鍋爐壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋分析

楊 棚，劉 潤

（四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，四川 成都 610100）

0 引言

鍋爐壓力管道被廣泛應(yīng)用于能源開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，由于鍋爐壓力管道通常處于高溫高壓的狀態(tài)，因而在生產(chǎn)過程中對管道的安全性與穩(wěn)定性要求很高。然而鍋爐壓力管道自身結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境復(fù)雜，長時間運(yùn)行容易產(chǎn)生裂紋，且鍋爐壓力管道裂紋是影響安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。因此對于鍋爐生產(chǎn)企業(yè)而言，鍋爐壓力管道裂紋檢驗(yàn)是生產(chǎn)必須考慮的問題，如何開展鍋爐壓力管道裂紋檢驗(yàn)成為鍋爐企業(yè)面臨的難題。本文結(jié)合鍋爐壓力管道工程，對鍋爐壓力管道的裂紋檢驗(yàn)進(jìn)行分析，提出鍋爐壓力管道裂紋的預(yù)防措施與方法，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 裂紋種類與原因

從鍋爐壓力管道的安全運(yùn)行來看，引發(fā)管道裂紋的主要原因既包括材質(zhì)及安裝過程中引發(fā)的問題，也包括后期使用不當(dāng)?shù)热藶橐蛩亍榱吮ＷC鍋爐設(shè)備正常運(yùn)行，需要了解裂紋種類和原因，科學(xué)制定裂紋預(yù)防與解決方案。

1.1 前期裂紋問題

前期產(chǎn)生的鍋爐裂紋主要是由于鍋爐本身材質(zhì)問題或安裝過程不規(guī)范導(dǎo)致的。從管材的因素來看，管道選材不合理以及管道材料易被腐蝕、表面不平整等因素，會留下安全隱患而使鍋爐產(chǎn)生裂紋。除了材質(zhì)問題之外，安裝過程不符合規(guī)范也會使鍋爐產(chǎn)生裂紋。隨著鍋爐企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，管道線路越來越長，管道安裝與管理的難度越來越大。如果管道安裝控制不足、管道銜接處的安裝不合理或管道彎曲操作不達(dá)標(biāo)，也會引發(fā)裂紋問題。鍋爐壓力管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同種類和型號的鍋爐對管道的要求也不同，因此對鍋爐壓力管道制造和安裝的進(jìn)度要求很高，但是選材、制造不合格以及安裝不規(guī)范等問題，容易留下裂紋隱患。

1.2 后期裂紋問題

鍋爐壓力管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且管道經(jīng)常處于高溫高壓的工作狀態(tài)下，因此需要定期對鍋爐壓力管道進(jìn)行檢驗(yàn)，分析可能的裂紋風(fēng)險(xiǎn)和問題，從而采取有效的方式預(yù)防鍋爐壓力管道裂紋風(fēng)險(xiǎn)[1]。從鍋爐壓力管道的使用來看，常見的裂紋有機(jī)械疲勞裂紋、腐蝕裂紋、蠕變裂紋等。

機(jī)械疲勞裂紋多發(fā)于管道受力密集的地方。隨著鍋爐壓力管道使用時間延長，裂紋也由小變大。機(jī)械疲勞紋裂大多處于應(yīng)變集中區(qū)域，受材料結(jié)構(gòu)、環(huán)境介質(zhì)、應(yīng)力條件等因素的影響。鍋爐壓力管道流通的物質(zhì)通常為高酸堿性、易爆型物質(zhì)，長期使用容易引發(fā)腐蝕裂紋，從而導(dǎo)致管道裂紋擴(kuò)大，造成較為嚴(yán)重的后果。蠕變裂紋主要是由于在溫度和應(yīng)力長期作用下，伴隨著金屬組織損傷和變形而產(chǎn)生的裂紋，常見于管道、集箱的高應(yīng)力區(qū)域，如高溫蒸汽管道彎管區(qū)域、過熱脹粗管表面等。機(jī)械疲勞裂紋（圖1）和腐蝕裂紋主要是管道使用過程中出現(xiàn)的裂紋，會隨著時間變化而變化，因此需要加強(qiáng)裂紋的維護(hù)與管理，預(yù)防后期裂紋。

圖1 管道機(jī)械疲勞裂紋

2 裂紋檢驗(yàn)方法與技術(shù)

針對鍋爐壓力管道的裂紋問題，需要規(guī)范裂紋檢驗(yàn)流程，從而及時發(fā)現(xiàn)管道裂紋問題，加強(qiáng)裂紋預(yù)防與管理，減少裂紋風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 裂紋檢驗(yàn)內(nèi)容

鍋爐壓力管道的檢驗(yàn)包括許多內(nèi)容，除了安裝質(zhì)量之外，還需要對管道的使用壽命和安裝時間進(jìn)行確定，綜合管道情況，進(jìn)而分析管道使用情況、裂紋產(chǎn)生原因以及后果。管道裂紋檢驗(yàn)需要結(jié)合管道結(jié)構(gòu)、使用年限、承壓情況、內(nèi)外溫度差異，最終確定管道是否產(chǎn)生裂紋。鍋爐壓力管道的檢驗(yàn)需要選擇專業(yè)的檢驗(yàn)技術(shù)與方法，對管道進(jìn)行仔細(xì)檢查、全面檢驗(yàn)，從而確保管道檢驗(yàn)工作的科學(xué)性，確保裂紋檢驗(yàn)工作質(zhì)量。

2.2 裂紋檢驗(yàn)流程

鍋爐設(shè)備的管道裂紋檢驗(yàn)需要按照相關(guān)的流程進(jìn)行操作。首先，需要對管道外部設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)的技術(shù)，了解管道運(yùn)行情況，分析其使用效果，結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，對管道運(yùn)行情況進(jìn)行綜合分析，了解管道的準(zhǔn)確狀態(tài)，從而分析管道健康情況[2]。其次，對管道的剛度以及耐壓情況進(jìn)行分析，結(jié)合管道的最大剛度以及最大承壓力等數(shù)據(jù)，開展管道分析和檢驗(yàn)。管道檢驗(yàn)需要結(jié)合工廠情況定期開展，對裂紋進(jìn)行重點(diǎn)檢驗(yàn)，及時掌握管道裂紋情況，采取有效的解決措施。

2.3 裂紋檢驗(yàn)技術(shù)

常見的裂紋檢驗(yàn)技術(shù)包括超聲檢驗(yàn)技術(shù)、磁粉檢驗(yàn)技術(shù)、滲透檢驗(yàn)技術(shù)、射線檢驗(yàn)技術(shù)、紅外監(jiān)測技術(shù)等，不同技術(shù)原理和應(yīng)用如下。

（1）超聲檢驗(yàn)技術(shù)。該技術(shù)主要是利用超聲波原理對鍋爐壓力管道細(xì)小裂紋進(jìn)行檢驗(yàn)。在管道出現(xiàn)裂縫后，可以利用不同材質(zhì)的超聲學(xué)性能、反射情況等存在的差異性，對管道內(nèi)的裂紋進(jìn)行檢驗(yàn)。超聲波技術(shù)可用于管道氣泡、裂紋、夾渣等問題的檢驗(yàn)，該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用價值。

（2）磁粉檢驗(yàn)技術(shù)（圖2）。該技術(shù)主要是利用鍋爐壓力管道材料的鐵磁性進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)管道出現(xiàn)裂紋或缺陷時，其材料表面出現(xiàn)畸形，磁場也會發(fā)生明顯的變化，因此可以利用其吸附磁粉的能力，從而分析材料的缺陷與性能。

圖2 管道?裂紋磁粉檢驗(yàn)

（3）滲透檢驗(yàn)技術(shù)。該技術(shù)主要是對壓力管道進(jìn)行滲透檢驗(yàn)，在其表面涂抹顯像劑后，滲透液會進(jìn)入管道缺陷處，以此分析管道的表面缺陷。

（4）射線檢驗(yàn)技術(shù)。當(dāng)管道出現(xiàn)裂紋，在其缺陷部位上發(fā)射射線，其表面會發(fā)生散射，通過分析對比度的差異來分析管道問題和缺陷。

（5）紅外監(jiān)測技術(shù)。鍋爐需要耐高溫操作，為了減少溫度過高引發(fā)的裂紋問題[3]，可以選擇紅外熱成像技術(shù)分析管道的薄弱環(huán)節(jié)，從而了解管道的情況，為后期的檢驗(yàn)提供依據(jù)。

2.4 裂紋檢驗(yàn)注意事項(xiàng)

管道裂紋檢驗(yàn)必須遵循的相關(guān)事項(xiàng)有：①提高員工管道裂紋檢驗(yàn)工作的重視程度，管道裂紋是常見的管道問題，且會嚴(yán)重影響管道運(yùn)行安全，因此需要加強(qiáng)管道裂紋危害教育，讓員工了解并重視管道裂紋的危害，幫助員工及時發(fā)現(xiàn)管道裂紋問題，避免裂紋持續(xù)加大。②加強(qiáng)管道檢驗(yàn)培訓(xùn)管理，讓員工掌握管道裂紋檢驗(yàn)方法與流程，選擇合適的方法開展管道檢驗(yàn)工作，從而確保檢驗(yàn)工作順利開展，確保管道檢驗(yàn)質(zhì)量。③選擇信息技術(shù)開展管道檢驗(yàn)，采用先進(jìn)的技術(shù)開展管道檢驗(yàn)工作，增強(qiáng)員工的專業(yè)檢驗(yàn)?zāi)芰εc創(chuàng)新意識，開展規(guī)范化管理，從而保障管道裂紋檢驗(yàn)工作的順利進(jìn)行。

3 管道裂紋預(yù)防措施

為了解決管道裂紋問題，需要了解并結(jié)合管道裂紋相關(guān)因素，采取有效的方式做好預(yù)防管理。

3.1 建立安全管理體系

管理工作是安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此在鍋爐壓力管道裂紋管理中，需要建立安全管理體系，加強(qiáng)重點(diǎn)防控。①將信息技術(shù)與鍋爐運(yùn)行管理相結(jié)合，運(yùn)用在線監(jiān)測技術(shù)，實(shí)時了解管道的運(yùn)行情況，一旦發(fā)生運(yùn)行問題，及時開展分析，加強(qiáng)裂紋預(yù)防管理。②科學(xué)規(guī)劃管理，如果發(fā)生管道裂紋問題，需要采用科學(xué)的規(guī)劃管理方式，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類管理，結(jié)合同類型的鍋爐壓力管道裂紋檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，分析裂紋產(chǎn)生的原因，找到裂紋源頭，從而消除裂紋風(fēng)險(xiǎn)，保障生產(chǎn)安全。③建立責(zé)任管理機(jī)制，確保鍋爐壓力管道生產(chǎn)崗位的員工了解工作流程與工作職責(zé)，企業(yè)要嚴(yán)格按照流程開展管理，規(guī)范人員行為，減少因人為因素引發(fā)裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。④選擇人性化管理方式，將人性化管理措施應(yīng)用于管道裂紋管理工作中，設(shè)置獎懲機(jī)制，激發(fā)員工的工作積極性，保障管道安全運(yùn)行，預(yù)防管道裂紋。

3.2 管道材質(zhì)與運(yùn)行管理

管道裂紋產(chǎn)生的原因有前期材質(zhì)原因和后期運(yùn)行等相關(guān)因素，因此需要加強(qiáng)材質(zhì)和運(yùn)行管理。①為了預(yù)防管道裂紋，需要選擇適應(yīng)生產(chǎn)需求的管道材質(zhì)，在滿足經(jīng)濟(jì)性需求的基礎(chǔ)上，選擇符合質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)的材料，同時選擇合適的管材型號。當(dāng)前管道的型號與材質(zhì)種類較多，為了確保材質(zhì)質(zhì)量，需要對比分析不同管材材質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而選擇合適的管材；還需要與優(yōu)質(zhì)的管材供應(yīng)商合作，簽訂合同，厘清責(zé)任，保障管材責(zé)任與關(guān)系清晰。②在安裝過程中，需要嚴(yán)格按照管道設(shè)計(jì)進(jìn)行安裝，加強(qiáng)管材密封、管道彎曲處的管理，保障材料質(zhì)量與安全。安裝完畢后，對管材氣密性、水密性和穩(wěn)定性等進(jìn)行檢驗(yàn)，確保管道安裝質(zhì)量符合要求。③在管道使用過程中，加強(qiáng)管道日常管理，做好定期檢驗(yàn)，及時發(fā)現(xiàn)裂紋等問題，加強(qiáng)管理，提升管道使用壽命。

3.3 提升管道操作水平

管道操作人員的操作水平是影響管道裂紋產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，因此需要提升操作人員技術(shù)水平和增強(qiáng)其質(zhì)量意識。①聘用具有相關(guān)資質(zhì)的管道操作人員，提高錄取標(biāo)準(zhǔn)，確保操作技術(shù)人員滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。②加強(qiáng)崗前培訓(xùn)，對管道技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，讓技術(shù)人員掌握鍋爐壓力管道規(guī)范，了解操作要求，按照規(guī)范嚴(yán)格操作。③增強(qiáng)操作人員的安全意識，通過培訓(xùn)管理，讓操作人員了解裂紋危害，掌握裂紋產(chǎn)生的原因，加強(qiáng)裂紋預(yù)防管理。除了加強(qiáng)技術(shù)人員管理之外，還需要積極引進(jìn)新技術(shù)和新方法，加大資金技術(shù)投入力度，引進(jìn)專業(yè)設(shè)備，對管道設(shè)備進(jìn)行全面管理，利用壓力傳感器和溫度傳感器，對管道壓力和溫度進(jìn)行監(jiān)測，了解管道運(yùn)行狀態(tài)，采用科學(xué)的方式進(jìn)行管道管理，減少裂紋風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 加強(qiáng)裂紋檢驗(yàn)管理

鍋爐壓力管道檢驗(yàn)需要結(jié)合其工作環(huán)境以及技術(shù)資料，確定壓力管道檢驗(yàn)頻率和方法，便于檢驗(yàn)管理。①對鍋爐壓力管道的工作環(huán)境進(jìn)行分析，記錄鍋爐壓力管道的有效使用時間、檢驗(yàn)管道溫度、輸水以及放水環(huán)境等，對溫控系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)，確保工作環(huán)境處于管道正常工作范圍。②對技術(shù)資料進(jìn)行核準(zhǔn)，確保其中的參數(shù)在允許波動范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)大的波動，需要開展檢驗(yàn)。③對管道設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行管理，疲勞操作和設(shè)備過度運(yùn)轉(zhuǎn)會減少設(shè)備使用壽命，縮短使用年限，因此需要加強(qiáng)管道控制管理，避免過度使用，從而減少裂紋的產(chǎn)生，確保設(shè)備使用安全。④提高檢驗(yàn)頻率，建立定期檢驗(yàn)制度，如果發(fā)現(xiàn)物理性裂紋，可以通過檢驗(yàn)查出問題，對裂紋進(jìn)行打磨消除、補(bǔ)焊修復(fù)，無法修復(fù)時更換設(shè)備。

4 結(jié)語

鍋爐作為供熱發(fā)電設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。鍋爐壓力管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用環(huán)境嚴(yán)苛，容易在安裝和生產(chǎn)使用過程中產(chǎn)生裂紋風(fēng)險(xiǎn)。針對鍋爐壓力管道的裂紋風(fēng)險(xiǎn)，需要開展有針對性的預(yù)防管理，選擇合適的管材和型號，加強(qiáng)設(shè)備安裝管理過程監(jiān)管，增強(qiáng)操作技術(shù)人員的安全意識，及時開展裂紋預(yù)防管理。在管道運(yùn)行過程中，結(jié)合企業(yè)的情況，健全監(jiān)督管理機(jī)制，選擇新技術(shù)開展管道裂紋檢驗(yàn)。創(chuàng)新管理工作流程，研究優(yōu)化設(shè)備操作方法的可行措施，從而全面消除壓力管道運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。