鍋爐、壓力管道檢驗裂紋問題分析與建議

逯建軍 盧倩林

昌吉回族自治州特種設備檢驗檢測所 新疆昌吉 831100

鍋爐、壓力管道裂紋類型主要包括疲勞裂紋、蠕變裂紋、應力腐蝕裂紋等，但不管是何種裂紋，均會對鍋爐、壓力管道產生安全隱患，進而影響鍋爐、壓力管道的正常運行。檢驗人員在檢驗發現裂紋時，應具有整體意識，綜合考慮，要以提升鍋爐管道整體運行穩定性為基礎，排除裂紋安全隱患，必要時進行合于使用評價，并針對此類問題提出合理有效的安全預防措施，提升鍋爐、壓力管道運行的安全性和使用壽命[1]。

1 鍋爐、壓力管道裂紋類型及產生原因分析

1.1 疲勞裂紋

疲勞裂紋較為常見，其可具體分為腐蝕疲勞裂紋、熱疲勞裂紋和機械疲勞裂紋。熱疲勞裂紋是金屬材料在低拉伸強度的熱交變應力長期反復作用下，緩慢出現的裂紋，多出現在熱應變大的部位，如高溫蒸汽管道的壓力表管座、疏水管座、排氣管座、鍋爐的汽包和集箱管座處，一般是多條裂紋，一條發展成主裂紋，宏觀看比較粗短，有時呈細口狀。機械疲勞裂紋常出現在應力集中部位，如焊縫缺陷區域、加工產生的機械劃痕、開孔部位，裂紋多是源于表面，呈直線形，開始比較細小，后期擴展很快。腐蝕疲勞裂紋也是應力和腐蝕介質共同作用的結果，是在產生疲勞裂紋的基礎上形成的，一般會在管道內壁出現腐蝕坑，在電站鍋爐，常出現在汽包及集箱的管座上，這些部位應力較大，除了介質壓力還有震動應力，接觸到腐蝕介質，形成腐蝕疲勞裂紋。具體而言，在壓力管道、鍋爐使用過程中，由于管道的不規則振動以及管道介質的壓力和腐蝕特性等因素，導致管道表面會出現疲勞裂紋，此類裂紋起初較為細小，不易被發現，但長期使用過程中，此類細小的裂紋會逐漸擴大，并且擴張速度會在壓力管道的使用狀態下越來越快，最終使壓力管道泄漏失效，嚴重時發生特種設備事故。

1.2 蠕變裂紋

蠕變裂紋的形成需基于一定的溫度條件，并在應力與溫度長時間的雙重作用下緩慢產生，壓力管道在曲率較大的位置，如彎頭、變徑等部位，會形成物理形態較為明顯的蠕變裂紋，蠕變裂紋多是有較粗主裂紋為中心向外平行發射的多條細小裂紋。在鍋爐集箱、主蒸汽管道、集箱管座、焊縫等應力較大、應力應變變化較為頻繁的高溫部位，此類蠕變裂紋較為常見。從裂紋數量的角度分析，蠕變裂紋的數量并非一成不變，其具體的數量會隨著壓力管道的使用周期出現變化，并且各裂紋之間的連接方式沒有固定的規律，裂紋形式多為無規則，不連續的，在蠕變裂紋的區域還伴有橢圓狀和米粒狀的孔洞[2]。

1.3 應力腐蝕裂紋

在鍋爐、壓力管道的長期使用過程中，會出現應力腐蝕裂紋，此類裂紋的形成過程與壓力管道承受應力和腐蝕介質有關。如鍋爐中的管道會在產生苛性脆化裂紋，管道在高濃度堿水侵蝕下，在管道內壁金屬晶體和晶間產生電位差，進而內部產生微弱電流，形成具有較強腐蝕作用的電解池，進而導致壓力管道內部出現較為明顯的腐蝕性裂紋。此類裂紋的結構較為清晰，一般可分為主裂紋與次裂紋，裂紋的延伸方式一般為由內向外延伸的方式。主裂紋會在應力的影響下，穿過壓力管道晶粒，而次裂紋會在應力的影響下，雖然不會直接穿過管道晶粒，但會順著晶體發展的脈絡形成帶狀裂紋。鍋爐的應力腐蝕裂紋主要出現在汽水管道和集箱管座等應力集中部位。

2 預防鍋爐、壓力管道裂紋問題的具體措施分析

2.1 提高內、外部檢驗質量

首先，檢驗人員在檢查外部組件狀態時，應提前清理，避免內部環境對外部檢驗工作的質量產生影響；其次，在檢驗壓力管道時，檢驗人員應針對壓力管道關鍵部位進行重點檢查，例如焊縫、彎頭、變徑等部位。在檢驗時，檢驗人員應確定此類關鍵位置是否存在腐蝕磨損情況，并全面檢查內外表面是否存在表面裂紋，或裂紋發生明顯擴展的情況。檢驗人員應合理使用檢驗設備，如果檢驗位置裂紋較為明顯，檢驗人員可直接應用手持性放大鏡對裂紋的實際狀態進行檢驗，對小徑管道內壁裂紋情況可以使用工業內窺鏡進行檢驗；如果裂紋的檢驗工作要求較高，檢驗人員可利用無損檢測技術，檢測表面裂紋可以用磁粉或滲透檢測技術，對埋藏性裂紋可以用超聲波或者射線探傷檢測技術[3]。

2.2 提升耐壓測試的靈活性

耐壓試驗是檢驗鍋爐、壓力管道是否滿足強度要求的關鍵試驗，此類試驗的主要目的為檢查受壓元件的強度和嚴密性，并檢查壓力管道連接處的焊縫是否存在裂紋問題。從提升耐壓測試靈活性的角度分析，檢驗人員在檢查壓力管道的實際狀態時，如果并未發現較為明顯的腐蝕現象，可停止后續的無損探傷測試，采用耐壓試驗，進而提升壓力管道裂紋檢驗的效率，并降低檢驗工作的整體成本。對于壓力管道中厚度較小的位置，檢驗人員應對此位置管道的實際狀態進行仔細檢驗，看是否存在裂紋等缺陷，并進行強度計算，分析能否進行耐壓試驗。

2.3 嚴格做好鍋爐、壓力管道的使用管理

首先，在壓力管道安裝初期，檢驗人員就應嚴格審查壓力管道的質量，核查壓力管道的出廠資料；其次，在鍋爐和壓力管道安裝過程中，檢驗人員應按照國家的檢驗技術規范，進行安裝監督檢驗，確保壓力管道安裝過程準確無誤；最后，在使用過程中要保持操作參數穩定，避免出現壓力、溫度頻繁劇烈波動，進行日常檢查和定期維護保養。如果在檢驗壓力管道的裂紋問題時，檢驗人員可以組織專家進行分析，必要時聯系管道設計、安裝、使用人員以及管道生產廠家，共同分析此類裂紋產生的具體原因，分析管道結構、管道材質是否存在缺陷以及管道焊接工藝是否正確，進而在設計、制造、安裝和使用方面降低鍋爐、壓力管道裂紋產生的可能性，從而減少安全隱患，提高經濟效益。

3 結語

總之，本文從分析鍋爐、壓力管道裂紋的具體類別和性質出發，進一步分析了可有效預防此類裂縫問題的具體措施，包括提高內部檢查和外部檢查質量、提升耐壓測試的靈活性以及嚴格做好使用過程的管理。希望可以幫助檢驗人員增加對鍋爐、壓力管道產生裂紋的認識，提高裂紋檢出率，合理選擇具體的裂紋預防措施，進而切實解決鍋爐、壓力管道裂紋檢驗中的各類問題。