鍋爐和壓力容器及壓力管道檢驗(yàn)中裂紋問題探討

姚俊峰

（本溪市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，遼寧本溪 117000）

0 引言

在工業(yè)領(lǐng)域中，鍋爐、壓力容器和壓力管道的應(yīng)用頻率越來越高，且在滿足各項(xiàng)生產(chǎn)需求的同時，不同的工況極易導(dǎo)致其中出現(xiàn)裂紋情況，進(jìn)而可能引起爆炸，所以需要開展相應(yīng)的檢驗(yàn)工作，并針對裂紋問題進(jìn)行有效控制。在開展檢驗(yàn)工作的過程中，主要針對裂紋的形態(tài)進(jìn)行分析，以掌握其性質(zhì)、類別及影響因素，從而可以掌握設(shè)備缺陷，了解設(shè)備整體安全性能及工作狀態(tài)，之后根據(jù)實(shí)際情況采用合理的措施，對裂紋進(jìn)行預(yù)防及處置?？梢?，針對鍋爐、壓力容器以及壓力管道檢測中的裂紋問題進(jìn)行探討具有重要意義。

1 鍋爐和壓力容器及壓力管道檢驗(yàn)內(nèi)容

在對鍋爐、壓力容器、壓力管道開展檢驗(yàn)工作時，首先需要了解其新舊程度以及距離使用期限的時間，之后觀察其外在的磨損情況，再了解鍋爐整體運(yùn)行環(huán)境，以明確裂紋出現(xiàn)的原因。

2 鍋爐和壓力容器及壓力管道裂紋問題

2.1 應(yīng)力腐蝕裂紋

鍋爐、壓力容器、壓力管道中出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋的主要原因是受到應(yīng)力影響和腐蝕影響。通常鍋爐、壓力容器、壓力管道之中，水介質(zhì)主要為堿水且濃度較高，會嚴(yán)重腐蝕容器管道，且此類型裂紋主要集中于集裝箱管座以及汽水管道兩個位置，因?yàn)檫@兩個位置與堿水接觸密切，并使金屬出現(xiàn)微觀改變，導(dǎo)致金屬晶體和邊界構(gòu)成電位差、能產(chǎn)生微弱電流，而在電流作用的影響之下極易發(fā)生裂紋問題。裂紋可以劃分成主裂紋、二次裂縫等多種不同類型，主裂紋能夠從晶體內(nèi)部穿過，而二次裂紋則沿晶體邊呈放射狀進(jìn)行發(fā)展。一般來說，奧氏體不銹鋼出現(xiàn)此類型裂紋的概率較低，但是在水汽環(huán)境之下，材料受應(yīng)力作用將會導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)，并呈樹枝狀發(fā)展[1]。

2.2 疲勞裂紋

疲勞裂紋出現(xiàn)的初期并無明顯表現(xiàn)，如果未對其進(jìn)行及時、有效的處理，將會逐漸出現(xiàn)延伸情況，導(dǎo)致裂紋面積越來越大，所以需要根據(jù)疲勞裂紋出現(xiàn)的原因選擇合理的措施。通常疲勞裂紋由機(jī)械、腐蝕、熱3 種因素引起。

機(jī)械裂紋主要出現(xiàn)的部位包括壓力容器、管道葉輪、管道葉片及輔助傳動設(shè)備。裂紋一般在材料缺陷位置、接頭位置，由加工導(dǎo)致的刀痕、尖角、小孔等位置開始出現(xiàn)，出現(xiàn)初期長度較短，但會隨時間發(fā)展而延長。

腐蝕裂紋為已經(jīng)出現(xiàn)的疲勞裂紋，在受到腐蝕作用、應(yīng)力作用的情況下構(gòu)成穿晶裂紋。此類裂紋在發(fā)展過程中會出現(xiàn)寬度逐漸增加的情況，且可能在壓力容器及壓力管道中引起腐蝕坑。如果腐蝕裂紋長時間處于振動等應(yīng)力環(huán)境之下，其形成速度及發(fā)展速度均會不斷提升。

熱疲勞裂紋出現(xiàn)的原因主要為金屬材料反腐強(qiáng)度低于拉伸強(qiáng)度。

2.3 過熱過冷裂紋

鍋爐壓力容器、壓力管道中所應(yīng)用的金屬板原材料，在加工環(huán)節(jié)中需要經(jīng)過軋制、焊接以及冷卻等多項(xiàng)工藝處理，也就必然要經(jīng)過不同的溫度環(huán)境，過程中溫度的變化幅度較大，極易產(chǎn)生過冷過熱問題，并導(dǎo)致金屬材料逐漸出現(xiàn)裂紋問題。一般過熱情況能夠使晶體發(fā)生氧化或融化，之后形成過熱裂紋，且若金屬材料的加熱溫度已經(jīng)在該項(xiàng)材料的臨界溫度以上，導(dǎo)致過熱裂紋出現(xiàn)的可能性較大，如果在經(jīng)過加熱處理后對材料進(jìn)行持續(xù)冷卻，例如焊接操作后進(jìn)入冷卻環(huán)節(jié)，也有可能導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)裂紋，并且此類型的裂紋隱蔽性較強(qiáng)，不易被察覺，所以出現(xiàn)安全隱患的可能性更大。由于熱裂紋問題與金屬結(jié)晶情況同步出現(xiàn)，所以熱裂紋之中能夠呈現(xiàn)出晶格破壞性的特點(diǎn)，特別是焊縫長時間暴露于空氣之中，能呈現(xiàn)出黑藍(lán)色或藍(lán)色[2]。

冷裂紋出現(xiàn)的概率通常較低，僅在溫度較低的狀態(tài)下或焊接后經(jīng)過較長時間才出現(xiàn)，同樣具有隱蔽性較強(qiáng)的特點(diǎn)，不易被察覺且檢測難度較大，但是冷裂紋一旦出現(xiàn)就極易導(dǎo)致嚴(yán)重危害。

2.4 蠕變裂縫

如果裂縫由應(yīng)力作用和溫度變化共同引起，且鍋爐設(shè)備有損傷情況也會引起蠕變裂縫。該類裂縫一般在集箱以及管道應(yīng)力較為集中的位置出現(xiàn)，如果管道表面存在過熱發(fā)脹情況，也會出現(xiàn)蠕變裂縫，并逐漸引起材料組織受損、組織分離以及設(shè)備變形等多種不良情況。從整體上來看，蠕變裂縫呈現(xiàn)出裂縫帶特征，中間為主裂縫、兩側(cè)裂縫呈平行狀態(tài)分布，同時易在受損區(qū)域形成大量孔洞，孔洞之間存在不規(guī)則連接情況，但整體上沿晶體邊界發(fā)展。

2.5 焊接裂縫

因?yàn)榘惭b過程較為復(fù)雜，焊接裂紋一般出現(xiàn)在安裝鍋爐壓力容器及壓力管道的過程中。導(dǎo)致焊接裂紋的原因有：①材料質(zhì)量不良，導(dǎo)致焊接效果受到影響；②工作人員專業(yè)能力和專業(yè)素養(yǎng)不足，操作過程中存在漏洞。在焊接裂紋情況出現(xiàn)后，傳輸介質(zhì)易發(fā)生泄漏，可能引起多種安全事故，不僅不利于管道自身的安全性，還可能導(dǎo)致鍋爐整體的安全性、穩(wěn)定性以及使用壽命受到影響[3]。

3 預(yù)防鍋爐和壓力容器及壓力管道裂紋的策略

上述的各項(xiàng)鍋爐、壓力容器和壓力管道裂紋問題應(yīng)該獲得充分重視，也就需要相關(guān)部門提升對此的認(rèn)識，并加強(qiáng)巡檢工作，以及時發(fā)現(xiàn)和解決裂紋問題并處置妥當(dāng)，避免各項(xiàng)安全事故，可以從以下5 個方面開展工作。

3.1 提升設(shè)計工作質(zhì)量

現(xiàn)代鍋爐結(jié)構(gòu)通常較為復(fù)雜，管道之間交錯現(xiàn)象十分普遍，為了保障設(shè)備及管道安裝以及應(yīng)用的合理性，必須優(yōu)化設(shè)計工作。要求設(shè)計工作人員首先充分了解工程實(shí)際情況以及鍋爐應(yīng)用需求，明確鍋爐運(yùn)行環(huán)境，有針對性的選擇原材料和加工工藝，之后合理布局鍋爐管道，保障各管道之間順暢且合理的銜接，以能夠提升運(yùn)行過程的安全性和穩(wěn)定性。在正式開展安裝工作之前，安裝工作人員應(yīng)與設(shè)計人員充分溝通，明確設(shè)計意圖和各項(xiàng)細(xì)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)其中存在問題，應(yīng)及時進(jìn)行協(xié)調(diào)和修改。另外，為了保障施工過程的順利，必須根據(jù)設(shè)計方案對施工內(nèi)容進(jìn)行合理劃分，同時明確各部分的責(zé)任，并將責(zé)任落實(shí)于個人，特別是需要明確標(biāo)記重點(diǎn)環(huán)節(jié)，以盡可能減少施工過程中的人為失誤情況，降低裂縫問題出現(xiàn)的可能性[4]。

3.2 加強(qiáng)各環(huán)節(jié)管控

在開展鍋爐、壓力容器、壓力管道的生產(chǎn)制造工作時，應(yīng)首先合理選擇原材料，強(qiáng)化原材料質(zhì)量的檢驗(yàn)工作和控制工作，同時不斷根據(jù)行業(yè)發(fā)展應(yīng)用新材料，或促使材料得到優(yōu)化，并積極提升生產(chǎn)制造技術(shù)水平，保障生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)均處于規(guī)范狀態(tài)，且生產(chǎn)結(jié)果能夠與相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)完全符合，以降低材料出現(xiàn)裂紋的概率，進(jìn)而降低成品出現(xiàn)裂紋的概率。另外，在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中，均應(yīng)開展嚴(yán)格的審核工作，以避免相關(guān)工作人員的操作失誤，降低設(shè)備運(yùn)行過程中的不良情況。

3.3 提升檢驗(yàn)力度

無論是鍋爐、壓力容器、壓力管道的加工完成開展驗(yàn)收工作，還是各項(xiàng)設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入到運(yùn)行和維修階段，均需對其開展全面的檢驗(yàn)工作，并進(jìn)行詳細(xì)記錄，以全面了解各項(xiàng)設(shè)備的變化情況，從源頭處對裂紋問題開展控制工作。并且，根據(jù)設(shè)備的投入使用時間，還應(yīng)合理調(diào)整檢驗(yàn)工作的頻率以及范圍，同時需要針對該將工作設(shè)置科學(xué)合理的檢驗(yàn)制度，以保障檢驗(yàn)工作的細(xì)致和完善。在檢驗(yàn)工作人員方面，也應(yīng)合理設(shè)置獎懲制度，以促使工作人員的責(zé)任意識以及工作積極性得到提升[5]。

3.4 提升檢驗(yàn)工作細(xì)致性

在開展鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗(yàn)工作的過程中，工作人員應(yīng)該充分認(rèn)識到自身工作的重要性，并能夠以裂紋問題實(shí)際情況為基礎(chǔ)，對其性質(zhì)、類別以及影響因素進(jìn)行充分分析，同時掌握其中的特征和形成原因，也就能夠選擇科學(xué)合理的措施解決裂紋問題，并可以為鍋爐設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

在生產(chǎn)和制造各項(xiàng)設(shè)備時及應(yīng)該對其中的各項(xiàng)檢驗(yàn)措施進(jìn)行嚴(yán)格落實(shí)，以保障產(chǎn)品各方面均與相關(guān)要求相符合，特別是需要針對產(chǎn)品原材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，同時具有針對性的開展生產(chǎn)過程控制工作，以避免生產(chǎn)過程中出現(xiàn)流程不正確、操作失誤或是細(xì)節(jié)落實(shí)不到位等不良情況，也就可以避免導(dǎo)致產(chǎn)品最終質(zhì)量受到影響。在產(chǎn)品出廠之前，還應(yīng)注重完善驗(yàn)收工作，確認(rèn)產(chǎn)品質(zhì)量合格，為其開具合格證明。方可出廠。

3.5 強(qiáng)化人為因素控制

在對鍋爐、壓力容器、壓力管道進(jìn)行檢驗(yàn)的過程中，人員主觀因素可能導(dǎo)致檢驗(yàn)效果受到影響，所以需要針對人員主觀因素進(jìn)行合理控制。首先。在開展加工工作之前，應(yīng)該開展原材料質(zhì)量檢驗(yàn)工作，保障檢驗(yàn)工作人員完全了解原材料相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)此開展細(xì)致的檢驗(yàn)及審核工作，及時明確其中不符合標(biāo)準(zhǔn)的材料，以避免產(chǎn)品最終效果受到影響。在進(jìn)行生產(chǎn)加工時，檢驗(yàn)工作人員需要針對其中的設(shè)計圖紙以及工藝技術(shù)的合理與否進(jìn)行檢驗(yàn)，以保障施工工藝以及技術(shù)與相關(guān)要求相符合，且各項(xiàng)工藝技術(shù)能夠得到充分落實(shí)。還應(yīng)針對加工人員進(jìn)行嚴(yán)格管理，避免加工人員的失誤導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。在完成產(chǎn)品加工后，還要及時開展抽檢工作，必要時應(yīng)進(jìn)行全面檢查，若其中存在問題則應(yīng)根據(jù)問題實(shí)際情況，及時優(yōu)化生產(chǎn)工藝技術(shù)，并進(jìn)一步完善工作流程，檢驗(yàn)工作結(jié)果也可以作為對各方面相關(guān)工作人員進(jìn)行評價和獎懲的主要依據(jù)[6]。

4 結(jié)束語

在鍋爐、壓力容器、壓力管道的應(yīng)用過程中，各項(xiàng)設(shè)備可能出現(xiàn)由應(yīng)力、疲勞或過冷、過熱等多方面因素引起的裂紋問題，并可能逐漸導(dǎo)致更加嚴(yán)重的問題，所以應(yīng)針對裂紋問題具體情況進(jìn)行分析，強(qiáng)化各方面管控工作，以降低裂紋問題出現(xiàn)的可能性。如果已經(jīng)出現(xiàn)，則應(yīng)進(jìn)行科學(xué)合理的處治，以提升鍋爐、壓力容器、壓力管道的應(yīng)用效果以及設(shè)備整體的運(yùn)行安全。