鍋爐和壓力容器及壓力管道檢驗中裂紋問題分析

錢冰，張樹川，姚新寬

淄博市特種設備檢驗研究院，山東淄博，255000

0 引言

鍋爐和壓力容器是一種在工業和民生領域得到廣泛應用的承壓設備，這些設備在安全方面有著嚴格且特殊的要求。為確保此類設備的安全運行，國家對其在設計、制造、安裝和使用等環節上均制定了嚴格的標準。鍋爐、壓力容器以及壓力管道在使用過程當中會長期處于高溫、高壓的環境中，惡劣的運行環境就會造成其出現裂縫，而以上設備出現裂紋時會增加其發生爆炸的概率，最終可能造成人員傷亡和財產損失[1]。因此需要對鍋爐、壓力容器以及壓力管道進行較為全面細致的檢查，并應及時對檢查出來的裂紋進行相應的處理。本文將對鍋爐、壓力容器及壓力管道裂紋的檢查和處理技術的應用要點展開分析。

1 鍋爐和壓力容器及壓力管道的特點

鍋爐是利用電力、各類燃料或其他能源加熱所裝載的液體，使其達到一定參數的密封裝置，在加熱過程中其會承載一定壓力。壓力容器可盛裝氣體或者液體，并承載一定壓力，其用途非常廣泛，在軍工、民用、工業方面及科研領域都有重要的地位和作用，但在石油和化學工業領域使用最多。通常情況下，壓力容器可帶加熱功能或不帶加熱功能。壓力管道是指利用一定壓力輸送氣體或液體的特種設備，其所承載壓力通常大于或等于0.1MPa。鍋爐和壓力容器及壓力管道在運行和使用過程中均需承載一定的壓力，并常在高溫高壓環境下運行，設備如果出現裂紋就會造成安全事故，嚴重時甚至會引發人員傷亡與財產損失，因此為了確保這些設備的安全運行，就需要專業人員按照國家的相關標準對裂紋進行檢驗和處理[2]。

2 鍋爐和壓力容器及壓力管道出現裂紋的種類

2.1 應力腐蝕性裂紋

鍋爐和壓力容器及壓力管道長時間處于應力和腐蝕性物質的作用下時，會出現樹狀裂紋，該類裂紋多見于鍋爐汽水管道中。研究表明，管道內熱水介質受到一定壓力的作用會持續性地定向流動，且經過長期運行會給管道內部造成腐蝕作用，管道的強度就會隨著熱水的腐蝕及管道內的壓力影響而下降，當管道強度下降到臨界值時就會出現變形的情況，而隨著管道外表面受到的壓力值超過該區域的應力極限時，管道就會出現應力腐蝕性裂紋。

2.2 疲勞裂紋

疲勞裂紋是鍋爐和壓力容器以及壓力管道損壞中的常見損傷，裂紋在開始階段較小，發展到中后期時就會越來越大。疲勞裂紋主要分為以下三種：①機械疲勞裂紋，主要出現在鍋爐輔助系統的傳動配件中；②熱疲勞裂紋，主要是由于外部應力大于鍋爐和壓力容器及壓力管道的拉伸強度且反復作用于該部位，從而產生裂紋；③腐蝕疲勞裂紋，是指鍋爐和壓力容器及壓力管道出現的裂紋損傷，隨著時間的推移管道受到腐蝕的程度隨之擴大而產生的裂紋[3]。

2.3 過熱過冷裂紋

鍋爐和壓力容器以及壓力管道的主要制成材料為金屬，在其制作和安裝過程當中需要經過多道工藝技術，而由于有些材料結構復雜，在此過程當中就會出現裂紋。如在焊接過程中，由于焊接時間過長或焊接工藝的問題，就會形成焊接裂縫；若焊接縫冷卻時間過長，就會形成冷裂縫。

2.4 結構性應力裂縫

鍋爐和壓力容器及壓力管道會根據設計和使用需求，向著大型化、精密化、復雜化的方向發展，因此會大量應用“工”字型和“人”字型的工藝結構。由于該工藝結構的制造與安裝要求比較高，在現場安裝過程中為保障設備整體結構的穩定性，各個構件之間就會產生相互的應力作用，而隨著設備使用時間的增加，在結構件之間的應力維持不變的情況下，管道逐漸老化，會產生結構性應力裂紋。此種類型裂紋的產生會受到設計方法、焊接工藝、材料選擇等多方面因素的影響[4]。

2.5 蠕變裂紋

在鍋爐和壓力容器以及壓力管道使用的過程當中，會受到溫度、壓力和應力因素的影響，在冷熱交替的過程當中產生的非彈性應變不能恢復，在降溫過程當中產生拉應力且超過金屬的拉伸強度的極限值，經過長期的反復作用造成蠕變裂紋。此種類型的裂紋會隨著設備使用時間的增加而呈現出向外擴張的狀態。

3 鍋爐和壓力容器及壓力管道裂紋的檢驗方法和內容

3.1 檢驗內容

鍋爐和壓力容器及壓力管道裂紋的檢驗內容如下：①注意設備的基本狀態和所處的運行環境，并對壓力管道的形狀、安裝和維修信息進行綜合評估，準確判斷壓力管道是否需要進行更換；②注意設備在運行狀態下管道內溫度和壓力的變化情況，當出現裂紋時，設備的運行溫度和壓力就會出現明顯變化，同時也會對設備運行產生影響，因此需要對設備進行定期檢查[5]。當設備處于停運狀態時，再次開啟前需要專業的工作人員進行整體排查，以避免造成安全事故。

3.2 檢驗方法

鍋爐和壓力容器以及壓力管道裂紋的校驗方法如下：①外部檢驗，該方法主要是對設備的外觀結構形態進行檢查，檢驗人員在此過程中可以使用相關設備來進行數據信息的采集，便于后期用于數據分析，如采集設備的安全控制系統是否正常運行及日常保養情況方面的數據信息。②內部檢驗，該方法主要是在確保設備停止運行的狀態下，按照政府部門公布的行業檢查標準，按照規定及規范進行操作，逐步對設備的每個部位進行排查，且重點關注以前檢查中發現問題的部位，并參照設備日常運行記錄對可能出現的問題進行檢查。檢查前，檢驗人員要根據現場設備的實際情況制定出完整、詳細的檢查方案，保證排除可能導致安全事故發生的隱患。③水壓檢測，該方法主要是以水為介質向管道內施加規定范圍內的壓力，從而通過水的特性檢測管道的嚴密性，同時也能夠檢測出設備是否能夠承受其理論壓力值[6]。通過以上方法能夠及時發現裂紋和設備運行時的故障點，并采取相應的解決措施。

4 鍋爐和壓力容器及壓力管道裂紋的探測技術

4.1 超聲波檢測技術

超聲波檢測是一種廣泛應用于探測金屬內部缺陷的技術，在對鍋爐和壓力容器以及壓力管道進行檢測時，運用專業儀器向被檢查的設備發射超聲波，并通過探頭接收反射波的同時在圖像顯示設備中進行呈現。通過該項探測技術，檢測人員能夠更加直觀地判斷和評估出裂紋的狀態，同時還能得到裂紋的準確位置，以便后期進行處理。

4.2 滲透檢測技術

滲透檢測是一種使用毛細管原理的技術，其應用于非疏孔性金屬或者非金屬零部件的開口缺陷的檢測，具有操作簡單、顯示直觀、容易判斷的特點，但該技術同時也會使被檢測設備表面受到污染。

4.3 磁粉檢測技術

磁粉檢測是一種使用磁粉進行設備探傷的技術，主要應用于碳鋼類材料的表面或近表面缺陷的檢測，其操作方便，不污染被檢測設備，同時還能得到裂紋的缺陷大小和準確位置，以便后期進行處理。

5 鍋爐和壓力容器以及壓力管道裂紋的防治措施

5.1 加強質量管理和檢測水平

在鍋爐和壓力容器以及壓力管道的制造、安裝過程當中，由于相關管理和檢測制度落后，落實不到位，從而造成材料質量和制作工藝不過關，導致設備出現裂紋。因此在日常工作當中需加強材料的監管力度，要嚴格落實特種設備的相關管理規定，對原材料從采購、入庫、領用形成一個完整的監管體系，對一些有特殊要求的材料必須按照要求進行相關實驗，確保原材料和產品的質量及使用壽命。

5.2 對產品的結構工藝進行優化

在日常工作中對鍋爐和壓力容器及壓力管道產生裂紋的主要原因進行總結和分析，以便在以后的生產和安裝過程當中有效減少裂紋的產生，主要方法如下：①在產品設計時盡量減少不連續結構，從而有效減少應力的產生，并在需要焊接工藝的位置，選用材料和介質相容性好的進行焊接，以提升焊接的成功率；②要根據產品使用需求設計合理的焊接、制造和安裝方案，從而有效減少結構性應力的產生；③在設備安裝過程中需做好連接和加固工藝，保障產品相關部位的穩定性，從而有效避免因為外部結構的缺陷而導致設備產生裂紋。

5.3 確保鍋爐和壓力容器以及壓力管道的運行狀態

鍋爐和壓力容器以及壓力管道在使用過程當中產生裂紋，其很大原因就是長期的超負荷使用，這就需要在使用設備或管道時盡可能地使其處于正常平衡的狀態，減少管道壓力、冷熱交替以及頻繁地開停機，在必要時候需要增加緩沖裝置，保證各環節符合標準，最大程度地降低鍋爐和壓力容器及管道承受的疲勞度。因此，在實際操作中，應控制好關鍵步驟，如啟動、停車、運行，保證各設備管道處于穩定狀態。

5.4 定期開展檢驗、加強檢修維護

鍋爐和壓力容器以及壓力管道在工業生產當中應用的頻率較高，強度比較大，因而需要定期開展檢修、維護，對設備、管道制定針對性的檢修及維護方法，對可能產生的裂紋進行重點檢查，確保安全。利用成熟的檢測方法進行檢測。在檢驗中或維修時，對可能會存在的危險因素進行分析，并及時處理。對表面裂紋可通過打磨來消除，對較深的裂紋需要先打止裂孔再進行打磨消除。若難以消除多層壓力容器產生的裂紋缺陷時，可利用有限計算方法進行核檢。總之，針對裂紋設備及壓力管道，應做好檢修維護管理，明確維護細節，及時發現和處理問題，降低安全隱患[8-9]。

5.5 加強鍋爐運行過程中的安全管理

管道的制造材料是影響鍋爐性能與安全的關鍵，因而，為確保鍋爐的安全、穩定、長遠運行，需要對鍋爐使用企業進行全方位調研，選擇合適的鍋爐管道制造材料。從長久發展的情況來看，市場可被選擇的鍋爐安裝材料品類繁多，為了能選擇合適的材料，就需要鍋爐使用企業安排專職人員分析對比各種材料的優缺點，而后根據工程需求選擇適合的安裝材料。為了確保材料的長期供應，鍋爐企業可以與材料供應商形成長期合作關系，簽訂合作協議，明確雙方責任，確保鍋爐生產所使用的材料符合要求[10-11]。

5.6 提高相關人員對鍋爐壓力管道的操作能力

為確保鍋爐和壓力容器及壓力管道的安全平穩運行，鍋爐的安全管理部門在選派鍋爐運行管理人員時，必須設定嚴苛的從業人員錄取標準，只有滿足標準的人員才能夠進入鍋爐運行管理現場。選聘好人員后，必須確保所有鍋爐運行管理人員持證上崗，且在選派人員正式上崗之前，必須對其展開崗前培訓，使其能夠較為全面地了解鍋爐的基本操作規范與操作要求。在日常的鍋爐維護運行中，相關人員需要在提升熱量轉化效率的基礎上，采取積極的安全措施來確保鍋爐使用操作的安全與穩定。在鍋爐日常運行管理當中，企業要特別注重利用先進技術手段來提高鍋爐運行的穩定性，并通過先進技術設備和檢測手段確保鍋爐的壓力管道處于一種良好的運行狀態。

6 結語

綜上所述，鍋爐和壓力容器及壓力管道裂紋是設備運行過程當中十分常見的一種問題，其在設備運行的各環節都存在，鍋爐和壓力容器及壓力管道出現裂紋將會嚴重威脅到設備的安全、穩定運行以及人員安全，甚至會造成財產損失。為確保鍋爐的穩定運行，需要相關人員加強對鍋爐和壓力容器及壓力管道裂紋檢驗的重視，運用科學檢驗手段及時發現、提前預防、優化處理設備運行中的裂紋，為我國企業的發展提供支持。