鍋爐壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋問題與預(yù)防辦法

吳孝平

摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，鍋爐壓力管道的重要性不言而喻，對其進(jìn)行及時(shí)的檢驗(yàn)，可以確保鍋爐運(yùn)行的安全、穩(wěn)定、高效。本文分析了鍋爐壓力管道裂紋的類型及產(chǎn)生原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防辦法，僅供參考。

關(guān)鍵詞：鍋爐壓力管道;管道檢驗(yàn);裂縫;原因;預(yù)防

0 引言

鍋爐被廣泛應(yīng)用于我國的工業(yè)生產(chǎn)和民眾生活當(dāng)中，為促進(jìn)我國工業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)。鍋爐壓力管道長期處于高溫高壓的工作狀態(tài)當(dāng)中，一旦發(fā)生設(shè)備故障，就極為容易出現(xiàn)爆炸等嚴(yán)重事故，給車間工作人員以及企業(yè)的生命和財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。近年來政府部門和相關(guān)單位提起了對安全生產(chǎn)問題的高度重視，鍋爐壓力管道安全檢驗(yàn)的頻率及技術(shù)水平都有了明顯的提升。在鍋爐壓力管道檢驗(yàn)當(dāng)中，裂紋是較為常見的設(shè)備缺陷，也是最為不穩(wěn)定的一種缺陷，只有提早預(yù)防、及時(shí)發(fā)現(xiàn)并妥善處理裂紋問題，才能有效避免安全事故的發(fā)生，保障鍋爐壓力管道的安全運(yùn)行。

1 鍋爐壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋類型及產(chǎn)生原因

1.1 疲勞型裂紋

疲勞型裂紋，主要分為機(jī)械型疲勞裂紋、腐蝕型疲勞裂紋和熱疲勞裂紋三種。

1.1.1 機(jī)械型疲勞裂紋

機(jī)械型疲勞裂紋主要是發(fā)生在鍋爐壓力管道上，是由交變應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用在疲勞裂痕上而產(chǎn)生和不斷發(fā)展的。機(jī)械型疲勞裂紋的塑性變形并不明顯，其大多呈現(xiàn)出穿晶型裂紋，裂紋狀態(tài)較為彎曲。機(jī)械型疲勞裂紋是逐漸發(fā)展起來的，在裂紋的初始狀態(tài)，它們大多較短、較小，并向內(nèi)延伸，延伸方向與拉伸應(yīng)力軸之間呈45°角;裂紋發(fā)展的中后期是穩(wěn)定發(fā)展和擴(kuò)張狀態(tài)，表現(xiàn)為裂縫以直線狀態(tài)不斷加長，其方向與拉升應(yīng)力軸垂直。

機(jī)械性疲勞裂紋的誘發(fā)原因較為復(fù)雜，它既可能與工作環(huán)境有關(guān)系，也可能與鍋爐壓力管道的材料結(jié)構(gòu)和纖維組織狀態(tài)有關(guān)，因此在處理此類裂紋故障之前，一定要統(tǒng)籌兼顧、綜合分析其發(fā)生原因，并將各項(xiàng)可能的誘導(dǎo)因素一一排查。

1.1.2 腐蝕型疲勞裂紋

腐蝕型疲勞裂紋的高發(fā)地點(diǎn)大多在汽包、集箱管座等位置，這與機(jī)械型疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋有著明顯的區(qū)別，腐蝕型疲勞裂紋的形態(tài)大多是穿晶、聚集形態(tài)，它們存在于鍋爐壓力管道的內(nèi)壁上，呈不斷發(fā)展和延伸狀態(tài)。腐蝕型疲勞裂紋在發(fā)展中會(huì)逐漸加寬，擴(kuò)張中期會(huì)在尾部出現(xiàn)較鈍的分枝，到了后期分枝裂紋會(huì)向主裂紋穩(wěn)定發(fā)展，裂紋寬度更甚。

腐蝕型疲勞裂紋的出現(xiàn)與發(fā)生裂紋部位承受的介質(zhì)壓力有關(guān)，也與鍋爐壓力管道系統(tǒng)傳遞的振動(dòng)壓力有關(guān)，由于疲勞型裂紋會(huì)隨著時(shí)間而加重，因此一旦發(fā)現(xiàn)此類裂紋一定要及時(shí)處理，防止問題持續(xù)擴(kuò)大化帶來不可預(yù)估的重大損失。

1.1.3 熱疲勞裂紋

在鍋爐壓力管道的蒸汽管道壓力表管座、噴水減溫器、汽包、排氣管管座等等部位，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)粗短形狀或細(xì)口狀的裂紋，此類裂紋多是熱疲勞裂紋，是金屬材料受熱交變應(yīng)力反復(fù)作用形成的。熱疲勞裂紋多處于鍋爐壓力管道部件表面氧化膜網(wǎng)狀或線狀痕跡的下部，它往往由一條主裂紋和多條次裂紋構(gòu)成，裂紋擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)隨意、寬窄不一，依據(jù)蠕變溫度的不同，裂紋既有沿晶狀的，也有穿晶狀的。

1.2 應(yīng)力腐蝕裂紋

在鍋爐壓力管道應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，鍋爐壓力管道汽水管道和集箱部位容易產(chǎn)生短、寬、不連續(xù)狀、不規(guī)則的裂紋，此類裂紋多數(shù)為應(yīng)力腐蝕裂紋，在進(jìn)行鍋爐壓力管道檢測時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)此類裂紋的狀態(tài)較為復(fù)雜，穿晶裂紋、混晶裂紋、沿晶裂紋相互交錯(cuò)，且在彎管中性區(qū)會(huì)與張力垂直呈現(xiàn)出帶狀延伸狀態(tài)。

1.3 蠕變裂紋

蠕變裂紋是鍋爐壓力管道在長期運(yùn)行中受到應(yīng)力和溫度長時(shí)間作用而形成的一種獨(dú)特形式的裂紋。蠕變裂紋多發(fā)現(xiàn)于角焊縫、集箱孔橋區(qū)等位置，其因金屬材料損傷變形而出現(xiàn)，發(fā)展趨勢與主應(yīng)力呈90°角。蠕變裂紋通常沿彎管軸分布，裂紋帶較寬，其中存有大量不規(guī)則蠕變孔洞，孔洞沿晶擴(kuò)展之后即形成蠕變的主裂紋與兩側(cè)裂紋。

1.4 過熱與過燒裂紋

過熱裂紋是在鍋爐壓力管道金屬部件鍛造中操作溫度超出熱臨界值而發(fā)生的裂紋現(xiàn)象;而過燒裂紋則是金屬部件鍛造、彎制、軋制熱加工中，溫度過高造成晶界氧化和局部熔化而產(chǎn)生的;過熱與過燒裂紋呈龜裂狀分布，破裂程度不同且晶界氧化、熔化痕跡明顯，以顯微鏡進(jìn)行觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)圓球狀粒子沉淀和粗大的晶粒及孔洞，辨識(shí)較為容易[1]。過熱與過燒裂紋的發(fā)生大多與鍋爐壓力管道制備中的技術(shù)原因有關(guān)，應(yīng)注意加強(qiáng)這方面的控制力度。

2 鍋爐壓力管道裂紋的有效預(yù)防對策

2.1 做好質(zhì)量檢查，確保鍋爐壓力管道制備的質(zhì)量達(dá)標(biāo)

鍋爐壓力管道制備屬于高危生產(chǎn)行業(yè)，因此在制造過程中一定要嚴(yán)格落實(shí)安全生產(chǎn)規(guī)范，不斷提升設(shè)備制備工藝，以確保鍋爐壓力管道制造質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。首先，要做好制備的準(zhǔn)備工作，對鍋爐壓力管道制造中需要使用的管道設(shè)備、零部件等原材料進(jìn)行仔細(xì)的檢查與核對，保證原材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)且符合生產(chǎn)要求;要對鍋爐壓力管道設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)制作工藝進(jìn)行嚴(yán)格的審核與把關(guān)，確保設(shè)計(jì)合理，指標(biāo)合規(guī)，技術(shù)合適，從而有效避免裂紋問題的發(fā)生，保證安全生產(chǎn)。其次，要規(guī)范施工工（下轉(zhuǎn)第186頁）（上接第184頁）序，在每一步的制備工作完成之后，要及時(shí)進(jìn)行設(shè)備質(zhì)量的檢測，確保每道工序的每個(gè)環(huán)節(jié)都是規(guī)范可靠的，從而夯實(shí)質(zhì)量基礎(chǔ)，降低鍋爐壓力管道使用中裂紋缺陷發(fā)生的概率。

2.2 加強(qiáng)質(zhì)量驗(yàn)收，做好鍋爐壓力管道的定期檢驗(yàn)

對于新建或改建的鍋爐壓力管道，要加強(qiáng)驗(yàn)收管理工作，并對設(shè)備的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的記錄，從而為質(zhì)量控制奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在設(shè)備投入使用之后，要以完善的管理制度和規(guī)范化的生產(chǎn)流程為基礎(chǔ)，以定期檢驗(yàn)為手段，做好鍋爐壓力管道的日常管理工作，確保檢驗(yàn)、維修、保養(yǎng)的及時(shí)到位。要對鍋爐壓力管道維修情況進(jìn)行全面的檢驗(yàn)和記錄，同時(shí)比對設(shè)備的出廠時(shí)間及使用時(shí)間進(jìn)行設(shè)備是否需要進(jìn)行檢驗(yàn)與維護(hù)的判斷;在檢驗(yàn)過程中，要盡量完善工作的完整性和全面性，除了要對鍋爐壓力管道中已出現(xiàn)的裂紋缺陷進(jìn)行排查以外，還要對設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行檢驗(yàn)，做好設(shè)備運(yùn)行中內(nèi)外溫差的控制以及輸水、防水環(huán)境的控制，從而提升設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。為了延長鍋爐壓力管道設(shè)備的使用壽命，還要根據(jù)鍋爐壓力管道的使用情況制定規(guī)范的檢驗(yàn)周期并設(shè)立專人專崗進(jìn)行日常的巡視和檢查工作，以此及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、消除隱患，避免重特大安全事故的發(fā)生。

2.3 加強(qiáng)人員管理，提高操作人員的技術(shù)水平

鍋爐壓力管道裂紋的產(chǎn)生，與技術(shù)人員的不規(guī)范操作有直接的關(guān)系，為此，要想有效預(yù)防鍋爐壓力管道裂紋，就必須加強(qiáng)對于操作人員的管理與技術(shù)培訓(xùn)，確保其按照規(guī)范流程與方法開展施工作業(yè)，確保其技術(shù)水平隨著技術(shù)創(chuàng)新而不斷進(jìn)步。相關(guān)單位要定期組織對于操作人員的技能考核并制定嚴(yán)格的上崗制度，確保操作人員、檢測人員、制備人員都能按照標(biāo)準(zhǔn)要求完成工作任務(wù)，從而有效避免人為裂紋的發(fā)生。

2.4 創(chuàng)新技術(shù)手段，防止檢驗(yàn)過程中造成的二次傷害

就目前而言，各種先進(jìn)的無損檢驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)逐步成熟和完善，為了避免檢測過程中對于鍋爐壓力管道產(chǎn)生的二次傷害，有效防止裂紋等問題的發(fā)生，相關(guān)單位應(yīng)積極引進(jìn)創(chuàng)新型技術(shù)手段，以超聲波（超聲相控陣）檢測、TOFD檢測、硬度檢測、金相分析、光譜分析、磁粉檢測、射線檢測、聲發(fā)射等無損檢測技術(shù)，輔助鍋爐壓力管道裂紋預(yù)防工作的順利開展[2]。

3 結(jié)語

裂紋缺陷是鍋爐壓力管道中最危險(xiǎn)的缺陷之一，是企業(yè)安全生產(chǎn)中的極端不穩(wěn)定因素，為此我們一定要做好檢測工作，堅(jiān)持預(yù)防與治理相結(jié)合的原則，及早發(fā)現(xiàn)問題、及早處理問題，從而保證設(shè)備的穩(wěn)定、可靠、安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇步青.鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中裂紋問題及預(yù)防處理方法探討[J].中國化工貿(mào)易，2019，11（7）：192.

[2]張健，崔蒙，趙麗亞.無損檢測技術(shù)在鍋爐壓力管道檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（26）：557.