鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題研究

趙曉鈞

（云南省特種設備安全檢測研究院，云南 昆明 650228）

鍋爐業可以稱為我國經濟發展的命脈，與此同時，工業制造水平的增長持續推動著鍋爐領域的改進與完善，只有準確地分析鍋爐裂紋出現的原因并采取合理方法解決壓力容器管道中的裂紋問題，同時定期全面檢查管道的質地和狀態，才能順利維持工業制造生產中的基本供需關系，防止裂紋問題影響工業生產的正常運行。

1 鍋爐壓力容器壓力管道的檢驗方法與要素

1.1 壓力容器的內外部檢查

在進行容器的外部檢查前，需要先對容器內部進行全面徹底的清潔。檢驗壓力管道的部位涉及很多要點，首先，要檢查管道兩端的封頭和各個管道間的焊接過渡區是否異常，同時，要及時查看之前填補修復的地方是否出現了二次裂縫的情況，老舊裂紋是否有延伸擴張的趨勢也要給予關注。基于以上需要重點檢查的鍋爐部位，在用放大鏡進行初步檢驗后，還要通過超聲波以及射線探傷方式進一步細致排查容器完整度；如果檢查的容器體積質地和規格較小，那么，需要對其外部的細微焊縫點和過渡點反復核對檢驗，防止后期出現故障時因容器結構復雜只能通過降壓法來應對，可降低解決鍋爐容器問題的難度，防微杜漸。

1.2 壓力容器要點的檢查

對壓力容器的質量嚴格把關，不止體現在對容器內外側的全方位精細檢查，還需要耐壓測試，該測試是為了二次檢查容器表面和內里是否有細微的焊縫漏點。如果在測試完成后沒有出現松動、腐蝕、易燃、氣壓不足以及聲音異常的情況，那么，無損探傷測試可以酌情不做。

2 鍋爐壓力容器壓力管道中常見裂紋分析

2.1 疲勞裂紋的產生

一般來講，疲勞裂紋是鍋爐容器長期使用后最容易出現的裂紋種類。疲勞裂紋如果不及時發現和處理，還會擴展成腐蝕疲勞裂紋和機械疲勞裂紋。整體上講，疲勞裂紋是燃料等介質與鍋爐表面接觸比較集中的部位受壓程度過大導致的，后續會在兩者的接觸面四周連鎖產生大面積的裂紋，簡稱機械疲勞裂紋。這時，裂紋的侵襲還在繼續，往往不起眼的裂縫會隨著使用頻率的增加逐漸向容器內部呈隧道式擴展延長，比較明顯的裂痕也會因接觸面受迫力的增加而加倍蔓延；鍋爐容器產生蒸汽的過程會因為劇烈燃燒產生不可避免的震動，然而，震動產生的應力再加上物質間接觸產生的壓力會共同造成腐蝕性疲勞裂紋。這是由于容器使用時間的增長會使原有的疲勞性裂縫在長度和寬度上大大增加，進而使含有刺激性或腐蝕性物質的燃料日積月累、見縫插針地填滿一個個裂縫，最終不僅會腐蝕和擴大原有裂縫，而且這也是降低壓力容器質量水平的元兇之一。

2.2 蠕變裂紋的產生

這種裂紋是在起初的疲勞裂紋產生后經過高溫裂變和接觸面應力壓迫共同造成的。其主要分布在容器內壁曲周面的上軸部分，辨認特征是主裂痕兩側附有平行型紋路，像集成容器、輸送或燃燒物質用的管道等處于高溫高壓環境下的大容量裝箱設備很容易出現這種裂紋，而且這種類型的裂縫無法預測其擴展的區域和數量，就連裂縫的連續形狀也是無法判斷的，不過，從整體角度來看，主要呈橢圓形和空洞型居多。總之，蠕變裂紋是疲勞裂紋的衍生后果。

2.3 應力腐蝕裂縫的產生

上文已簡要提到過，腐蝕性裂紋的出現是由于初始裂痕產生后具有腐蝕性和刺激性物質的長期密切接觸與侵蝕反應積累的后果，而應力腐蝕裂紋就是腐蝕性侵害的一種。尤其是濃度較高的堿水會短時間內釋放大量的氫氧根離子，再加上鍋爐壓力容器是金屬質地的，會游離出各種金屬離子，比如二價鐵離子、三價鐵離子、鋅離子、鈉離子等等呈陽性的離子，這樣陰陽兩級離子充分接觸后產生的電位差就會使容器內部瞬間產生微電流，微電流會進一步擊穿和加快腐蝕原有裂痕，造成裂紋數量的成片增加。因應力腐蝕產生的裂紋分為兩種形態，一種是由于微電流直接擊穿金屬晶粒后形成的主裂紋；另一種是主裂紋產生后，裂紋隨著腐蝕性和應力的持續增加，沿容器金屬晶粒的結構呈帶狀裂變后會出現次裂紋，這種次裂紋紋路形狀肉眼很難見到與分辨，只有通過顯微鏡才能清晰地看到裂紋的走向與分布區域。

2.4 熱疲勞裂紋的產生

該裂紋出現與壓力容器的生產制造過程中，制備容器和管道的材料性質是出現熱疲勞裂紋的直接誘因。制備壓力容器的材料大多是選用特定的金屬板經過卷曲狀變和高溫焊接后投入使用的，由于構成金屬化學分子中的陰陽離子處于平衡狀態，不易游離，導致其化學性質比較穩定，不容易產生形狀的轉變，要想順利進行卷曲，就要進行高溫加工變形處理，然而，超過金屬熔點的高溫和超過極限強度的拉伸作用力經過多次熔煉和壓迫沖擊后使細小裂紋快速產生，尤其是壓力表的焊接位置、各管道的過渡接口處和排氣底座這些區域十分常見熱疲勞裂紋，除此之外，高溫和驟冷頻繁發生的噴水減溫器也容易出現這種裂紋。

3 預防鍋爐壓力容器壓力管道裂紋產生的措施

3.1 加強施工質量的管理力度

為了有效保障鍋爐壓力容器的質量，防止各種類型裂紋的產生，需要工廠管理者從鍋爐容器的原材料質地規格和制備過程、管道鋪設安裝和施工的每個環節以及燃料在爐內的燃燒狀態都嚴格把關，正所謂細節決定成敗。原材料的謹慎選擇可以從根本上避免熱疲勞裂紋的產生，在原料投入使用前，要保證該材料蓋章版的出廠報告上的成分說明和注意事項真實有效，并對材質中的化學成分進行二次復盤，比如，采用抽樣調查材質質量的方式進行快速有效的把關，決不容許仿冒劣質材料蒙混過關；焊接施工工藝技術的完善與提升可以最大化地降低應力腐蝕裂縫出現概率，工廠管理者可以聘請資深科研人員定期對施工技術人員進行專項培訓和測試，技術熟練度不達標的作業人員不能進入正式的壓力管道作業工程中，此外，也可以讓有豐富經驗的施工者即時分享作業過程中出現突發情況時的應急策略，互相交流心得。

3.2 加強管道設備的檢查管理力度

一旦出現了不可避免的設備損壞問題，相關的設備管理者要以冷靜的頭腦思考出現問題的原因，同時，要具備設備質量把控和維保能力，嚴格按照行業和國家規定的鍋爐容器壓力管道質檢標準進行合規檢查，并及時更換老舊或壽命已過的零件，確保設備、鍋爐容器和各個管道的連接裝置都能成套配合、性能穩定正常，安全運行。

3.3 提高檢驗人員的專業技術

調試員和檢驗員是預防裂縫產生的重要屏障。由于鍋爐容器的作用之一是長時間高溫燃燒燃料，這就導致焊接裂縫和老化裂痕頻繁產生，不過，通過提高操作人員的專業技術能力可以極大彌補高溫和頻繁作業對金屬材料自身性質的負面影響。這就需要檢驗者和設備操作者無論是在練習還是真正施工時，都要貫徹落實基本操作規范和技能，時刻牢記安全操作事項。對此工廠單位管理者可以組織全體工作人員進行專業的操作演習和應急演練，全面提升施工專業度，堅決降低操作失誤率。

3.4 做好鍋爐定期檢查工作

最后，定期對鍋爐設備的巡檢工作也是必不可少的。對此檢查人員和施工人員可以結合實際作業情況制定出科學系統的檢查與保養保修方案，包括詳細的設備故障應急處理措施等等，針對每次檢查的設備零件要詳細記錄好檢驗日期、檢驗時的狀態以及建議處理措施等重要內容并完整保存歸檔，這樣不僅可以潛移默化地提高檢驗員和技術員遇到緊急問題的應對能力，而且能極大地降低鍋爐和管道出現裂縫的風險。

4 結語

綜上所述，無論是人們高度關注的供暖問題，還是電力、設備驅動等等工業生產制造業都十分依賴鍋爐壓力容器發揮的作用。設想正在高溫運行的壓力容器壓力管道哪怕出現一條小小的裂縫，都有可能引發爆炸和火災等重大危險事件，因此，有效地預防策略、質檢工作、保養保修機制以及過硬的專業技能，都是提升施工質量水平和安全性能、促進鍋爐工業生產制造領域不斷完善與發展不可或缺的環節。