動力管道裂紋問題探究

李 強(qiáng)

新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院 新疆 烏魯木齊 830000

鍋爐在我國現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，它是通過燃料燃燒產(chǎn)生蒸汽，用于發(fā)電、換熱、提供動力等。動力管道是指火力發(fā)電廠用于輸送蒸汽、汽水兩相介質(zhì)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(xiàn)許多問題，如果不進(jìn)行及時檢修和維護(hù)，容易使得鍋爐及其動力管道受損，也會對現(xiàn)場操作員的人身安全造成威脅，同時也會讓發(fā)電企業(yè)受到極大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能會引發(fā)嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，并產(chǎn)生惡劣的社會影響。

一、動力管道定期檢驗的內(nèi)容與方法

(一)準(zhǔn)備工作。對動力管道進(jìn)行定期檢驗時，前期的準(zhǔn)備工作至關(guān)重要。第一，應(yīng)從動力管道的設(shè)計和安裝等角度對其基本情況進(jìn)行了解和掌握。第二，應(yīng)觀察動力管道應(yīng)用的具體環(huán)境，分析其可能潛在的問題，以及其可能引發(fā)的破壞形式。第三，應(yīng)收集動力管道的相關(guān)文件，根據(jù)文件中說明的情況，把握動力管道的材質(zhì)、性能等，為后續(xù)的具體檢驗工作奠基。總之，準(zhǔn)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(jìn)行預(yù)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(jìn)行檢驗。主要的檢驗內(nèi)容包括管道結(jié)構(gòu)、隔熱層、焊接接頭、表面狀況等方面。具體檢驗中，應(yīng)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(xiàn)形變的情況等。宏觀檢驗是動力管道定期檢驗的重要環(huán)節(jié)，檢驗人員不應(yīng)對任何細(xì)節(jié)產(chǎn)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(zhì)和壁厚檢驗。在進(jìn)行材質(zhì)的檢驗時，如果存在材質(zhì)不明的情況，可以利用光譜分析儀、現(xiàn)場金相等方式進(jìn)行檢驗，應(yīng)確保該部分檢驗的準(zhǔn)確性，不可疏忽大意。在材質(zhì)的檢驗中，應(yīng)根據(jù)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(yè)，有否出現(xiàn)疲勞破壞的情況，是否存在材質(zhì)劣化、材料蠕變損傷、組織老化等等。在壁厚檢驗時，應(yīng)對壁厚進(jìn)行準(zhǔn)確測量，通過測量數(shù)據(jù)明確動力管道是否存在腐蝕情況，可根據(jù)數(shù)據(jù)判定其可繼續(xù)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(xù)維護(hù)和維修工作提供了參考信息。

(四)無損檢測。根據(jù)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(guī)范要求，進(jìn)行100%檢驗或者按照比例抽查，如果發(fā)現(xiàn)裂紋等影響管道運行的缺陷，應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大檢測比例，并按照各自檢測方法進(jìn)行評級，具體方法可參照NB/T47013具體章節(jié)評定。

二、裂紋種類

目前動力管道產(chǎn)生的裂紋，根據(jù)產(chǎn)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(guān)鍵因素是溫度，過熱裂紋在材料表面表現(xiàn)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(kuò)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(wǎng)絡(luò)，一般在鑄造鍋爐設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)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(jī)械疲勞裂紋。機(jī)械疲勞裂紋會出現(xiàn)在鍋爐的輔助設(shè)備、軸承的位置，鍋爐機(jī)械應(yīng)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(tài)下，機(jī)械疲勞裂紋會逐漸拓展到鍋爐內(nèi)部的壓力管道，如果發(fā)現(xiàn)時內(nèi)部裂紋已經(jīng)成型但仍然繼續(xù)使用，只會讓裂紋的增加速度加快，最終導(dǎo)致整個壓力管道破裂。

(三)應(yīng)力腐蝕裂紋。應(yīng)力腐蝕裂紋一般出現(xiàn)在內(nèi)部應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)中或管道外部，這種裂紋的出現(xiàn)一般屬于垂直性，其應(yīng)力來自于外界載荷，如果長期處于高強(qiáng)度載荷條件下，再加上管道內(nèi)部一直在運作的水汽循環(huán)，很會讓管道的彎折程度遭到加重。當(dāng)接觸到某一定點載荷時，很可能導(dǎo)致管道變形。如果管道材料突破極限就會出現(xiàn)一個裂紋。此外，當(dāng)鍋爐壓力管道在長期使用期間，由于內(nèi)部流體壓力等各個因素都會容易造成管道發(fā)生形變，那么內(nèi)部熱水就會出現(xiàn)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(xiàn)在金屬管道的部分區(qū)域出現(xiàn)拉升或彎折情況時，且到達(dá)內(nèi)部應(yīng)力極限后就會出現(xiàn)這種裂紋的情況，這種裂紋經(jīng)常出現(xiàn)在鍋爐的管道壓力表、減溫排氣管等設(shè)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(chuàng)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(nèi)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(zhì)上和機(jī)械疲勞裂紋有明顯的區(qū)別，腐蝕疲勞裂紋一般出現(xiàn)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(xiàn)許多腐蝕物會對管道的金屬質(zhì)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(jī)械疲勞裂紋的存在就會出現(xiàn)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(nèi)部管道環(huán)境受到污染。腐蝕疲勞裂紋比較細(xì)小，且出現(xiàn)的區(qū)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(shù)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(yīng)力和溫度等，當(dāng)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(jìn)行分布，蠕變裂紋主要形成的區(qū)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(guī)則，連接也沒有規(guī)律可言，一般呈現(xiàn)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(jī)組管理人員必須同組裝方案上的要求一致來進(jìn)行工程設(shè)計，控制好鍋爐各關(guān)鍵設(shè)備連接的可靠性及穩(wěn)定性，如此才能避免壓力事故發(fā)生；第二，鍋爐管理人員還要根據(jù)設(shè)備部件的操作需求制定詳細(xì)的操作流程，保障鍋爐使用人員在進(jìn)行設(shè)備調(diào)控時認(rèn)真負(fù)責(zé)，嚴(yán)格按照操作手冊開展工作，同時也能減少事故出現(xiàn)的頻率；第三，為了盡量防止出現(xiàn)違規(guī)操作的情況，鍋爐管理人員還要對設(shè)備運行場所進(jìn)行實時監(jiān)控，保障鍋爐體系在使用過程中處于透明監(jiān)督的范圍中，并且通過監(jiān)控系統(tǒng)還能及時發(fā)現(xiàn)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(xiàn)的裂紋風(fēng)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(jiān)測和監(jiān)控，且監(jiān)督管理平臺必須嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)控工作。另外還要通過有效的技術(shù)來補償動力管道的操作危險性，結(jié)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(huán)節(jié)的問題導(dǎo)致的，所以在動力管道全壽命周期內(nèi)的各個過程中必須嚴(yán)格按照國家法律法規(guī)、部門規(guī)章以及廠內(nèi)操作規(guī)章制度來進(jìn)行。

(二)原材料質(zhì)量控制。鍋爐系統(tǒng)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(jìn)場環(huán)節(jié)100%原材料復(fù)驗合格，保證各種焊接工藝上的穩(wěn)定性，確保制作工藝參數(shù)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(jìn)行檢驗檢測，進(jìn)一步減少動力管道投入使用后出現(xiàn)安全隱患。

(三)檢驗工作質(zhì)量控制。在實際檢驗工作進(jìn)行時，檢驗人員應(yīng)充分認(rèn)識到檢驗工作的重要性，一方面關(guān)系到企業(yè)利益，另一方面也關(guān)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(guān)系企業(yè)與員工切身利益的工作。檢驗人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況進(jìn)行合理的檢驗，結(jié)合自身的專業(yè)知識，嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對動力管道進(jìn)行全方位的檢驗。一旦發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時記錄并盡快提供解決方案，避免小問題的惡性發(fā)展。

結(jié)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(zhì)量控制、檢驗工作質(zhì)量的控制，不但能夠確保管道在運轉(zhuǎn)過程中的安全性和穩(wěn)定性，還能提管道運行質(zhì)量，減少事故發(fā)生。所以，工程技術(shù)人員應(yīng)對動力管道進(jìn)行全過程質(zhì)量控制，及時發(fā)現(xiàn)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(yè)的生產(chǎn)效率也將得到提高，進(jìn)而可為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。