鍋爐壓力容器裂紋的形成原因及預(yù)防措施探索

章捷

（江西省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證總院特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院南昌檢測(cè)分院，江西 南昌 330000）

1 鍋爐壓力容器定期檢驗(yàn)以及維護(hù)的意義

鍋爐壓力容器通常用于裝卸和搬運(yùn)腐蝕介質(zhì)，比如，無(wú)水氟化氫，但其內(nèi)筒體很容易出現(xiàn)被熱腐蝕以及筒壁保護(hù)層厚度減薄的狀況，特別是內(nèi)筒節(jié)距的連接焊縫以及熱感應(yīng)區(qū)，作為鍋爐壓力容器內(nèi)最脆弱的位置，也最易產(chǎn)生裂紋等問(wèn)題，嚴(yán)重危害了鍋爐壓力容器的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)鍋爐壓力容器內(nèi)出現(xiàn)裂紋的時(shí)候，可能發(fā)生危險(xiǎn)介質(zhì)泄漏的情形，并且在高壓的影響下會(huì)發(fā)生爆炸的惡性事故。因此，必須定時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)、維修等工作，以防止給我國(guó)工業(yè)資源帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，給周?chē)说纳?cái)產(chǎn)安全和大氣環(huán)境帶來(lái)無(wú)法挽回的重大破壞。

2 鍋爐壓力容器的常見(jiàn)裂紋種類(lèi)以及產(chǎn)生原因

2.1 應(yīng)力腐蝕裂紋

應(yīng)力腐蝕裂紋的形成一般是由于材料應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)一起發(fā)生作用的結(jié)果，腐蝕介質(zhì)一般為含量很大的強(qiáng)堿水。這種裂紋大多形成在高壓鍋爐設(shè)備的汽水管和集裝箱管座上。這種結(jié)構(gòu)在觸及堿水后，由于堿水的侵蝕性導(dǎo)致金屬材料的微觀世界形成了化學(xué)變異，也就是說(shuō)，在金屬材料顆粒內(nèi)部和邊界之間形成電位差，從而使兩者之間形成了微弱的電流，而這種輸出電壓引起了金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成裂紋。通過(guò)使用顯微技術(shù)觀測(cè)裂紋，我們可以看到，裂紋一般有主裂紋以及次裂紋，而且主裂紋的發(fā)展是直接通過(guò)金屬材料顆粒內(nèi)部，次裂紋的發(fā)展則是通過(guò)金屬材料顆粒邊緣，呈現(xiàn)輻射形。與此同時(shí)，最容易形成此類(lèi)裂紋的材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，在水汽情況下受金屬材料內(nèi)部應(yīng)力影響即可形成，因此，裂紋結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)樹(shù)枝形。

2.2 疲勞裂紋

疲勞裂紋主要是在鍋爐壓力容器等壓力管道試驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的裂紋現(xiàn)象之一，通常出現(xiàn)在應(yīng)力比較集中的裝置上，而這些裂紋現(xiàn)象剛開(kāi)始時(shí)相對(duì)細(xì)小，中后期則繼續(xù)擴(kuò)大并蔓延。疲勞裂紋通常分為3個(gè)類(lèi)型，分別為機(jī)械疲勞裂紋、熱疲勞裂紋以及腐蝕疲勞裂紋。機(jī)械疲勞裂紋的最典型部件為齒輪、葉片、輔助旋轉(zhuǎn)裝置等機(jī)械零部件，其裂紋一般都是來(lái)自機(jī)械表面，為直線形。從剛開(kāi)始的較小，慢慢地向后延伸，直到最后連成一段細(xì)長(zhǎng)的裂紋并穩(wěn)定擴(kuò)展。這些裂紋的來(lái)源，通常是在材質(zhì)瑕疵地區(qū)，經(jīng)過(guò)機(jī)械加工形成的刀痕處、連接處、尖角處、有小孔的地方。

熱疲勞裂紋的形成，就是在降低了拉伸強(qiáng)度的情況下，應(yīng)力反復(fù)作用于金屬而逐漸發(fā)生的裂紋。腐蝕疲勞裂紋就是在已發(fā)生的熱疲勞裂紋的基礎(chǔ)上形成的，和機(jī)械腐蝕裂紋的特性一樣，它也是熱應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)共同作用的產(chǎn)物。這種裂紋通常是穿晶裂紋，隨著時(shí)間的流逝，裂紋會(huì)越來(lái)越大，鍋爐壓力容器的壓力管路內(nèi)部容易產(chǎn)生侵蝕坑。并且它主要產(chǎn)生于汽包管座以及集箱管座等位置，這種器件既能觸及腐蝕介質(zhì)，也能夠承受機(jī)械振動(dòng)所引起的應(yīng)力影響，以滿足腐蝕疲勞裂紋所產(chǎn)生的要求。

2.3 過(guò)熱過(guò)冷裂紋

鍋爐壓力容器壓力管道的制造材料主要為金屬片，金屬片在生產(chǎn)過(guò)程中要進(jìn)行焊接、熱軋、淬火等工藝流程，各道工序的溫度控制會(huì)有所變化，溫度過(guò)冷或者是太熱都容易導(dǎo)致金屬鋼板出現(xiàn)裂紋。加熱溫度過(guò)高則會(huì)引起金屬晶體氧化物或熔融產(chǎn)生過(guò)燒裂紋，而當(dāng)加熱溫度超過(guò)了金屬材料的臨界溫度時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱探測(cè)裂紋，而當(dāng)受熱后進(jìn)隨行長(zhǎng)時(shí)間冷卻則會(huì)產(chǎn)生過(guò)太冷裂紋。形成時(shí)間較長(zhǎng)的冷卻裂紋具有一定隱蔽性，一般無(wú)法被檢測(cè)到，但因?yàn)檫^(guò)熱探測(cè)的裂紋在金屬氧化物或熔融晶體內(nèi)部迅速傳播，過(guò)燒的金屬材料也無(wú)法經(jīng)受加熱變化，所以這些裂紋對(duì)鍋爐等承壓裝置帶來(lái)了很大風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 蠕變裂紋

蠕變裂紋的產(chǎn)生來(lái)自環(huán)境溫度的改變以及應(yīng)力的影響。隨著運(yùn)行期限的增長(zhǎng)，鍋爐壓力容器壓力管線會(huì)受到破壞而產(chǎn)生蠕變裂紋。這些裂紋的產(chǎn)生部位有管線和集箱應(yīng)力聚集的地方和過(guò)熱發(fā)脹的管線外表等，并且部件會(huì)發(fā)生變質(zhì)、材料被破壞，最終相互脫離。蠕變裂紋會(huì)發(fā)展形成一條裂紋帶，主裂紋處于中心位置，而兩邊也會(huì)平行散布著大量裂紋。產(chǎn)生蠕變裂紋的損傷區(qū)域上有數(shù)量不等的小孔，這些孔洞沒(méi)有規(guī)律地連接起來(lái)，而且形態(tài)一般表現(xiàn)出米粒狀或橢圓形，并且蠕變裂紋的延伸走向是沿著晶體邊緣的。

3 控制鍋爐壓力容器裂紋產(chǎn)生的預(yù)防措施

在現(xiàn)代社會(huì)中，鍋爐壓力容器成了工業(yè)中必不可少的器材。鍋爐壓力容器在運(yùn)用的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)裂紋情況，在解決鍋爐壓力容器裂紋情況后，最合理的方法就是早發(fā)現(xiàn)、快解決，以確保鍋爐壓力容器的正常安全運(yùn)作，把安全隱患風(fēng)險(xiǎn)減少至最小化。

3.1 優(yōu)化質(zhì)量檢驗(yàn)流程與方案

檢驗(yàn)鍋爐壓力容器時(shí)，建立完備的實(shí)施方案和檢驗(yàn)程序，從而有效控制裂紋問(wèn)題，并完成對(duì)各種材質(zhì)的有效檢驗(yàn)，顯著提高各種材質(zhì)的使用合理性，使鍋爐壓力容器產(chǎn)品的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)規(guī)定是十分有必要的。設(shè)備檢驗(yàn)和原材料檢測(cè)都有著意義重大的影響，能夠?yàn)榻鉀Q整個(gè)檢驗(yàn)流程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題都帶來(lái)了方便。首先，做好在鍋爐壓力容器檢驗(yàn)流程中的梳理工作，認(rèn)真核對(duì)全部的材質(zhì)和零件，深入研究每一細(xì)節(jié)，嚴(yán)格規(guī)范檢測(cè)裝置制造工作的全過(guò)程，把裂紋的出現(xiàn)概率限制在最小化內(nèi)。

3.2 定期檢驗(yàn)鍋爐壓力容器裂紋產(chǎn)生

在檢查鍋爐壓力容器的時(shí)候，常常采用的檢查方式包括滲透檢測(cè)法、磁粉檢測(cè)法、超聲波聚焦檢測(cè)法以及射線檢測(cè)法等，最直接的優(yōu)點(diǎn)就是使用簡(jiǎn)單、檢驗(yàn)技能熟練和一目了然。檢測(cè)石油化工設(shè)備容器和燃油、天然氣容器之間的裂紋時(shí)，最常用的檢驗(yàn)方式就是超聲波聚焦檢測(cè)法，在大中型的鍋爐壓力容器裂紋檢驗(yàn)中，同樣可以起到積極效果。采用超聲聚焦式測(cè)試法中，將探測(cè)器模塊按環(huán)向一致地定在容器材料上，并通過(guò)超聲波模式順著容器材料壁方向發(fā)出低頻超聲，當(dāng)容器材料壁厚薄變化的情況下，在產(chǎn)生相應(yīng)比例的能量波及并對(duì)探測(cè)器反射后，達(dá)到了對(duì)同期不連續(xù)性的有效探測(cè)，并根據(jù)容器材料壁的厚薄判斷裂紋情況。與此同時(shí)，在安裝探頭組件時(shí)，容器的整體部分被完全包裹，與常規(guī)的超聲探測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，超聲波聚焦檢測(cè)法的使用性價(jià)比很高。

3.3 合理控制鍋爐壓力容器質(zhì)量

在制造鍋爐壓力容器制品時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量技術(shù)主管部門(mén)必須對(duì)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行嚴(yán)格審核、檢查，以保證所有的設(shè)計(jì)、制造工藝流程都符合國(guó)家有關(guān)生產(chǎn)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，有關(guān)技術(shù)人員也要仔細(xì)審核設(shè)計(jì)鍋爐壓力容器的資料，并適時(shí)替換不滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)、制造資料，以顯著提高鍋爐壓力容器的質(zhì)量。在制作鍋爐壓力容器的生產(chǎn)工藝中，企業(yè)要采用最有效的預(yù)防措施保證原材料和生產(chǎn)工藝的產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高鍋爐壓力容器的整體質(zhì)量。在監(jiān)督檢查整個(gè)生產(chǎn)流程中，監(jiān)察人員要全面、仔細(xì)地審核每個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)肅檢查每個(gè)環(huán)節(jié)，從細(xì)小之處入手把握整個(gè)生產(chǎn)流程，保證每個(gè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品質(zhì)量能達(dá)到有關(guān)規(guī)范要求，把鍋爐壓力容器在生產(chǎn)過(guò)程中由于技術(shù)問(wèn)題產(chǎn)生的裂紋現(xiàn)象限制在最小限度內(nèi)。當(dāng)然，制作人員也要嚴(yán)格遵循有關(guān)設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)范和管理程序，保質(zhì)保量地完成各種作業(yè)要求，盡可能減少人為因素導(dǎo)致的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 完善鍋爐壓力容器質(zhì)檢系統(tǒng)

鍋爐壓力容器屬承壓類(lèi)特種設(shè)備領(lǐng)域，因此可以建立完備的鍋爐壓力容器質(zhì)檢系統(tǒng)，通過(guò)不斷提高鍋爐壓力容器的質(zhì)量和質(zhì)檢工作效率，進(jìn)一步搞好對(duì)鍋爐壓力容器的質(zhì)檢工作，將鍋爐壓力容器裂紋的出現(xiàn)概率減至最低。同時(shí)，在對(duì)鍋爐壓力容器的全部制造流程中，也一直將質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)工作放在了核心地位，認(rèn)真檢驗(yàn)所制造商品的原材料質(zhì)量以及最后的成型質(zhì)量。因?yàn)殄仩t壓力容器制造的主體要素為原材料，所以鍋爐壓力容器的質(zhì)量直接受原材料質(zhì)量的影響，因此，為了遏制鍋爐壓力容器產(chǎn)品的裂紋問(wèn)題，就應(yīng)當(dāng)從嚴(yán)地把控原材料的質(zhì)量，為鍋爐壓力容器質(zhì)量的改善做好了充足準(zhǔn)備工作。

3.5 提升工作人員的綜合素質(zhì)

對(duì)鍋爐壓力容器實(shí)施檢測(cè)的過(guò)程中，質(zhì)檢人員、監(jiān)督人員等工作人員扮演著關(guān)鍵而無(wú)法取代的角色，因此，需要所有工作人員具有過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)技術(shù)與行業(yè)整體素養(yǎng)。檢測(cè)鍋爐壓力容器前，工作人員必須按照所測(cè)技術(shù)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)每項(xiàng)必檢工作和鍋爐壓力容器上的必檢部位進(jìn)行認(rèn)真檢查，出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，應(yīng)按照有關(guān)規(guī)范的要求采用切實(shí)可行的解決方法排除故障，確保鍋爐壓力容器整個(gè)壽命周期內(nèi)的安全使用。首先，檢測(cè)單位必須公平地錄用工作人員，并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定和一定的硬性要求錄用人員，每個(gè)工作人員都必須具有較強(qiáng)的安全操作技能，并需要達(dá)到一定程度的技術(shù)理論知識(shí)程度。其次，進(jìn)一步增強(qiáng)工作者的使命感，在檢測(cè)鍋爐壓力容器之前，必須嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展檢測(cè)工作，認(rèn)真仔細(xì)完成有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的每一必檢事項(xiàng)，不放過(guò)每一可能危及裝置安全的小問(wèn)題，把有關(guān)的檢測(cè)資料全部錄入完整，以確保檢驗(yàn)項(xiàng)目達(dá)到了良好的實(shí)際效果。

3.6 強(qiáng)化檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的安全管理

為了進(jìn)一步提高鍋爐壓力容器在生產(chǎn)中的質(zhì)量安全，檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)必須全面落實(shí)對(duì)鍋爐壓力容器的質(zhì)量監(jiān)督檢查制度與定期檢驗(yàn)工作責(zé)任制，使人們的生命財(cái)產(chǎn)安全有所保證。首先，提高檢驗(yàn)工作人員的自身責(zé)任意識(shí)，在檢驗(yàn)工作組織系統(tǒng)內(nèi)更多進(jìn)行檢查業(yè)務(wù)活動(dòng)，讓每個(gè)人參與檢查鍋爐壓力容器的工作人員都可以深切體會(huì)到工作職責(zé)的重要性，從而高度重視檢測(cè)工作，為安全管理工作提供有利條件。其次，檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)需建立健全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)，如及時(shí)給使用方下發(fā)檢查意見(jiàn)的通知單，對(duì)設(shè)備瑕疵如能及時(shí)修復(fù)，責(zé)成或督促其在限期內(nèi)進(jìn)行修復(fù)工作，從而提高鍋爐溫度及壓力容器的安全與穩(wěn)定性。最后，檢驗(yàn)檢測(cè)人員在檢查鍋爐壓力容器中遇到的問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)把問(wèn)題情況翔實(shí)記錄下來(lái)，把情況分享到檢測(cè)人員的公眾平臺(tái)上進(jìn)行溝通，將責(zé)任落實(shí)到個(gè)人，促使全體檢測(cè)人員積極參與交流，更加精準(zhǔn)地對(duì)問(wèn)題認(rèn)定，幫助全體檢測(cè)人員尤其是青年檢測(cè)人員提高知識(shí)儲(chǔ)備，增強(qiáng)其對(duì)問(wèn)題情況的認(rèn)識(shí)，為今后進(jìn)一步確保鍋爐壓力容器的檢測(cè)品質(zhì)打好基礎(chǔ)。

4 質(zhì)保體系的建立

質(zhì)保體系的建立，不但要保證基礎(chǔ)原料利用方法的合理性，而且還要保證對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐壓力容器生產(chǎn)的每一階段高質(zhì)量完成，想方設(shè)法地保障生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)最基礎(chǔ)原料的品質(zhì)提出嚴(yán)格要求。由于基礎(chǔ)原料不但會(huì)影響工業(yè)鍋爐壓力容器制造后成型的質(zhì)量，而且還會(huì)降低鍋爐壓力容器的運(yùn)行參數(shù)，影響設(shè)備在使用過(guò)程中的使用效果，所以首先要保證好最基礎(chǔ)的原料品質(zhì)，正確使用材料，保證生產(chǎn)過(guò)程中的順利進(jìn)行。因此，要想在真正程度上保證鍋爐壓力容器的制造品質(zhì)，避免裂紋的產(chǎn)生，就必須從工藝上入手，不但要依靠嚴(yán)格的程序來(lái)制造鍋爐壓力容器，還要嚴(yán)密地管理在生產(chǎn)過(guò)程中的損失，以避免在產(chǎn)品質(zhì)量方面產(chǎn)生的損失。在生產(chǎn)中必須仔細(xì)地審查圖紙，按照?qǐng)D紙具體制定某些設(shè)備的生產(chǎn)方案。

在制造流程中，工作人員也應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工藝的要求，防止操作失誤的出現(xiàn)。而且在鍋爐壓力容器的制造過(guò)程中也應(yīng)遵守相關(guān)的規(guī)章制度，從而為產(chǎn)品的質(zhì)量提供保障，確保工藝流程的合理運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快中，鍋爐壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的使用也日益廣泛，并且其保有量也在逐漸增加，同時(shí)鍋爐壓力容器的安全性運(yùn)行也成為不能忽略的重要問(wèn)題，而裂紋問(wèn)題也是鍋爐壓力容器最普遍的問(wèn)題之一。鍋爐壓力容器若發(fā)生嚴(yán)重裂紋，將會(huì)給機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行使用帶來(lái)很大的安全隱患，甚至?xí)l(fā)大量的安全生產(chǎn)事件。因此，鍋爐壓力容器的生產(chǎn)廠和質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，都應(yīng)該嚴(yán)格地依據(jù)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家規(guī)范，認(rèn)真負(fù)責(zé)地做好每項(xiàng)工作，并建立健全質(zhì)量監(jiān)督機(jī)制，使鍋爐壓力容器在出廠及使用周期內(nèi)出現(xiàn)的嚴(yán)重問(wèn)題及其裂紋等狀況減至最低，從而最大限度地保證鍋爐壓力容器安全生產(chǎn)工作順利進(jìn)行，為人們的生命安全以及財(cái)產(chǎn)安全提供保障。