锅炉和压力容器及压力管道检验中裂纹问题分析

钱冰，张树川，姚新宽

淄博市特种设备检验研究院，山东淄博，255000

0 引言

锅炉和压力容器是一种在工业和民生领域得到广泛应用的承压设备，这些设备在安全方面有着严格且特殊的要求。为确保此类设备的安全运行，国家对其在设计、制造、安装和使用等环节上均制定了严格的标准。锅炉、压力容器以及压力管道在使用过程当中会长期处于高温、高压的环境中，恶劣的运行环境就会造成其出现裂缝，而以上设备出现裂纹时会增加其发生爆炸的概率，最终可能造成人员伤亡和财产损失[1]。因此需要对锅炉、压力容器以及压力管道进行较为全面细致的检查，并应及时对检查出来的裂纹进行相应的处理。本文将对锅炉、压力容器及压力管道裂纹的检查和处理技术的应用要点展开分析。

1 锅炉和压力容器及压力管道的特点

锅炉是利用电力、各类燃料或其他能源加热所装载的液体，使其达到一定参数的密封装置，在加热过程中其会承载一定压力。压力容器可盛装气体或者液体，并承载一定压力，其用途非常广泛，在军工、民用、工业方面及科研领域都有重要的地位和作用，但在石油和化学工业领域使用最多。通常情况下，压力容器可带加热功能或不带加热功能。压力管道是指利用一定压力输送气体或液体的特种设备，其所承载压力通常大于或等于0.1MPa。锅炉和压力容器及压力管道在运行和使用过程中均需承载一定的压力，并常在高温高压环境下运行，设备如果出现裂纹就会造成安全事故，严重时甚至会引发人员伤亡与财产损失，因此为了确保这些设备的安全运行，就需要专业人员按照国家的相关标准对裂纹进行检验和处理[2]。

2 锅炉和压力容器及压力管道出现裂纹的种类

2.1 应力腐蚀性裂纹

锅炉和压力容器及压力管道长时间处于应力和腐蚀性物质的作用下时，会出现树状裂纹，该类裂纹多见于锅炉汽水管道中。研究表明，管道内热水介质受到一定压力的作用会持续性地定向流动，且经过长期运行会给管道内部造成腐蚀作用，管道的强度就会随着热水的腐蚀及管道内的压力影响而下降，当管道强度下降到临界值时就会出现变形的情况，而随着管道外表面受到的压力值超过该区域的应力极限时，管道就会出现应力腐蚀性裂纹。

2.2 疲劳裂纹

疲劳裂纹是锅炉和压力容器以及压力管道损坏中的常见损伤，裂纹在开始阶段较小，发展到中后期时就会越来越大。疲劳裂纹主要分为以下三种：①机械疲劳裂纹，主要出现在锅炉辅助系统的传动配件中；②热疲劳裂纹，主要是由于外部应力大于锅炉和压力容器及压力管道的拉伸强度且反复作用于该部位，从而产生裂纹；③腐蚀疲劳裂纹，是指锅炉和压力容器及压力管道出现的裂纹损伤，随着时间的推移管道受到腐蚀的程度随之扩大而产生的裂纹[3]。

2.3 过热过冷裂纹

锅炉和压力容器以及压力管道的主要制成材料为金属，在其制作和安装过程当中需要经过多道工艺技术，而由于有些材料结构复杂，在此过程当中就会出现裂纹。如在焊接过程中，由于焊接时间过长或焊接工艺的问题，就会形成焊接裂缝；若焊接缝冷却时间过长，就会形成冷裂缝。

2.4 结构性应力裂缝

锅炉和压力容器及压力管道会根据设计和使用需求，向着大型化、精密化、复杂化的方向发展，因此会大量应用“工”字型和“人”字型的工艺结构。由于该工艺结构的制造与安装要求比较高，在现场安装过程中为保障设备整体结构的稳定性，各个构件之间就会产生相互的应力作用，而随着设备使用时间的增加，在结构件之间的应力维持不变的情况下，管道逐渐老化，会产生结构性应力裂纹。此种类型裂纹的产生会受到设计方法、焊接工艺、材料选择等多方面因素的影响[4]。

2.5 蠕变裂纹

在锅炉和压力容器以及压力管道使用的过程当中，会受到温度、压力和应力因素的影响，在冷热交替的过程当中产生的非弹性应变不能恢复，在降温过程当中产生拉应力且超过金属的拉伸强度的极限值，经过长期的反复作用造成蠕变裂纹。此种类型的裂纹会随着设备使用时间的增加而呈现出向外扩张的状态。

3 锅炉和压力容器及压力管道裂纹的检验方法和内容

3.1 检验内容

锅炉和压力容器及压力管道裂纹的检验内容如下：①注意设备的基本状态和所处的运行环境，并对压力管道的形状、安装和维修信息进行综合评估，准确判断压力管道是否需要进行更换；②注意设备在运行状态下管道内温度和压力的变化情况，当出现裂纹时，设备的运行温度和压力就会出现明显变化，同时也会对设备运行产生影响，因此需要对设备进行定期检查[5]。当设备处于停运状态时，再次开启前需要专业的工作人员进行整体排查，以避免造成安全事故。

3.2 检验方法

锅炉和压力容器以及压力管道裂纹的校验方法如下：①外部检验，该方法主要是对设备的外观结构形态进行检查，检验人员在此过程中可以使用相关设备来进行数据信息的采集，便于后期用于数据分析，如采集设备的安全控制系统是否正常运行及日常保养情况方面的数据信息。②内部检验，该方法主要是在确保设备停止运行的状态下，按照政府部门公布的行业检查标准，按照规定及规范进行操作，逐步对设备的每个部位进行排查，且重点关注以前检查中发现问题的部位，并参照设备日常运行记录对可能出现的问题进行检查。检查前，检验人员要根据现场设备的实际情况制定出完整、详细的检查方案，保证排除可能导致安全事故发生的隐患。③水压检测，该方法主要是以水为介质向管道内施加规定范围内的压力，从而通过水的特性检测管道的严密性，同时也能够检测出设备是否能够承受其理论压力值[6]。通过以上方法能够及时发现裂纹和设备运行时的故障点，并采取相应的解决措施。

4 锅炉和压力容器及压力管道裂纹的探测技术

4.1 超声波检测技术

超声波检测是一种广泛应用于探测金属内部缺陷的技术，在对锅炉和压力容器以及压力管道进行检测时，运用专业仪器向被检查的设备发射超声波，并通过探头接收反射波的同时在图像显示设备中进行呈现。通过该项探测技术，检测人员能够更加直观地判断和评估出裂纹的状态，同时还能得到裂纹的准确位置，以便后期进行处理。

4.2 渗透检测技术

渗透检测是一种使用毛细管原理的技术，其应用于非疏孔性金属或者非金属零部件的开口缺陷的检测，具有操作简单、显示直观、容易判断的特点，但该技术同时也会使被检测设备表面受到污染。

4.3 磁粉检测技术

磁粉检测是一种使用磁粉进行设备探伤的技术，主要应用于碳钢类材料的表面或近表面缺陷的检测，其操作方便，不污染被检测设备，同时还能得到裂纹的缺陷大小和准确位置，以便后期进行处理。

5 锅炉和压力容器以及压力管道裂纹的防治措施

5.1 加强质量管理和检测水平

在锅炉和压力容器以及压力管道的制造、安装过程当中，由于相关管理和检测制度落后，落实不到位，从而造成材料质量和制作工艺不过关，导致设备出现裂纹。因此在日常工作当中需加强材料的监管力度，要严格落实特种设备的相关管理规定，对原材料从采购、入库、领用形成一个完整的监管体系，对一些有特殊要求的材料必须按照要求进行相关实验，确保原材料和产品的质量及使用寿命。

5.2 对产品的结构工艺进行优化

在日常工作中对锅炉和压力容器及压力管道产生裂纹的主要原因进行总结和分析，以便在以后的生产和安装过程当中有效减少裂纹的产生，主要方法如下：①在产品设计时尽量减少不连续结构，从而有效减少应力的产生，并在需要焊接工艺的位置，选用材料和介质相容性好的进行焊接，以提升焊接的成功率；②要根据产品使用需求设计合理的焊接、制造和安装方案，从而有效减少结构性应力的产生；③在设备安装过程中需做好连接和加固工艺，保障产品相关部位的稳定性，从而有效避免因为外部结构的缺陷而导致设备产生裂纹。

5.3 确保锅炉和压力容器以及压力管道的运行状态

锅炉和压力容器以及压力管道在使用过程当中产生裂纹，其很大原因就是长期的超负荷使用，这就需要在使用设备或管道时尽可能地使其处于正常平衡的状态，减少管道压力、冷热交替以及频繁地开停机，在必要时候需要增加缓冲装置，保证各环节符合标准，最大程度地降低锅炉和压力容器及管道承受的疲劳度。因此，在实际操作中，应控制好关键步骤，如启动、停车、运行，保证各设备管道处于稳定状态。

5.4 定期开展检验、加强检修维护

锅炉和压力容器以及压力管道在工业生产当中应用的频率较高，强度比较大，因而需要定期开展检修、维护，对设备、管道制定针对性的检修及维护方法，对可能产生的裂纹进行重点检查，确保安全。利用成熟的检测方法进行检测。在检验中或维修时，对可能会存在的危险因素进行分析，并及时处理。对表面裂纹可通过打磨来消除，对较深的裂纹需要先打止裂孔再进行打磨消除。若难以消除多层压力容器产生的裂纹缺陷时，可利用有限计算方法进行核检。总之，针对裂纹设备及压力管道，应做好检修维护管理，明确维护细节，及时发现和处理问题，降低安全隐患[8-9]。

5.5 加强锅炉运行过程中的安全管理

管道的制造材料是影响锅炉性能与安全的关键，因而，为确保锅炉的安全、稳定、长远运行，需要对锅炉使用企业进行全方位调研，选择合适的锅炉管道制造材料。从长久发展的情况来看，市场可被选择的锅炉安装材料品类繁多，为了能选择合适的材料，就需要锅炉使用企业安排专职人员分析对比各种材料的优缺点，而后根据工程需求选择适合的安装材料。为了确保材料的长期供应，锅炉企业可以与材料供应商形成长期合作关系，签订合作协议，明确双方责任，确保锅炉生产所使用的材料符合要求[10-11]。

5.6 提高相关人员对锅炉压力管道的操作能力

为确保锅炉和压力容器及压力管道的安全平稳运行，锅炉的安全管理部门在选派锅炉运行管理人员时，必须设定严苛的从业人员录取标准，只有满足标准的人员才能够进入锅炉运行管理现场。选聘好人员后，必须确保所有锅炉运行管理人员持证上岗，且在选派人员正式上岗之前，必须对其展开岗前培训，使其能够较为全面地了解锅炉的基本操作规范与操作要求。在日常的锅炉维护运行中，相关人员需要在提升热量转化效率的基础上，采取积极的安全措施来确保锅炉使用操作的安全与稳定。在锅炉日常运行管理当中，企业要特别注重利用先进技术手段来提高锅炉运行的稳定性，并通过先进技术设备和检测手段确保锅炉的压力管道处于一种良好的运行状态。

6 结语

综上所述，锅炉和压力容器及压力管道裂纹是设备运行过程当中十分常见的一种问题，其在设备运行的各环节都存在，锅炉和压力容器及压力管道出现裂纹将会严重威胁到设备的安全、稳定运行以及人员安全，甚至会造成财产损失。为确保锅炉的稳定运行，需要相关人员加强对锅炉和压力容器及压力管道裂纹检验的重视，运用科学检验手段及时发现、提前预防、优化处理设备运行中的裂纹，为我国企业的发展提供支持。