鍋爐壓力容器裂紋的形成原因及預防措施探索

章捷

（江西省檢驗檢測認證總院特種設備檢驗檢測研究院南昌檢測分院，江西 南昌 330000）

1 鍋爐壓力容器定期檢驗以及維護的意義

鍋爐壓力容器通常用于裝卸和搬運腐蝕介質，比如，無水氟化氫，但其內筒體很容易出現被熱腐蝕以及筒壁保護層厚度減薄的狀況，特別是內筒節距的連接焊縫以及熱感應區，作為鍋爐壓力容器內最脆弱的位置，也最易產生裂紋等問題，嚴重危害了鍋爐壓力容器的安全運轉。當鍋爐壓力容器內出現裂紋的時候，可能發生危險介質泄漏的情形，并且在高壓的影響下會發生爆炸的惡性事故。因此，必須定時對其進行檢驗、維修等工作，以防止給我國工業資源帶來經濟損失，給周圍人的生命財產安全和大氣環境帶來無法挽回的重大破壞。

2 鍋爐壓力容器的常見裂紋種類以及產生原因

2.1 應力腐蝕裂紋

應力腐蝕裂紋的形成一般是由于材料應力與腐蝕介質一起發生作用的結果，腐蝕介質一般為含量很大的強堿水。這種裂紋大多形成在高壓鍋爐設備的汽水管和集裝箱管座上。這種結構在觸及堿水后，由于堿水的侵蝕性導致金屬材料的微觀世界形成了化學變異，也就是說，在金屬材料顆粒內部和邊界之間形成電位差，從而使兩者之間形成了微弱的電流，而這種輸出電壓引起了金屬材料內部結構形成裂紋。通過使用顯微技術觀測裂紋，我們可以看到，裂紋一般有主裂紋以及次裂紋，而且主裂紋的發展是直接通過金屬材料顆粒內部，次裂紋的發展則是通過金屬材料顆粒邊緣，呈現輻射形。與此同時，最容易形成此類裂紋的材質為奧氏體不銹鋼，在水汽情況下受金屬材料內部應力影響即可形成，因此，裂紋結構呈現樹枝形。

2.2 疲勞裂紋

疲勞裂紋主要是在鍋爐壓力容器等壓力管道試驗中經常會出現的裂紋現象之一，通常出現在應力比較集中的裝置上，而這些裂紋現象剛開始時相對細小，中后期則繼續擴大并蔓延。疲勞裂紋通常分為3個類型，分別為機械疲勞裂紋、熱疲勞裂紋以及腐蝕疲勞裂紋。機械疲勞裂紋的最典型部件為齒輪、葉片、輔助旋轉裝置等機械零部件，其裂紋一般都是來自機械表面，為直線形。從剛開始的較小，慢慢地向后延伸，直到最后連成一段細長的裂紋并穩定擴展。這些裂紋的來源，通常是在材質瑕疵地區，經過機械加工形成的刀痕處、連接處、尖角處、有小孔的地方。

熱疲勞裂紋的形成，就是在降低了拉伸強度的情況下，應力反復作用于金屬而逐漸發生的裂紋。腐蝕疲勞裂紋就是在已發生的熱疲勞裂紋的基礎上形成的，和機械腐蝕裂紋的特性一樣，它也是熱應力與腐蝕性介質共同作用的產物。這種裂紋通常是穿晶裂紋，隨著時間的流逝，裂紋會越來越大，鍋爐壓力容器的壓力管路內部容易產生侵蝕坑。并且它主要產生于汽包管座以及集箱管座等位置，這種器件既能觸及腐蝕介質，也能夠承受機械振動所引起的應力影響，以滿足腐蝕疲勞裂紋所產生的要求。

2.3 過熱過冷裂紋

鍋爐壓力容器壓力管道的制造材料主要為金屬片，金屬片在生產過程中要進行焊接、熱軋、淬火等工藝流程，各道工序的溫度控制會有所變化，溫度過冷或者是太熱都容易導致金屬鋼板出現裂紋。加熱溫度過高則會引起金屬晶體氧化物或熔融產生過燒裂紋，而當加熱溫度超過了金屬材料的臨界溫度時，也會產生過熱探測裂紋，而當受熱后進隨行長時間冷卻則會產生過太冷裂紋。形成時間較長的冷卻裂紋具有一定隱蔽性，一般無法被檢測到，但因為過熱探測的裂紋在金屬氧化物或熔融晶體內部迅速傳播，過燒的金屬材料也無法經受加熱變化，所以這些裂紋對鍋爐等承壓裝置帶來了很大風險。

2.4 蠕變裂紋

蠕變裂紋的產生來自環境溫度的改變以及應力的影響。隨著運行期限的增長，鍋爐壓力容器壓力管線會受到破壞而產生蠕變裂紋。這些裂紋的產生部位有管線和集箱應力聚集的地方和過熱發脹的管線外表等，并且部件會發生變質、材料被破壞，最終相互脫離。蠕變裂紋會發展形成一條裂紋帶，主裂紋處于中心位置，而兩邊也會平行散布著大量裂紋。產生蠕變裂紋的損傷區域上有數量不等的小孔，這些孔洞沒有規律地連接起來，而且形態一般表現出米粒狀或橢圓形，并且蠕變裂紋的延伸走向是沿著晶體邊緣的。

3 控制鍋爐壓力容器裂紋產生的預防措施

在現代社會中，鍋爐壓力容器成了工業中必不可少的器材。鍋爐壓力容器在運用的過程中經常出現裂紋情況，在解決鍋爐壓力容器裂紋情況后，最合理的方法就是早發現、快解決，以確保鍋爐壓力容器的正常安全運作，把安全隱患風險減少至最小化。

3.1 優化質量檢驗流程與方案

檢驗鍋爐壓力容器時，建立完備的實施方案和檢驗程序，從而有效控制裂紋問題，并完成對各種材質的有效檢驗，顯著提高各種材質的使用合理性，使鍋爐壓力容器產品的質量符合設計規定是十分有必要的。設備檢驗和原材料檢測都有著意義重大的影響，能夠為解決整個檢驗流程中出現的各種問題都帶來了方便。首先，做好在鍋爐壓力容器檢驗流程中的梳理工作，認真核對全部的材質和零件，深入研究每一細節，嚴格規范檢測裝置制造工作的全過程，把裂紋的出現概率限制在最小化內。

3.2 定期檢驗鍋爐壓力容器裂紋產生

在檢查鍋爐壓力容器的時候，常常采用的檢查方式包括滲透檢測法、磁粉檢測法、超聲波聚焦檢測法以及射線檢測法等，最直接的優點就是使用簡單、檢驗技能熟練和一目了然。檢測石油化工設備容器和燃油、天然氣容器之間的裂紋時，最常用的檢驗方式就是超聲波聚焦檢測法，在大中型的鍋爐壓力容器裂紋檢驗中，同樣可以起到積極效果。采用超聲聚焦式測試法中，將探測器模塊按環向一致地定在容器材料上，并通過超聲波模式順著容器材料壁方向發出低頻超聲，當容器材料壁厚薄變化的情況下，在產生相應比例的能量波及并對探測器反射后，達到了對同期不連續性的有效探測，并根據容器材料壁的厚薄判斷裂紋情況。與此同時，在安裝探頭組件時，容器的整體部分被完全包裹，與常規的超聲探測方法進行對比，超聲波聚焦檢測法的使用性價比很高。

3.3 合理控制鍋爐壓力容器質量

在制造鍋爐壓力容器制品時，生產企業的質量技術主管部門必須對設計資料進行嚴格審核、檢查，以保證所有的設計、制造工藝流程都符合國家有關生產規范的標準。同時，有關技術人員也要仔細審核設計鍋爐壓力容器的資料，并適時替換不滿足生產要求的設計、制造資料，以顯著提高鍋爐壓力容器的質量。在制作鍋爐壓力容器的生產工藝中，企業要采用最有效的預防措施保證原材料和生產工藝的產品質量，從而提高鍋爐壓力容器的整體質量。在監督檢查整個生產流程中，監察人員要全面、仔細地審核每個環節，嚴肅檢查每個環節，從細小之處入手把握整個生產流程，保證每個環節的產品質量能達到有關規范要求，把鍋爐壓力容器在生產過程中由于技術問題產生的裂紋現象限制在最小限度內。當然，制作人員也要嚴格遵循有關設計生產規范和管理程序，保質保量地完成各種作業要求，盡可能減少人為因素導致的質量風險。

3.4 完善鍋爐壓力容器質檢系統

鍋爐壓力容器屬承壓類特種設備領域，因此可以建立完備的鍋爐壓力容器質檢系統，通過不斷提高鍋爐壓力容器的質量和質檢工作效率，進一步搞好對鍋爐壓力容器的質檢工作，將鍋爐壓力容器裂紋的出現概率減至最低。同時，在對鍋爐壓力容器的全部制造流程中，也一直將質量監督檢驗工作放在了核心地位，認真檢驗所制造商品的原材料質量以及最后的成型質量。因為鍋爐壓力容器制造的主體要素為原材料，所以鍋爐壓力容器的質量直接受原材料質量的影響，因此，為了遏制鍋爐壓力容器產品的裂紋問題，就應當從嚴地把控原材料的質量，為鍋爐壓力容器質量的改善做好了充足準備工作。

3.5 提升工作人員的綜合素質

對鍋爐壓力容器實施檢測的過程中，質檢人員、監督人員等工作人員扮演著關鍵而無法取代的角色，因此，需要所有工作人員具有過硬的專業技術與行業整體素養。檢測鍋爐壓力容器前，工作人員必須按照所測技術的有關標準和規范，對每項必檢工作和鍋爐壓力容器上的必檢部位進行認真檢查，出現問題的時候，應按照有關規范的要求采用切實可行的解決方法排除故障，確保鍋爐壓力容器整個壽命周期內的安全使用。首先，檢測單位必須公平地錄用工作人員，并按照國家標準的有關規定和一定的硬性要求錄用人員，每個工作人員都必須具有較強的安全操作技能，并需要達到一定程度的技術理論知識程度。其次，進一步增強工作者的使命感，在檢測鍋爐壓力容器之前，必須嚴格按照有關規定和標準開展檢測工作，認真仔細完成有關標準要求的每一必檢事項，不放過每一可能危及裝置安全的小問題，把有關的檢測資料全部錄入完整，以確保檢驗項目達到了良好的實際效果。

3.6 強化檢驗檢測機構的安全管理

為了進一步提高鍋爐壓力容器在生產中的質量安全，檢驗檢測機構必須全面落實對鍋爐壓力容器的質量監督檢查制度與定期檢驗工作責任制，使人們的生命財產安全有所保證。首先，提高檢驗工作人員的自身責任意識，在檢驗工作組織系統內更多進行檢查業務活動，讓每個人參與檢查鍋爐壓力容器的工作人員都可以深切體會到工作職責的重要性，從而高度重視檢測工作，為安全管理工作提供有利條件。其次，檢驗檢測機構需建立健全產品質量監督系統，如及時給使用方下發檢查意見的通知單，對設備瑕疵如能及時修復，責成或督促其在限期內進行修復工作，從而提高鍋爐溫度及壓力容器的安全與穩定性。最后，檢驗檢測人員在檢查鍋爐壓力容器中遇到的問題，應及時把問題情況翔實記錄下來，把情況分享到檢測人員的公眾平臺上進行溝通，將責任落實到個人，促使全體檢測人員積極參與交流，更加精準地對問題認定，幫助全體檢測人員尤其是青年檢測人員提高知識儲備，增強其對問題情況的認識，為今后進一步確保鍋爐壓力容器的檢測品質打好基礎。

4 質保體系的建立

質保體系的建立，不但要保證基礎原料利用方法的合理性，而且還要保證對實現工業鍋爐壓力容器生產的每一階段高質量完成，想方設法地保障生產過程中的產品質量，對最基礎原料的品質提出嚴格要求。由于基礎原料不但會影響工業鍋爐壓力容器制造后成型的質量，而且還會降低鍋爐壓力容器的運行參數，影響設備在使用過程中的使用效果，所以首先要保證好最基礎的原料品質，正確使用材料，保證生產過程中的順利進行。因此，要想在真正程度上保證鍋爐壓力容器的制造品質，避免裂紋的產生，就必須從工藝上入手，不但要依靠嚴格的程序來制造鍋爐壓力容器，還要嚴密地管理在生產過程中的損失，以避免在產品質量方面產生的損失。在生產中必須仔細地審查圖紙，按照圖紙具體制定某些設備的生產方案。

在制造流程中，工作人員也應嚴格執行工藝的要求，防止操作失誤的出現。而且在鍋爐壓力容器的制造過程中也應遵守相關的規章制度，從而為產品的質量提供保障，確保工藝流程的合理運行。

5 結語

在我國經濟發展速度的不斷加快中，鍋爐壓力容器在工業生產領域的使用也日益廣泛，并且其保有量也在逐漸增加，同時鍋爐壓力容器的安全性運行也成為不能忽略的重要問題，而裂紋問題也是鍋爐壓力容器最普遍的問題之一。鍋爐壓力容器若發生嚴重裂紋，將會給機械設備的正常運行使用帶來很大的安全隱患，甚至會引發大量的安全生產事件。因此，鍋爐壓力容器的生產廠和質量檢驗檢測機構，都應該嚴格地依據有關技術標準和國家規范，認真負責地做好每項工作，并建立健全質量監督機制，使鍋爐壓力容器在出廠及使用周期內出現的嚴重問題及其裂紋等狀況減至最低，從而最大限度地保證鍋爐壓力容器安全生產工作順利進行，為人們的生命安全以及財產安全提供保障。