魏生軍 李富富 祁昶

新疆蘭石重裝能源工程有限公司 新疆 哈密 839000

引言

鍋爐、壓力容器、壓力管道被廣泛應用于能源開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)等領域，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構所處的工作環(huán)境復雜，長時間運行容易產(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成為鍋爐企業(yè)面臨的難題。本文對鍋爐、壓力容器、壓力管道的裂紋檢驗進行分析，提出鍋爐壓力管道裂紋的預防措施與方法，以期為相關研究提供參考。

1 鍋爐、壓力容器、壓力管道的檢驗檢測內(nèi)容

鍋爐、壓力容器、壓力管道定期檢驗是目前承壓類特種設備檢驗檢測的基本要求。在檢驗過程中，在使用單位進行自檢合格基礎上，由專業(yè)檢驗機構進行檢驗，通常包含設備內(nèi)外部的外觀尺寸檢驗、壁厚測定、無損檢測、理化檢測、水壓試驗等內(nèi)容。檢驗內(nèi)容主要包括基礎技術資料審查、設備位置和外觀質(zhì)量、管道焊縫質(zhì)量、管徑的周長和外徑測量、安全附件檢查等[1]。掌握設備的基本數(shù)據(jù)信息情況、制造安裝施工情況、維修改造情況、安全附件檢定情況，對設備的外觀、安全保護裝置等進行檢查，對設備本體進行焊縫、熱影響區(qū)、應力集中部位等進行檢查。鍋爐外部檢驗主要是在鍋爐正常運行狀態(tài)下進行的安全性能檢測，一般1年進行1次。鍋爐內(nèi)部檢驗一般在鍋爐停止使用狀態(tài)下進行，檢驗周期一般是2年1次。特殊情況下，也需要提前進行內(nèi)外部檢驗，如鍋爐移裝后在投入使用前、鍋爐停運后恢復運行時、鍋爐變更燃燒方式、鍋爐安裝自控系統(tǒng)等專業(yè)設備時都需要進行。因為鍋爐是以水或者其他液體作為介質(zhì)來傳導熱能的設備，需要對鍋爐內(nèi)部承壓部位的強度、嚴密性等進行檢測驗證，在內(nèi)外部檢驗的同時，必要時還需要進行水壓試驗，檢驗檢測結論不合格的設備不得投入使用。

2 鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗中的裂紋問題

2.1 疲勞裂紋

一般來講，疲勞裂紋是鍋爐容器長期使用后最容易出現(xiàn)的裂紋種類。疲勞裂紋如果不及時發(fā)現(xiàn)和處理，還會擴展成腐蝕疲勞裂紋和機械疲勞裂紋。整體上講，疲勞裂紋是燃料等介質(zhì)與鍋爐表面接觸比較集中的部位受壓程度過大導致的，后續(xù)會在兩者的接觸面四周連鎖產(chǎn)生大面積的裂紋，簡稱機械疲勞裂紋[2]。這時，裂紋的侵襲還在繼續(xù)，往往不起眼的裂縫會隨著使用頻率的增加逐漸向容器內(nèi)部呈隧道式擴展延長，比較明顯的裂痕也會因接觸面受迫力的增加而加倍蔓延；鍋爐容器產(chǎn)生蒸汽的過程會因為劇烈燃燒產(chǎn)生不可避免的震動，然而，震動產(chǎn)生的應力再加上物質(zhì)間接觸產(chǎn)生的壓力會共同造成腐蝕性疲勞裂紋。這是由于容器使用時間的增長會使原有的疲勞性裂縫在長度和寬度上大大增加，進而使含有刺激性或腐蝕性物質(zhì)的燃料日積月累、見縫插針地填滿一個個裂縫，最終不僅會腐蝕和擴大原有裂縫，而且這也是降低壓力容器質(zhì)量水平的元兇之一。

2.2 應力腐蝕裂紋

由于壓力容器在實際運轉過程中，其內(nèi)部所裝載的物品都具有強堿性，這也使其在一定的化學作用下會產(chǎn)生反應，產(chǎn)生較為顯著的電位差，這就是應力腐蝕問題。同時，在粒子作用的引導下，應力腐蝕還會在當前的腐蝕面上展開輻射性擴散，從而引發(fā)裂紋出現(xiàn)。而從另一個角度上來看，壓力容器和壓力管道中的內(nèi)外應力，其在最大部位上也會由于苛性脆化使得原本出現(xiàn)的裂紋呈現(xiàn)出一種由內(nèi)向外輻射的狀態(tài)，長期如此就會引發(fā)較為嚴重的安全事故出現(xiàn)[3]。通常情況下，由于應力腐蝕而出現(xiàn)的裂紋，其都呈現(xiàn)出一種放射狀態(tài)，其在外形上與蜘蛛網(wǎng)較為類似，具備從內(nèi)向外逐步輻射的特性，這就需要工作人員在展開安全檢查工作的過程中，對應力腐蝕問題保持高度重視，避免其對工業(yè)企業(yè)帶來額外的經(jīng)濟損失，而裂紋通常都會隨著主裂紋的方向而逐步向外擴散，在腐蝕達到一定程度時就會引發(fā)質(zhì)變，主裂紋與支裂紋的紋路十分清晰，但這種因應力腐蝕而產(chǎn)生的裂紋現(xiàn)象，其不會引發(fā)壓力鍋爐鋼板變形等問題出現(xiàn)。

2.3 焊接裂紋

焊接裂紋主要是在管道安裝過程中產(chǎn)生的，它是由于焊縫中原子結合遭受到破壞，從而形成新的界面而產(chǎn)生的裂縫。焊接裂紋通常存在焊縫的熱影響區(qū)，角焊縫表面缺陷區(qū)和具有較大殘余應力的焊縫處。根據(jù)焊接裂紋形成的條件，可以分成冷裂紋、熱裂紋、層狀撕裂和再熱裂紋。其中，熱裂紋通常發(fā)生于焊縫金屬凝固末期，又稱為結晶裂紋。熱裂紋通常沿晶界開裂，裂紋表面有氧化色彩，同時失去金屬原有的光澤。管道的熱裂紋通常發(fā)生在雜質(zhì)較多的碳鋼、奧氏體不銹鋼和低合金鋼等材料的焊縫中。冷裂紋指在焊縫冷卻至馬氏體轉變溫度點以下而產(chǎn)生的裂紋，通常在焊后一段時間后發(fā)生，因此又稱為延遲裂紋。鋼的淬硬傾向、拘束應力和焊接接頭中的擴散氫含量是致使冷裂紋發(fā)生的原因。冷裂紋的開裂方式分為穿晶開裂、沿晶開裂和二者混合出現(xiàn)。冷裂紋主要產(chǎn)生于熱影響區(qū)，少數(shù)發(fā)生在焊縫上[4]。再熱裂紋主要發(fā)生在焊接接頭冷卻后隨后又加熱至500~650℃時而生成的裂紋。再熱裂紋主要發(fā)生在添加Mo、Ti、Nb、Cr等金屬元素而具有沉淀強化的材料中的焊接熱影響區(qū)中，再熱裂紋一般由熔合線向熱影響區(qū)中的粗晶區(qū)擴展，具有晶間開裂的特點。層狀撕裂是焊接時在焊接構件中沿鋼板軋制方向形成的顯階梯狀的一種裂紋。層狀裂紋也屬于冷裂紋的一種，主要產(chǎn)生于鋼材的軋制過程中，夾雜在其中的Al2O3、硅酸鹽類和硫化物等雜質(zhì)形成各向異性，導致層狀裂紋的發(fā)生。

3 鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗中的裂紋預防措施

3.1 健全管理結構體系

做好對各種壓力管道和壓力容器的裂紋管理工作，對企業(yè)的安全生產(chǎn)具有非常重要的意義，通過分析裂紋產(chǎn)生原因，找出補救措施，從而能為企業(yè)減少經(jīng)濟損失。裂紋管理是一項復雜的管理工作，需要從管理模式和相應的技術手段兩方面入手。首先需要在制度上建立健全管理體制，相關部門要各司其職，協(xié)調(diào)合作，暢通溝通交流的渠道，通過制度的約束，嚴格管理相應的工作人員，保障各項工作有序、高效、規(guī)范化的開展，減少人為失誤而引起的種種問題；其次，要引進先進的檢測技術，提出減少裂紋產(chǎn)生的合理化意見。相關檢驗檢測機構可以利用現(xiàn)代化的技術檢測手段，對企業(yè)在實際生產(chǎn)中遇到的問題進行詳細分析，分析裂縫產(chǎn)生原因，是人為因素還是工藝流程所導致的，進而提出改善措施，從源頭解決問題，既降低了生產(chǎn)成本，又提升了工作效率，通過技術解決問題。

3.2 加強原材料包括焊材管理和質(zhì)量檢測

各種壓力管道、壓力設施在制造安裝的過程中，對原材料、技術流程都有嚴格的要求，原材料質(zhì)量不合格，再完善的工藝流程都生產(chǎn)不出合格的產(chǎn)品，因此，在使用原材料時，要對相關人員嚴格要求，從原材料的購置、運輸、儲存、驗收等環(huán)節(jié)都要有明確的規(guī)定，明確各部門的具體職責，在管理上做到精細化管理，防止因某個環(huán)節(jié)疏忽而使用了質(zhì)量不合格的原材料。同時，在投入使用前還要進一步確定材料的可靠性，可以通過相關實驗檢測材料的抗腐蝕性、機械性能等相關要求，全面杜絕以次充好，從而保障生產(chǎn)安裝的產(chǎn)品質(zhì)量過硬，安全可靠，有較長的使用壽命。

3.3 做好鍋爐定期檢查工作

定期對鍋爐設備的巡檢工作也是必不可少的。對此檢查人員和施工人員可以結合實際作業(yè)情況制定出科學系統(tǒng)的檢查與保養(yǎng)保修方案，包括詳細的設備故障應急處理措施等，針對每次檢查的設備零件要詳細記錄好檢驗日期、檢驗時的狀態(tài)及建議處理措施等重要內(nèi)容并完整保存歸檔，這樣不僅可以潛移默化地提高檢驗員和技術員遇到緊急問題的應對能力，而且能極大地降低鍋爐和管道出現(xiàn)裂縫的風險。

3.4 規(guī)范質(zhì)量檢驗程序

原材料的質(zhì)量檢驗環(huán)節(jié)有著十分重要的作用，甚至會直接影響鍋爐壓力容器的生產(chǎn)質(zhì)量，通過對原材料的質(zhì)量把控，能夠在源頭上避免裂紋問題出現(xiàn)。因此，這就需要對原材料選擇、原材料運輸和原材料加工等多個工作環(huán)節(jié)進行嚴格檢測，并且在明確每種原材料應用標準的前提下，做好對零件的檢驗工作，確保每個零件都能夠得到嚴格的檢測，避免因為某個小零件存在的問題而對壓力容器整體功能產(chǎn)生破壞。所以，從零件生產(chǎn)環(huán)節(jié)及加工環(huán)節(jié)的角度上來看，不僅需要明確基本的質(zhì)量檢驗程序，還要將生產(chǎn)標準作為主要依據(jù)，對操作程序進行規(guī)范，防止因操作問題而對鍋爐質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。除此之外，為了保證檢驗工作的開展質(zhì)量，還可以找尋社會中的第三方機構進行再次檢驗，避免其中出現(xiàn)檢驗漏洞，通過多重檢驗的方式有效排除其中存在的安全隱患。

3.5 加強裂紋檢驗管理

鍋爐壓力管道檢驗需要結合其工作環(huán)境、技術資料，確定壓力管道檢驗頻率和方法，便于檢驗管理。①對鍋爐壓力管道的工作環(huán)境進行分析，記錄鍋爐壓力管道的有效使用時間、檢驗管道溫度、輸水、放水環(huán)境等，對溫控系統(tǒng)進行檢驗，確保工作環(huán)境處于管道正常工作范圍。②對技術資料進行核準，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。③對管道設備運行進行管理，疲勞操作和設備過度運轉會減少設備使用壽命，縮短使用年限，因此需要加強管道控制管理，避免過度使用，從而減少裂紋的產(chǎn)生，確保設備使用安全。④提高檢驗頻率，建立定期檢驗制度，如果發(fā)現(xiàn)物理性裂紋，可以通過檢驗查出問題，對裂紋進行打磨消除、補焊修復，無法修復時更換設備。

3.6 加大日常維護工作的開展力度

日常維護工作屬于保證鍋爐壓力容器能夠正常運轉的關鍵所在，這就需要根據(jù)實際情況構建出更加規(guī)范的維護檢驗體系。首先，要對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢驗工作進行規(guī)范，建立具有指導作用、約束作用的管理體系；其次，由于壓力管道在工作狀態(tài)中，很難對裂紋問題進行預防，這就需要重點提升操作人員的應急處理能力，在鍋爐處于停爐狀態(tài)時來釋放壓力，并做好必要的檢查；最后，在日常維護工作中，還要制定詳細的定期檢查計劃，定期對鍋爐壓力容器中的各個零部件進行更換。

3.7 提升操作人員的技能水平

從整體的角度來看，鍋爐、壓力容器、壓力管道在運轉過程中所出現(xiàn)的裂紋，其不僅是由于內(nèi)外壓力的影響而出現(xiàn)的，同時，也與工作人員自身的操作水平有著緊密聯(lián)系。因此，為了有效降低裂紋的發(fā)生概率，就要重點提升操作人員的操作水平，確保鍋爐在啟動階段到后續(xù)的停爐階段，都能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)過渡，對爐內(nèi)溫度進行科學合理的控制，防止出現(xiàn)過冷或是過熱等問題，以此大幅度降低因溫度變化所引發(fā)的裂紋問題出現(xiàn)。所以，操作人員要嚴格按照規(guī)定要求來進行操作，確保鍋爐能夠處于良好的運轉狀態(tài)中，以此來有效延長鍋爐的具體使用壽命，而相關工業(yè)企業(yè)也要提高鍋爐操作工作的準入門檻，為那些剛剛入職的工作人員提供必要的技術培訓，幫助其明確那些能引發(fā)裂紋出現(xiàn)的因素，以此進一步降低裂紋對鍋爐壓力容器產(chǎn)生的不良損害。

4 結束語

鍋爐、壓力容器、壓力管道的裂縫可能發(fā)生在鍋爐運行的每個環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)裂縫，就會嚴重危害鍋爐的安全穩(wěn)定運行。為保證鍋爐穩(wěn)定運行，有關人員很有必要更加重視鍋爐、壓力容器和壓力管道的裂縫檢查，應用科學的檢驗方法來及時發(fā)現(xiàn)、提前預防、優(yōu)化處理鍋爐運行中的壓力管道裂紋，從而為我國鍋爐企業(yè)的發(fā)展提供支持。