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(shè)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(yīng)力腐蝕裂紋等，但不管是何種裂紋，均會對鍋爐、壓力管道產(chǎn)生安全隱患，進(jìn)而影響鍋爐、壓力管道的正常運(yùn)行。檢驗人員在檢驗發(fā)現(xiàn)裂紋時，應(yīng)具有整體意識，綜合考慮，要以提升鍋爐管道整體運(yùn)行穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，排除裂紋安全隱患，必要時進(jìn)行合于使用評價，并針對此類問題提出合理有效的安全預(yù)防措施，提升鍋爐、壓力管道運(yùn)行的安全性和使用壽命[1]。

1 鍋爐、壓力管道裂紋類型及產(chǎn)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(jī)械疲勞裂紋。熱疲勞裂紋是金屬材料在低拉伸強(qiáng)度的熱交變應(yīng)力長期反復(fù)作用下，緩慢出現(xiàn)的裂紋，多出現(xiàn)在熱應(yīng)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(fā)展成主裂紋，宏觀看比較粗短，有時呈細(xì)口狀。機(jī)械疲勞裂紋常出現(xiàn)在應(yīng)力集中部位，如焊縫缺陷區(qū)域、加工產(chǎn)生的機(jī)械劃痕、開孔部位，裂紋多是源于表面，呈直線形，開始比較細(xì)小，后期擴(kuò)展很快。腐蝕疲勞裂紋也是應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用的結(jié)果，是在產(chǎn)生疲勞裂紋的基礎(chǔ)上形成的，一般會在管道內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕坑，在電站鍋爐，常出現(xiàn)在汽包及集箱的管座上，這些部位應(yīng)力較大，除了介質(zhì)壓力還有震動應(yīng)力，接觸到腐蝕介質(zhì)，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(guī)則振動以及管道介質(zhì)的壓力和腐蝕特性等因素，導(dǎo)致管道表面會出現(xiàn)疲勞裂紋，此類裂紋起初較為細(xì)小，不易被發(fā)現(xiàn)，但長期使用過程中，此類細(xì)小的裂紋會逐漸擴(kuò)大，并且擴(kuò)張速度會在壓力管道的使用狀態(tài)下越來越快，最終使壓力管道泄漏失效，嚴(yán)重時發(fā)生特種設(shè)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(yīng)力與溫度長時間的雙重作用下緩慢產(chǎn)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(tài)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(fā)射的多條細(xì)小裂紋。在鍋爐集箱、主蒸汽管道、集箱管座、焊縫等應(yīng)力較大、應(yīng)力應(yīng)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(shù)量的角度分析，蠕變裂紋的數(shù)量并非一成不變，其具體的數(shù)量會隨著壓力管道的使用周期出現(xiàn)變化，并且各裂紋之間的連接方式?jīng)]有固定的規(guī)律，裂紋形式多為無規(guī)則，不連續(xù)的，在蠕變裂紋的區(qū)域還伴有橢圓狀和米粒狀的孔洞[2]。

1.3 應(yīng)力腐蝕裂紋

在鍋爐、壓力管道的長期使用過程中，會出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋，此類裂紋的形成過程與壓力管道承受應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)有關(guān)。如鍋爐中的管道會在產(chǎn)生苛性脆化裂紋，管道在高濃度堿水侵蝕下，在管道內(nèi)壁金屬晶體和晶間產(chǎn)生電位差，進(jìn)而內(nèi)部產(chǎn)生微弱電流，形成具有較強(qiáng)腐蝕作用的電解池，進(jìn)而導(dǎo)致壓力管道內(nèi)部出現(xiàn)較為明顯的腐蝕性裂紋。此類裂紋的結(jié)構(gòu)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(nèi)向外延伸的方式。主裂紋會在應(yīng)力的影響下，穿過壓力管道晶粒，而次裂紋會在應(yīng)力的影響下，雖然不會直接穿過管道晶粒，但會順著晶體發(fā)展的脈絡(luò)形成帶狀裂紋。鍋爐的應(yīng)力腐蝕裂紋主要出現(xiàn)在汽水管道和集箱管座等應(yīng)力集中部位。

2 預(yù)防鍋爐、壓力管道裂紋問題的具體措施分析

2.1 提高內(nèi)、外部檢驗質(zhì)量

首先，檢驗人員在檢查外部組件狀態(tài)時，應(yīng)提前清理，避免內(nèi)部環(huán)境對外部檢驗工作的質(zhì)量產(chǎn)生影響；其次，在檢驗壓力管道時，檢驗人員應(yīng)針對壓力管道關(guān)鍵部位進(jìn)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(yīng)確定此類關(guān)鍵位置是否存在腐蝕磨損情況，并全面檢查內(nèi)外表面是否存在表面裂紋，或裂紋發(fā)生明顯擴(kuò)展的情況。檢驗人員應(yīng)合理使用檢驗設(shè)備，如果檢驗位置裂紋較為明顯，檢驗人員可直接應(yīng)用手持性放大鏡對裂紋的實際狀態(tài)進(jìn)行檢驗，對小徑管道內(nèi)壁裂紋情況可以使用工業(yè)內(nèi)窺鏡進(jìn)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(shù)，檢測表面裂紋可以用磁粉或滲透檢測技術(shù)，對埋藏性裂紋可以用超聲波或者射線探傷檢測技術(shù)[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(qiáng)度要求的關(guān)鍵試驗，此類試驗的主要目的為檢查受壓元件的強(qiáng)度和嚴(yán)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(tài)時，如果并未發(fā)現(xiàn)較為明顯的腐蝕現(xiàn)象，可停止后續(xù)的無損探傷測試，采用耐壓試驗，進(jìn)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(yīng)對此位置管道的實際狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)檢驗，看是否存在裂紋等缺陷，并進(jìn)行強(qiáng)度計算，分析能否進(jìn)行耐壓試驗。

2.3 嚴(yán)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(yīng)嚴(yán)格審查壓力管道的質(zhì)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(yīng)按照國家的檢驗技術(shù)規(guī)范，進(jìn)行安裝監(jiān)督檢驗，確保壓力管道安裝過程準(zhǔn)確無誤；最后，在使用過程中要保持操作參數(shù)穩(wěn)定，避免出現(xiàn)壓力、溫度頻繁劇烈波動，進(jìn)行日常檢查和定期維護(hù)保養(yǎng)。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(jìn)行分析，必要時聯(lián)系管道設(shè)計、安裝、使用人員以及管道生產(chǎn)廠家，共同分析此類裂紋產(chǎn)生的具體原因，分析管道結(jié)構(gòu)、管道材質(zhì)是否存在缺陷以及管道焊接工藝是否正確，進(jìn)而在設(shè)計、制造、安裝和使用方面降低鍋爐、壓力管道裂紋產(chǎn)生的可能性，從而減少安全隱患，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

總之，本文從分析鍋爐、壓力管道裂紋的具體類別和性質(zhì)出發(fā)，進(jìn)一步分析了可有效預(yù)防此類裂縫問題的具體措施，包括提高內(nèi)部檢查和外部檢查質(zhì)量、提升耐壓測試的靈活性以及嚴(yán)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(chǎn)生裂紋的認(rèn)識，提高裂紋檢出率，合理選擇具體的裂紋預(yù)防措施，進(jìn)而切實解決鍋爐、壓力管道裂紋檢驗中的各類問題。