锅炉压力容器裂纹的形成原因及预防措施

胡冀轩

（江西省锅炉压力容器检验检测研究院，江西南昌 330000）

1 压力容器定期检验与维护的重要意义

压力容器通常用来装载和运输腐蚀性介质（如无水氟化氢），其内筒体易出现被腐蚀和筒壁厚度减薄的情况，尤其是筒节间的对接焊缝及其热感应区域，作为压力容器内部最为薄弱的部位，最容易出现裂纹等缺陷，严重危害压力容器的安全运行。压力容器内部存在裂纹时，可能出现有害介质泄露的情况，在高压的影响下会发生爆炸的恶性事故。需要定期开展检验和维护工作，避免给国家工业资源造成损失，给周围人的生命财产安全和自然环境造成无法挽回的巨大损害。

2 控制锅炉压力容器裂纹的预防措施

在现代社会中，锅炉压力容器是工业生产必不可少的设备。在锅炉压力容器的使用过程中，经常出现裂纹问题。处理锅炉压力容器裂纹问题时，最有效的方式是早发现、早处理，保证锅炉压力容器的安全运行，将安全隐患问题控制到最小。

2.1 完善质量检验流程及方案

检测锅炉压力容器时，制定完善的实施方案和检测程序，高效地控制裂纹问题，实现对所有材料的有效检测，显著提升各种材料的使用合理性，使锅炉压力容器质量满足设计要求。设备检测和原材料检测具有意义深远的影响，为处理整个检测过程中发现的各类问题提供便利。做好锅炉压力容器检测过程中的梳理工作，仔细核查所有的材料和零部件，细致研究每一个细节，严格检验设备生产运行的全过程，将裂纹的发生概率控制到最低。

2.2 定期检验锅炉压力容器裂纹

检验锅炉压力容器时，经常使用的方法包括渗透检测法、磁粉检测法、超声波聚焦检测法、射线检测法等，方法最直接的优势为操作简便、技术娴熟和一目了然。检验石化装置容器和油、气容器的裂纹时，最常见的检测方法为超声波聚焦检测法，在大型锅炉压力容器裂纹检测中依然能够发挥积极作用[1]。

使用超声波聚焦检测法时，将探头模块环向均匀地固定在容器中，使用超声波模式顺着容器壁发射低频超声波，在容器壁厚度发生变化的位置，会有一定比例的能量波及时向探头反射，实现对同期不连续性的有效检测，依据容器壁的厚度分析裂纹位置。设置探头模块后，容器的整体区域被全部覆盖，与传统的超声波检测法进行比较，超声波聚焦检测法的应用价值极强。

2.3 科学管控锅炉压力容器质量

生产锅炉压力容器产品前，制造单位质量技术部门应做好施工图纸的审查工作，确保所有的设计制造工艺流程满足相关制造标准的要求。相关技术人员应认真检查压力容器的制造材料，及时更换不符合制造标准的生产材料，显著提升锅炉压力容器的产品质量。

制造锅炉压力容器的过程中，应采取积极的措施控制原材料和制造过程的质量，保证锅炉压力容器的成品质量。在监督检验整个制造过程时，监督检验人员应全面、细致地检查每一个环节，严格审查每一道工序，从细微之处着手掌控整个制造过程，确保所有环节的质量能够满足相关标准要求，将锅炉压力容器在制造过程中因工艺原因出现的裂纹问题控制在最小范围内。生产制造人员应严格按照相关的设计制造标准和管理程序，保质保量地完成各项工作任务，尽可能减少人为原因造成的产品质量隐患。

2.4 完善锅炉压力容器质量检验体系

锅炉压力容器属于承压类特种设备范畴，可以创建完善的锅炉压力容器质量检验体系，不断地提升锅炉压力容器的检验质量和效率，做好锅炉压力容器的质量检验工作，使锅炉压力容器裂纹的发生概率降到最低。在锅炉压力容器整个制造过程中，始终将质量监督检验工作放在核心位置，认真检验制造产品的原材料质量和最后的成品质量。

锅炉压力容器制造的基本要素为原材料，锅炉压力容器的质量直接受原材料质量的影响，为了控制锅炉压力容器的裂纹问题，应严把控原材料的质量，为锅炉压力容器质量的提升做好充分的准备工作。检验锅炉压力容器生产过程中的质量问题时，质量检验人员应做好产品制造全流程的监督检验工作，从根本上确保锅炉压力容器的产品质量能够满足相关设计标准。

2.5 提高检验人员的业务综合素质

对锅炉压力容器进行检验的过程中，检验人员发挥着重要且不可替代的作用，要求检验人员具有过硬的专业技术水平和业务综合素质。检验锅炉压力容器时，检验人员应依据所检设备的相关国家标准与规程，对每一个必检项目以及锅炉压力容器上的必检位置进行仔细检测，发现问题（如在焊缝周围发现裂纹）时，立即依据相关规程的规定，采取切实有效的处理措施处理问题，使锅炉压力容器在使用周期中的安全运行得到保障。

（1）检验机构需要公正地招聘检验人员，依据行业的相关要求设置相应的硬性条件（如是否具备特种设备检验员上岗证等）招聘检验人员，所有检验人员需具有较高的安全操作能力，必须具备一定限度的专业理论知识水平。

（2）不断提升检验人员的责任担当意识，在检验锅炉压力容器时，严格依据相关规程和标准规定执行检验，认真仔细做好规程要求的每一个必检项目，不放过任何一个可能影响设备安全的小隐患，将相关的检验信息记录完整，使检测工作取得最佳的实际效果。

2.6 检验机构加强安全管理

为了不断提升锅炉压力容器在工业生产中的安全性，检验机构必须全面落实锅炉压力容器的监督检验和定期检验工作制度，使人们的生命财产安全得到保障。

（1）提升检验人员的自身责任意识，检验机构系统内部多开展检验业务交流活动，使每一位从事检验锅炉压力容器的检验员都能够深刻感受到工作责任的重大，高度重视设备检验质量，有利于开展安全管理工作。

（2）检验机构创建完善的监督管理制度，譬如在检验过程中一经发现缺陷（如裂纹等），立即采取相应措施处理，（如对使用单位下达检验意见通知书，设备缺陷若能修复，责令并监督其在限期内完成整改工作），显著提升锅炉压力容器的安全性和可靠性。

（3）检验人员在检验锅炉压力容器时发现存在缺陷（如裂纹等），可以将缺陷情况详细记录下来，将案例分享在检验机构的公共平台上进行交流，实现责任落实到人，让所有检验员参与讨论，更准确地为缺陷定性，使所有检验员特别是年轻检验员增加经验储备，加深对缺陷情况的理解，为今后更好地保障锅炉压力容器的检验质量打好基础。

3 案例分析

3.1 设备存在的缺陷

检验泉州某石化企业压力容器的过程中，发现很多台分馏塔顶后冷器壳程筒体内有裂纹存在，分馏塔顶后冷器使用16MnR材料构成，油气是主要的壳程介质类型。此次检验过程中，发现有裂纹的分馏塔顶后冷器筒体的数量为7台，裂纹的位置为筒体内表面的焊缝位置处，且环焊缝上的裂纹比较集中，纵缝上出现的裂纹数量比较少。裂纹的分布形式为横向分布，与焊缝保持垂直的状态，裂纹以树枝状为主。

3.2 分析原因

（1）分馏塔顶的后冷器的主要作用为对分馏塔顶馏出的油气和PX装置排出的轻烃进行分离，在分离的过程中，应采取水冷措施给予处理，分离的产物为粗汽油和富气。分离过程中的温度保持约50 ℃，装置内部会有轻烃、硫化氢、水等混合物存在，经常发生湿硫化氢腐蚀的现象。在详细分析裂纹后发现，与介质接触的壳体内部表面易于出现裂纹，材质的金属组织无异常表现，证明裂纹的主要诱因为介质腐蚀。

（2）设备使用了很多年，上一年度检查完好无损，但是使用单位在本年度更改了生产工艺和缓蚀剂，使硫化氢分压和湿硫化氢环境的pH值发生改变，导致腐蚀裂纹出现。

（3）分析压力容器的裂纹，发现裂纹主要出现在焊缝位置处，圈焊缝和环焊缝是出现裂纹的核心位置，热影响区和母材上也存在不同程度的裂纹。资料中显示设备的壁厚非常薄，未采取焊后热处理的方式对其进行处理，使得焊接残余应力集中在焊缝上，壳体内出现一定的应力，造成腐蚀裂纹的情况发生。

（4）经过全面的分析，发现造成裂纹的主要原因为使用单位改造了压力容器，在缓蚀剂和介质发生改变以后，使得腐蚀的情况不断增加，设备内的应力和残余应力导致母材和壳体内的焊缝处于湿硫化氢的环境中，在应力腐蚀的影响下，产生裂纹问题。

3.3 处理意见

（1）检验机构应监督锅炉压力容器使用单位采取相应的措施消除裂纹，在打磨处理裂纹后，使用单位认真检查打磨造成的凹槽深度，将其控制在锅炉压力容器壁厚的设计冗余量范围之内。

（2）在锅炉压力容器的使用过程中，检验机构应监督使用单位采取积极的措施尽量消除掉应力腐蚀因素，做好工艺参数定期监测工作，加大巡回检查的次数。

4 结语

随着我国经济的不断发展和进步，锅炉压力容器在工业领域的应用越来越普遍，保有量逐年增长。锅炉压力容器的安全运行已经成为不可忽视的问题，裂纹问题是锅炉压力容器的最常见的问题之一。锅炉压力容器出现裂纹，会给设备的运行带来严重的安全隐患，引发一系列的安全事故。锅炉压力容器制造厂与检验机构均应严格按照行业标准和国家规定，认真负责做好每一项工作，形成完善的监督机制，将锅炉压力容器处于出厂或使用周期时发生严重缺陷（如裂纹）的情况降到最低，最大限度地保障锅炉压力容器安全运行和人民群众的生命和财产安全。