鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題研究

吳健

摘要： 鍋爐壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)，供熱供暖，工礦等場合經(jīng)常使用的機械設備，它是鍋爐與密閉壓力容器的合稱，可以承受較高溫度，較大壓強的金屬容器。鍋爐壓力容器由于其使用條件特殊，設備質量十分關鍵，一旦發(fā)生質量問題會危及人民的生命財產(chǎn)安全帶來較大風險。鍋爐壓力容器其壓力管道的檢驗十分重要，而管道表面裂痕是壓力管道經(jīng)常發(fā)生的失效模式之一，對鍋爐的質量有著重要的影響，本文從壓力管道裂紋的檢驗出發(fā)，探究金屬表面裂紋的產(chǎn)生原因及其預防措施。

關鍵詞：鍋爐；壓力容器；壓力管道；裂紋；檢驗

鍋爐是指通過加熱密閉容器中的水，產(chǎn)生蒸汽與熱水的密閉機械設備，其應用極為廣泛，在人民的日常生活中，工業(yè)生產(chǎn)過程中都有著重要的應用。鍋爐通過加熱產(chǎn)生蒸汽與熱水，需要較高的持續(xù)加熱，其密閉容器內的壓力較大，是典型的壓力容器，壓力容器具備一定危險性，其質量與可靠性十分關鍵，本文針對鍋爐壓力管道檢驗過程中裂紋的產(chǎn)生原因進行深入分析，提出預防裂紋的具體措施，希望對鍋爐壓力容器的制造與生產(chǎn)提供幫助。

一、鍋爐故障的危害及表現(xiàn)形式

如圖（1）所示，鍋爐是用于將水加熱產(chǎn)生熱水或水蒸氣的特殊機械設備，其密閉，內部高溫，高壓，鍋爐一旦發(fā)生故障，會產(chǎn)生火災，爆炸等嚴重危害人民生命財產(chǎn)安全的后果，因此鍋爐是重點檢驗設備。鍋爐產(chǎn)生故障后主要有下面三種表現(xiàn)形式：一、沖擊波，鍋爐內部承受高溫，高壓，如密閉腔內出現(xiàn)裂紋，內部介質會瞬間歪斜，產(chǎn)生強大的沖擊波，對周圍人員及事物造成非常大的傷害。二、碎片飛濺，鍋爐金屬外殼，在失效時由于破裂，在高壓作用下金屬碎片產(chǎn)生飛濺，會對周圍人員造成傷害。三、介質外泄，鍋爐內部充滿液體介質，在故障發(fā)生時，由于內部溫度高，壓力大，金屬破裂會造成液體泄露，高溫介質液體會傷害周圍環(huán)境以及人員。鍋爐發(fā)生故障，后果非常嚴重，因此對于鍋爐的檢驗，以及失效模式分析是企業(yè)重要的檢驗與維修工作 [1]。

二、 鍋爐裂紋產(chǎn)生的原因分析

鍋爐發(fā)生故障導致的爆炸，飛濺，沖擊，泄露危害巨大，因此鍋爐的檢驗工作特別重要，而鍋爐產(chǎn)生的故障有很多種，通過檢驗發(fā)現(xiàn)，壓力管道裂紋問題是鍋爐的主要故障，如圖（2）壓力管道裂紋，其失效模式以及產(chǎn)生故障的原因主要有以下幾個方面：

（一） 化學腐蝕導致的鍋爐開裂

鍋爐是密閉容器，內部高溫高壓，如果液體中存在酸或堿性物質，會對鍋爐內壁產(chǎn)生腐蝕作用，導致金屬電離，通常腐蝕現(xiàn)象是非常微小的，作用不明顯，但如果遇到應力，尤其是拉應力的作用，這種微小的腐蝕會最終導致裂紋的發(fā)生，腐蝕產(chǎn)生的裂紋在主裂紋附近常常伴有分支裂紋產(chǎn)生，裂紋呈樹狀發(fā)散，腐蝕裂紋常常被人們忽視，然而一旦發(fā)生后果非常嚴重。

（二） 過度運轉導致的裂紋

鍋爐是特種機械設備，許多工廠對其存在過度使用的現(xiàn)象，導致鍋爐在長期超負荷的運轉下其內部金屬密閉腔體處于長期的高溫與壓力的情況下，產(chǎn)生一定應力，長期的應力，以及機械運轉，密閉腔體就會產(chǎn)生細微的裂紋，長時間微小的裂紋也會逐漸擴大，最終導致鍋爐的故障。

（三） 加工工藝帶來的鍋爐裂紋

鍋爐設備是通過鋼板經(jīng)過焊接與拼接后形成的密閉腔體，在焊接過程中也容易產(chǎn)生裂紋，焊接裂紋也是鍋爐設備的失效模式之一。金屬焊接后需要進行冷卻，如果操作不當會導致冷裂紋，另外，鍋爐鋼板需要進行軋制，焊接，經(jīng)歷高溫，冷卻，溫度的變化，收縮會產(chǎn)生裂紋[2]。

（四） 蠕變帶來的鍋爐裂紋

鍋爐內部經(jīng)常會遇到高溫到冷卻的變化，這種極高溫度到降溫的變化如遇到內部應力，會導致蠕變裂紋的發(fā)生，壓力管道是應力集中最為明顯的地方，蠕變裂紋常常在裂紋附近出現(xiàn)細小的，大小如米粒壯的圓形空洞，蠕變裂紋產(chǎn)生同時會伴有管道變形的現(xiàn)象發(fā)生。

三、 預防鍋爐壓力管道裂紋的措施

對于鍋爐裂紋的控制要以預防為先，遇到故障快速處理，做到定時維護，提高鍋爐的安全與可靠性。

（一） 提高鍋爐制作質量

作為壓力容器，其原料的品質，制造技術與設備檢驗是保證鍋爐質量的關鍵，鍋爐制造過程中首先從原料入手，嚴格控制原料，對加工過程中的關鍵工序進行重點控制，如焊接，熱處理等，生產(chǎn)制造流程符合規(guī)范并滿足設計要求，將加工過程中產(chǎn)生的裂紋降到最低。

（二） 加強檢驗

鍋爐投入運行后，對其定期檢驗，對關鍵失效模式進行預防是保證鍋爐工作期間可靠性的重要手段。日常檢驗必須有記錄，要對關鍵檢驗項目重點檢驗，引進先進的檢驗方法，不放過微小的裂紋，發(fā)現(xiàn)問題及時維護，保證鍋爐的長期可靠性。

四、 結束語

綜上所述，鍋爐壓力容器是特殊的機械設備，其產(chǎn)生故障危害性極大，裂紋是鍋爐壓力容器的主要失效模式，包括化學腐蝕裂紋，過度運轉導致的裂紋，加工工藝帶來的裂紋，蠕變帶來的鍋爐裂紋，為防止鍋爐裂紋的產(chǎn)生要嚴格控制鍋爐的來料品質，定期檢驗，保證鍋爐的使用壽命及可靠性。

參考文獻：

[1]吐爾洪江·托合提， 阿吉木·阿不來. 鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題[J]. 科學技術創(chuàng)新， 2017（12）：139-139.

[2]蔡政國. 鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中裂紋問題及預防處理方法分析[J]. 現(xiàn)代制造技術與裝備， 2017（6）：155-155.

（作者單位：江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院鎮(zhèn)江分院）