動力管道裂紋問題探究

李 強

新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院 新疆 烏魯木齊 830000

鍋爐在我國現代工業生產中的應用非常廣泛，它是通過燃料燃燒產生蒸汽，用于發電、換熱、提供動力等。動力管道是指火力發電廠用于輸送蒸汽、汽水兩相介質的管道，劃分為GD1級、GD2級[1]。動力管道在工作過程中容易出現許多問題，如果不進行及時檢修和維護，容易使得鍋爐及其動力管道受損，也會對現場操作員的人身安全造成威脅，同時也會讓發電企業受到極大的經濟損失，還可能會引發嚴重的生產事故，并產生惡劣的社會影響。

一、動力管道定期檢驗的內容與方法

(一)準備工作。對動力管道進行定期檢驗時，前期的準備工作至關重要。第一，應從動力管道的設計和安裝等角度對其基本情況進行了解和掌握。第二，應觀察動力管道應用的具體環境，分析其可能潛在的問題，以及其可能引發的破壞形式。第三，應收集動力管道的相關文件，根據文件中說明的情況，把握動力管道的材質、性能等，為后續的具體檢驗工作奠基。總之，準備工作的主要目的是掌握動力管道的基本情況，并對具體檢驗過程中的重點進行預判，提升檢驗的效率。

(二)宏觀檢驗。宏觀檢驗是通過檢驗人員的目視來完成的，主要對管道的宏觀情況進行檢驗。主要的檢驗內容包括管道結構、隔熱層、焊接接頭、表面狀況等方面。具體檢驗中，應檢查管道的焊接點處是否存在問題、管道是否存在腐蝕性情況，管道固定支架之間的連接形式、是否出現形變的情況等。宏觀檢驗是動力管道定期檢驗的重要環節，檢驗人員不應對任何細節產生遺漏，任何疏忽都可能造成檢驗不完全，遺留的問題可能會逐漸演變成安全隱患。

(三)材質和壁厚檢驗。在進行材質的檢驗時，如果存在材質不明的情況，可以利用光譜分析儀、現場金相等方式進行檢驗，應確保該部分檢驗的準確性，不可疏忽大意。在材質的檢驗中，應根據動力管道壓力、溫度及運行時間等情況增加硬度及金相檢查，可檢驗出管道的狀況，明確其是否疲勞作業，有否出現疲勞破壞的情況，是否存在材質劣化、材料蠕變損傷、組織老化等等。在壁厚檢驗時，應對壁厚進行準確測量，通過測量數據明確動力管道是否存在腐蝕情況，可根據數據判定其可繼續工作和使用的壽命。這一方面有利于保障動力管道定期檢驗工作的完成，另一方面也為動力管道的后續維護和維修工作提供了參考信息。

(四)無損檢測。根據管道的壁厚、管徑、位置等因素，確定適合的無損檢測方法按照規范要求，進行100%檢驗或者按照比例抽查，如果發現裂紋等影響管道運行的缺陷，應進一步擴大檢測比例，并按照各自檢測方法進行評級，具體方法可參照NB/T47013具體章節評定。

二、裂紋種類

目前動力管道產生的裂紋，根據產生原因可以得到下面幾類分類:

(一)過熱裂紋。過熱裂紋形成的關鍵因素是溫度，過熱裂紋在材料表面表現為大小不均等的裂紋，且表面伴隨著碎裂的情況。在高溫條件下，氧化性氣體會向周圍擴散，從而形成龜裂紋，在顯微鏡下可以觀察到過來裂紋中的晶體表面的空洞較大，且存在氧化晶解網絡，一般在鑄造鍋爐設備時可以通過焊接、彎制等步驟完成熱處理。金屬在加熱過程中由于超過了材料的使用標準，經年累月的使用就會讓表面形成晶裂紋，這個裂紋在鍋爐承壓部位的長期使用過程中會留下巨大隱患[2]。

(二)機械疲勞裂紋。機械疲勞裂紋會出現在鍋爐的輔助設備、軸承的位置，鍋爐機械應力頻繁集中于這些部位就會形成這種裂紋，在長期工作狀態下，機械疲勞裂紋會逐漸拓展到鍋爐內部的壓力管道，如果發現時內部裂紋已經成型但仍然繼續使用，只會讓裂紋的增加速度加快，最終導致整個壓力管道破裂。

(三)應力腐蝕裂紋。應力腐蝕裂紋一般出現在內部應力和腐蝕介質中或管道外部，這種裂紋的出現一般屬于垂直性，其應力來自于外界載荷，如果長期處于高強度載荷條件下，再加上管道內部一直在運作的水汽循環，很會讓管道的彎折程度遭到加重。當接觸到某一定點載荷時，很可能導致管道變形。如果管道材料突破極限就會出現一個裂紋。此外，當鍋爐壓力管道在長期使用期間，由于內部流體壓力等各個因素都會容易造成管道發生形變，那么內部熱水就會出現定向腐蝕狀況[3]。

(四)材料熱疲勞裂紋。材料熱疲勞裂紋一般出現在金屬管道的部分區域出現拉升或彎折情況時，且到達內部應力極限后就會出現這種裂紋的情況，這種裂紋經常出現在鍋爐的管道壓力表、減溫排氣管等設備中。從一些資料中可以看到，這部分裂紋會對外部造成明顯的創傷，在局部彎折的影響下會逐漸變化，熱疲勞裂紋在許多工程中并不十分明顯，但是在內部引力的影響下也會對鍋爐的部分零件使用壽命造成不利影響。

(五)腐蝕疲勞裂紋。腐蝕疲勞裂紋在本質上和機械疲勞裂紋有明顯的區別，腐蝕疲勞裂紋一般出現在集裝箱部位，在這些部位上由于長期承受外界載荷壓力和震動的因素的影響，而且管道在使用過程中，還會出現許多腐蝕物會對管道的金屬質量造成不良影響，所以管道使用的時間不斷增長的情況下，再加上機械疲勞裂紋的存在就會出現不同程度腐蝕的情況，這不但會讓管道的使用壽命大大縮減，還會讓整個內部管道環境受到污染。腐蝕疲勞裂紋比較細小，且出現的區域還會衍生出其他的裂紋，而受管道材料的影響和距離的影響，裂紋的數量又會快速減少[4]。

(六)材料蠕動裂紋。材料蠕變裂紋是在鍋爐投入使用后，隨著時間的推移慢慢地生長的，而蠕變裂紋形成的主要因素包括應力和溫度等，當鍋爐元件中的部分金屬由于損傷而形成了蠕變裂紋的情況，蠕動裂紋在管道彎道上沿著集裝箱進行分布，蠕變裂紋主要形成的區域是在鍋爐管道集裝箱部位比較明顯。在宏觀上來看，蠕動裂紋的變化并沒有特定規則，連接也沒有規律可言，一般呈現出孔洞狀或米粒狀。

三、提升管道裂紋防控的方法研究

(一)生命周期全過程控制。在安裝鍋爐壓力管道時，鍋爐機組管理人員必須同組裝方案上的要求一致來進行工程設計，控制好鍋爐各關鍵設備連接的可靠性及穩定性，如此才能避免壓力事故發生；第二，鍋爐管理人員還要根據設備部件的操作需求制定詳細的操作流程，保障鍋爐使用人員在進行設備調控時認真負責，嚴格按照操作手冊開展工作，同時也能減少事故出現的頻率；第三，為了盡量防止出現違規操作的情況，鍋爐管理人員還要對設備運行場所進行實時監控，保障鍋爐體系在使用過程中處于透明監督的范圍中，并且通過監控系統還能及時發現可能存在的危險，并將危險信號提交至檢修部門，及時對可能出現的裂紋風險做出提防[5]。動力管道在日常的工作使用過程中本來就有一定的危險性，因此在使用過程中必須做到實時監測和監控，且監督管理平臺必須嚴格執行監控工作。另外還要通過有效的技術來補償動力管道的操作危險性，結合以上過程才能有效減少事故的概率。從壓力管道裂紋形成的原因來看，許多問題都是由于制造、安裝、使用環節的問題導致的，所以在動力管道全壽命周期內的各個過程中必須嚴格按照國家法律法規、部門規章以及廠內操作規章制度來進行。

(二)原材料質量控制。鍋爐系統動力管道在使用過程中的危險性非常突出，因此在此期間必須控制好原材料，保障在進場環節100%原材料復驗合格，保證各種焊接工藝上的穩定性，確保制作工藝參數符合使用要求，然后利用無損檢測對動力管道制造、安裝過程中進行檢驗檢測，進一步減少動力管道投入使用后出現安全隱患。

(三)檢驗工作質量控制。在實際檢驗工作進行時，檢驗人員應充分認識到檢驗工作的重要性，一方面關系到企業利益，另一方面也關系到工作人員的人身安全，檢驗工作絕非形式主義的流程，而是切實關系企業與員工切身利益的工作。檢驗人員應根據現場具體情況進行合理的檢驗，結合自身的專業知識，嚴格根據相關標準的要求，對動力管道進行全方位的檢驗。一旦發現問題，應及時記錄并盡快提供解決方案，避免小問題的惡性發展。

結語

綜上所述，通過對動力管道的生命周期全過程控制、原材料質量控制、檢驗工作質量的控制，不但能夠確保管道在運轉過程中的安全性和穩定性，還能提管道運行質量，減少事故發生。所以，工程技術人員應對動力管道進行全過程質量控制，及時發現可能影響管道運行的缺陷，避免情況惡化，隨著安全管理工作的完善，企業的生產效率也將得到提高，進而可為國家經濟發展貢獻力量。