此，對鍋爐操作人員的培訓工作需要普及和加強，解釋和明確具體的操作規范和方法，可以安排必要的考核和績效，從根本上預防由于人為操作不當而產生的裂紋問題。

（2）原材料生產質量控制。鍋爐原材料的生產質量與鍋爐壓力容器壓力管道裂紋問題的產生密不可分。鍋爐容器在進行生產之前，需要仔細的對圖紙方面的內容進行審視，對其中的具體要求進行明確，確保嚴格按照具體的生產規范進行容器的生產，確保有效控制各個生產和加工環節得到。同時，要明確鍋爐壓力容器的生產管理規定內容，確保在程序文件和質量控制的范圍內進行生產，確保工藝流程的正常開展。

（3）鍋爐質量控制。鍋爐是一種高危設備，在其生產過程中需要對設備質量進行充分的把控，確保誤差內容在合理的標準范圍之內。所以，嚴格的自我檢驗和相互檢驗的程序不可或缺，只有嚴格的控制生產工序才可以提升鍋爐質量，從而最大限度上的減少和避免裂紋問題的出現。

4　結束語

總體來說，鍋爐中壓力容器壓力管道的裂紋問題產生嚴重影響了其正常安全運行。客觀因素和內在條件共同決定了裂紋問題的產生，其中內在條件主要是原材料質量方面的缺陷，而客觀因素主要是鍋爐的壓力容器壓力管道的疲勞和腐蝕狀況。鍋爐在我們的生活中所發揮的作用越來越明顯，因此有效預防處理裂紋問題顯得日益重要，我們要分析裂紋產生的原因并進行改進，從而降低安全隱患發生的可能性。

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