浅谈锅炉压力容器压力管道检验的裂纹问题

2020-07-15张丽亚承红江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院江苏常州213000

化工管理 2020年18期

张丽亚承红（江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院，江苏常州213000）

0 引言

锅炉压力容器压力管道是承受压力的密闭容器，在工业实际环境下，锅炉压力容器压力管道的运行通常是处于非常复杂的内外部环境之中，许多不利因素导致容器管道产生裂纹，在压力作用下这些裂纹容易引起容器的韧性破裂、疲劳、腐蚀、蠕变等缺陷，在极大程度上威胁着系统的安全稳定运行，必须严加防范。

1 裂纹的分类

在压力容器压力管道的诸多缺陷中，裂纹通常是混合存在的，并不局限于单一的形式而存在，由于压力容器在生产工艺过程中所发挥的作用不同，例如有些压力容器中发生的是化学反应，有些是发生换热反应，有些是发生物理分离等，不一样用途的锅炉压力容器，所形成的裂纹也不一样。通常，根据压力容器和压力管道产生裂纹的原因进行分析，大部分裂纹问题可以归结为以下几种：

（1）焊接裂纹；

（2）腐蚀裂纹；

（3）疲劳裂纹；

（4）蠕变裂纹；

1.1 焊接裂纹

焊接裂纹主要产生于的容器和管道最初的制造加工过程中，现代加工工艺通常是用特殊的金属板卷材轧制、焊接、冷却等加工程序形成，在焊接应力和其他致脆因素作用下，焊接时由于焊接环境中多种因素的影响，某些部位的金属原子在相互结合时结构遭到损伤，致使接合面出现细小的裂缝，逐步扩大延展演变为焊接裂纹。焊接加工过程中每道程序都需要对温度进行严格控制，温度过高或者温度过低都会使金属表面产生裂纹，当焊接的温度过高超过金属自身的临界温度时，金属晶体过氧化，容易产生过热裂纹。在另一个焊接阶段冷却过程中，处理不当也会引起金属裂纹，这是由于焊缝在不同溶解度过饱和氢扩散聚集导致显微氢裂痕，进而会产生冷裂纹。某些压力容器的冷裂纹不容易通过常规的检验手段所发现，在长时间的使用过程中会逐步暴露出来。这些隐藏的裂纹虽然在很长时间不会表现出来，但同样给锅炉压力容器和压力管道的安全运行带来巨大安全隐患。

针对焊接造成的锅炉压力容器裂纹问题，一部分能够从工件的表面肉眼观察发现缺陷。还有一部分需要借助微观金相显微镜或透射电子显微镜观察才能够发现。集中类型的焊接裂纹如图1所示：

图1 焊接裂纹（宏观裂纹、微观裂纹、超显微裂纹）

1.2 腐蚀裂纹

锅炉的腐蚀裂纹往往是在容器受压状态下，由于碱性作用因素侵蚀和拉应力的作用下导致产生苛性脆化。由于容器内的介质具有较大的腐蚀性，在容器内部防腐蚀层破坏以及内外压力作用下，就容易产生腐蚀性裂纹。腐蚀裂纹大多数集中在容器容易接触到腐蚀性介质的特定部位，。在构件金属原子接触到腐蚀性物质后，金属微观组织发生不可逆变化。通常这些变化是缓慢而微小的，只有在通过显微镜观察某一时间段前后的微观镜像后才能够发现，其特点是在第一道腐蚀裂纹产生后，沿着金属晶体的边界会逐步产生第二道、第三道次生裂纹，最终形成以主裂纹为主干，次生裂纹为枝干的树状结构。

1.3 疲劳裂纹

对于金属材质的器件而言，金属疲劳是不可避免地一个话题，由于使用需要，锅炉容器和压力管道往往需要承受不均匀变化的应力作用，这就造成容器和管道检验时常见的疲劳裂纹。抗疲劳强度较高的金属材料不容易产生疲劳裂纹，但对于常规的金属材质而言，金属疲劳是难以避免的。疲劳裂纹一方面与容器和管道的材质有很大关系，另一方面和介质流动速度、介质容量的变化频率以及介质重量等均有一定关系，在应力变化等多种因素的共同作用下，疲劳裂纹的变化往往是从表面到内部，从细微的直线到散射状的曲线，从材料自身缺陷部位到材料非缺陷区，逐步扩展，最终形成严重的缺陷。值得注意的是，在疲劳裂纹的基础上，腐蚀性介质和应力相互作用下，裂纹的发展速度会加快，此时形成的穿晶裂纹，在疲劳裂纹的影响下，容器和管道的抗拉伸能力减小，在震动极易引发爆裂等危害。

1.4 蠕变裂纹

蠕变裂纹多发生在压力管道的应力集中位置和温度过热区域，由于温度冷热变化以及应力的改变，材料组织会在损伤区域形成大小不同的穿孔，这些穿孔多数呈现无规则的排列，并随着时间的推移逐步扩大形成一个裂纹带。金属组织相互分离，容器和管道设备出现形变。蠕变裂纹给设备的安全运行带来了极大的隐患，需要在日常检验时严格防范。通常，蠕变裂纹的检验可以重点集中在几个重点区域，例如管道折弯处、容器接头焊接处、介质出入口处，这些区域在应力变化和温度变化方面承受较大的变化，是蠕变裂纹的高发区。

2 针对裂纹的解决方法

裂纹的出现伴随着锅炉压力容器和管道的全生命周期，具有较长的时间跨度和较广的检验范围，防范裂纹灾害应重点放在预防工作上。通过定期检验，及时发现锅炉安全隐患，不仅能够减少裂纹灾害给生产生活带来的生命财产损失，而且能够切实提高设备使用寿命和安全系数。概括来说，主要从以下几方面着手：

2.1 对锅炉压力容器压力管道检验的各个环节严加管理

首先，要明确各种裂纹缺陷所产生的根本原因，从源头进行防控。从制造锅炉压力容器和管道，以及相关附属设备的材料检验开始。围绕材料性能，对其不断改进。在锅炉压力容器的制造过程中，严格按照生产检验标准，有效控制各个环节的半成品质量，将过程中造成裂纹的因素减到最低，通过多重检验机制，及时淘汰不良品。其次，科学检测锅炉压力容器压力管道运行的状态，确保工作人员按照生产标准进行操作，防止在生产过程中出现失误。要对锅炉使用过程进行规范的监督管理，此过程重要的是提高检测人员的技术操作水平，并发挥现代检测技术手段的优势及时排查出裂纹缺陷。

2.2 加强对锅炉压力容器压力管道的检验力度

压力容器压力管道的检验工作是及时发现锅炉压力容器安全隐患的重要方法，作为特种设备，其检验工作必须遵照相应的流程和规范。首先，锅炉设备在建成后要按照标准流程进行验收，在投入使用之前要进行二次检查，另外，在日常使用过程中，要形成规范的周期检查制度，并在每次检查时做好详细的记录，这样有助于技术人员及时准确地追踪锅炉压力容器系统变化特性，进而有助于从根本上防患于未然，减少裂纹造成的安全隐患。对于服役时间较长的锅炉设备，要重点增加检验频率，细化检验内容，扩大检验范围。此外，要建立健全相关检验制度，对检验工作者的行为进行规范。