鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋問題探究

彭建華

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋問題探究

彭建華

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展帶動(dòng)了工業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，同時(shí)，相關(guān)企業(yè)和單位對(duì)鍋爐壓力容器壓力管道的運(yùn)行要求也在不斷提高。鍋爐壓力容器和壓力管道難免在長期的運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，在實(shí)際生產(chǎn)中，最常見的問題就是裂紋問題。而鍋爐壓力容器壓力管道的裂紋問題對(duì)設(shè)備的保養(yǎng)和使用期限都有一定的不良影響，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致企業(yè)承受一些不必要的損失?？梢?，有效減少裂紋問題和合理解決裂紋問題對(duì)鍋爐壓力容器壓力管道的長期運(yùn)行具有重要意義。本文結(jié)合實(shí)際闡述了鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中的常見裂紋問題并對(duì)其預(yù)防和處理措施進(jìn)行探討。

鍋爐壓力容器；壓力管道；裂紋問題

鍋爐壓力容器壓力管道（如圖1所示）是長時(shí)間在高溫高壓的情況下運(yùn)行的設(shè)備。一旦這些設(shè)備出現(xiàn)裂紋問題，就會(huì)大大提高爆炸發(fā)生的概率，這對(duì)工作人員和企業(yè)經(jīng)濟(jì)都會(huì)造成重大的危害。因此，鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)工作就十分重要。另外，企業(yè)及其工作人員都要重視鍋爐壓力檢驗(yàn)及管理工作。合理及時(shí)地對(duì)鍋爐壓力管道壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)，可以為技術(shù)人員提供實(shí)時(shí)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)裂紋的性質(zhì)、類別和特征進(jìn)行分析和判斷，從而提出有效應(yīng)對(duì)措施并保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

一、鍋爐壓力容器壓力管道的常見裂紋問題

（一）焊接裂紋

通常在鍋爐生產(chǎn)制造過程中容易產(chǎn)生焊接裂紋。現(xiàn)代鍋爐和壓力容器是使用特定的金屬板卷制焊接而成的。因此，在生產(chǎn)制造鍋爐和壓力容器的過程中焊接裂紋是很難避免的。一般來說，這種裂紋是由于高溫作用而產(chǎn)生的熱裂紋。

金屬材料在經(jīng)過較長的焊接冷卻過程之后就會(huì)形成焊接冷裂紋。焊接冷裂紋產(chǎn)生的主要原因是有溶解的氫元素存在于焊接冷卻的金相組織之中。氫的溶解度會(huì)根據(jù)不同的物質(zhì)環(huán)境而不同，在焊縫的金屬開始冷卻的時(shí)候，金相組織中的奧氏體向鐵向體轉(zhuǎn)變，焊縫受到氫元素的影響而聚集，在冷卻的不斷進(jìn)行中，氫裂痕就發(fā)展為焊接冷裂紋。

（二）腐蝕裂紋

部件在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)二者的作用下產(chǎn)生的開裂問題被稱作應(yīng)力腐蝕裂紋。應(yīng)力腐蝕裂紋一般發(fā)生在汽水管道、集箱管座等區(qū)域。奧氏體不銹鋼最容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，特別是在汽水介質(zhì)的情況下即使微小的應(yīng)力作用都很容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。而發(fā)生開裂的原因大多數(shù)為冷加工變形、振動(dòng)和殘余應(yīng)力的作用。應(yīng)力腐蝕裂紋多數(shù)都是與張應(yīng)力成90度直角的，奧氏體不銹鋼的裂紋的形狀多數(shù)為落葉后的樹枝，不僅尾短細(xì)尖，而且具有分支的形態(tài)。一般情況下，火電廠汽水管道應(yīng)力腐蝕開裂多數(shù)在彎管內(nèi)壁中性層區(qū)發(fā)生，這種開裂的發(fā)生多數(shù)是由于腐蝕過程中受到局部腐蝕。這種裂紋一般是在彎管中性層區(qū)發(fā)生且表現(xiàn)為群狀，其延伸多是帶狀沿軸變化的，其裂縫相對(duì)來說長度短開口寬數(shù)量多。從微觀來看，應(yīng)力腐蝕裂紋多表現(xiàn)為“之”字形且具有分支的特點(diǎn)，而且還存在由外表面向內(nèi)擴(kuò)展的特點(diǎn)。

（三）疲勞裂紋

機(jī)械疲勞裂紋大多數(shù)發(fā)生在壓力容器壓力管道表面應(yīng)變相對(duì)集中的地方。一般來說，機(jī)械疲勞裂紋形狀基本為直線形，裂紋剛出現(xiàn)的初期長度較小范圍也較短，隨著時(shí)間的推移，裂紋是隧道式向內(nèi)進(jìn)行變化的。到了裂紋的中間階段，裂紋開始以直線式向前穩(wěn)定擴(kuò)展。到了裂紋的后期階段，裂紋變化的速度不斷增加，甚至有時(shí)會(huì)在部件一側(cè)出現(xiàn)切向擴(kuò)展的情況。隨著機(jī)械疲勞裂紋的發(fā)展，此部位更容易出現(xiàn)腐蝕疲勞裂紋，這兩種疲勞裂紋在發(fā)生部位上具有一定規(guī)律性、特定性，反射應(yīng)力集中部位則都是機(jī)械疲勞裂紋開始的部位，隨著時(shí)間的推移逐漸法陣，在初始階段具有隱秘性和發(fā)展緩慢性特點(diǎn)。

由于對(duì)裂紋有直接影響的因素較多，機(jī)械疲勞裂紋的情況比一般裂紋更加復(fù)雜。機(jī)械疲勞裂紋發(fā)生的地方一般沒有明顯的脆性開裂，裂紋相對(duì)彎曲程度較高。另外，機(jī)械疲勞裂紋的開口較大，且在開口的區(qū)域存在粘結(jié)坑，尾端銳利，但兩側(cè)不存在較大的深度無明顯彎曲。

熱疲勞是指金屬材料經(jīng)過不斷地低于拉伸強(qiáng)度極限的熱交變應(yīng)力的作用下逐漸發(fā)展的瞬間斷裂現(xiàn)象。一般來說，火電廠的噴水減溫器、蒸汽管道的壓力表管座、疏水管座、排汽管管座及汽包、集箱上非保護(hù)性結(jié)構(gòu)管座等構(gòu)件處容易發(fā)生熱疲勞損傷現(xiàn)象。

從宏觀的角度來看，熱疲勞裂紋多數(shù)發(fā)生在部件表面熱應(yīng)變最大的地方。熱疲勞裂紋的起因主要是部件一些部位應(yīng)變相對(duì)集中和連續(xù)性較差。熱疲勞裂紋的初始形態(tài)多數(shù)為一條主裂紋伴隨著多條其他裂紋的情況。高溫蒸汽管道內(nèi)壁產(chǎn)生的熱疲勞裂紋的形態(tài)以網(wǎng)狀分布為主，通常其主裂紋是沿軸發(fā)展的，但也存在由于應(yīng)力太大而使其向四周發(fā)展的情況。熱疲勞裂紋的宏觀形態(tài)多數(shù)表現(xiàn)為寬度較大有細(xì)小缺口，表面有線狀痕跡。

從微觀的角度來看，熱疲勞裂紋的擴(kuò)展跳躍性強(qiáng)，時(shí)而寬時(shí)而窄，時(shí)而出現(xiàn)分支現(xiàn)象，時(shí)而出現(xiàn)二次開裂問題，其變化沒有一定的規(guī)律性。另外，熱疲勞裂紋的擴(kuò)展也是隨著情況不同而不同，在低于蠕變溫度的情況下穿晶擴(kuò)展，在高于蠕變溫度的情況下混合擴(kuò)展。

二、鍋爐壓力容器壓力管道的常見裂紋問題的應(yīng)對(duì)措施

鍋爐壓力容器壓力管道的常見裂紋的預(yù)防和處理問題十分重要，該問題的有效應(yīng)對(duì)措施主要包括以下兩方面：

第一，合理控制設(shè)備的生產(chǎn)原料和制造過程。

在生產(chǎn)進(jìn)行之前，要仔細(xì)檢查和核對(duì)原材料的質(zhì)量是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，做好生產(chǎn)的事前準(zhǔn)備工作。如果發(fā)現(xiàn)其中存在和要求不符的材料要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修正或更換，保證鍋爐壓力容器的基本質(zhì)量。

在生產(chǎn)過程中，要嚴(yán)格對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和制作工藝進(jìn)行把關(guān)，保證其比例和各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)定，鍋爐壓力容器屬于高危設(shè)備，必須保證其安全和穩(wěn)定。另外，相關(guān)人員對(duì)生產(chǎn)技術(shù)和具體程序的相關(guān)細(xì)節(jié)都要進(jìn)行認(rèn)真的審核，從而合理避免不必要的裂紋問題，并保證生產(chǎn)安全。

另外，還要對(duì)相關(guān)工作人員的技術(shù)水平進(jìn)行嚴(yán)格要求，因?yàn)槠洳僮鞯恼_與否直接關(guān)系著鍋爐壓力容器壓力管道的裂紋問題發(fā)生的概率。同時(shí)，相關(guān)操作人員需努力提高其技術(shù)水平并嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作，從而有效防治裂紋問題的產(chǎn)生和發(fā)展。

第二，設(shè)置合理質(zhì)量檢驗(yàn)程序并做好原材料和設(shè)備的檢驗(yàn)工作。

鍋爐壓力容器已經(jīng)成為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)和人民生活必不可少的設(shè)備。由于其存在一定的危險(xiǎn)性，因此，在實(shí)際的生產(chǎn)生活使用中，對(duì)于其安全隱患問題一定要引起高度重視。而做好企業(yè)原材料和設(shè)備的檢驗(yàn)工作并設(shè)置合理的質(zhì)量檢驗(yàn)程序?qū)τ诮档推湮ｋU(xiǎn)性保障人們生產(chǎn)生活的安全具有十分重要的意義。

在鍋爐壓力容器壓力管道的實(shí)際制造過程中，需根據(jù)其具體的質(zhì)量檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)和要求來進(jìn)行，主要檢驗(yàn)對(duì)象有：原材料、實(shí)際生產(chǎn)過程以及壓力管道產(chǎn)品等。鍋爐壓力容器壓力管道原材料的質(zhì)量過關(guān)與否直接關(guān)系著鍋爐壓力容器壓力管道的成品是否能夠達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)是最重要的基本工作。同時(shí)，在原材料質(zhì)量得到保證的基礎(chǔ)上有效合理地對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是保證最終設(shè)備質(zhì)量的第二個(gè)重要程序。生產(chǎn)制造過程的質(zhì)量檢驗(yàn)需要從細(xì)節(jié)處進(jìn)行關(guān)注，因此，這就需要合理設(shè)置質(zhì)量檢驗(yàn)的相關(guān)程序。合理設(shè)置質(zhì)量檢驗(yàn)的具體程序可以從最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)開始控制和避免裂紋問題的產(chǎn)生和發(fā)展。另外，在實(shí)際過程中，還要對(duì)相關(guān)的質(zhì)量檢驗(yàn)人員的具體操作根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)范性要求。

結(jié)語

本文對(duì)鍋爐壓力容器壓力管道的常見裂紋問題進(jìn)行了具體闡述，并對(duì)如何預(yù)防和處理鍋爐壓力容器壓力管道的常見裂紋問題進(jìn)行了分析和探討。鍋爐壓力容器壓力管道在我國工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際生活中的應(yīng)用范圍越來越廣，因此，做好鍋爐壓力容器壓力管道的常見裂紋問題的防治工作是十分重要的。在今后的生產(chǎn)生活中，相關(guān)企業(yè)和工作人員仍需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)鍋爐壓力容器壓力管道裂紋的預(yù)防和管理。

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