锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题研究

赵晓钧

（云南省特种设备安全检测研究院，云南 昆明 650228）

锅炉业可以称为我国经济发展的命脉，与此同时，工业制造水平的增长持续推动着锅炉领域的改进与完善，只有准确地分析锅炉裂纹出现的原因并采取合理方法解决压力容器管道中的裂纹问题，同时定期全面检查管道的质地和状态，才能顺利维持工业制造生产中的基本供需关系，防止裂纹问题影响工业生产的正常运行。

1 锅炉压力容器压力管道的检验方法与要素

1.1 压力容器的内外部检查

在进行容器的外部检查前，需要先对容器内部进行全面彻底的清洁。检验压力管道的部位涉及很多要点，首先，要检查管道两端的封头和各个管道间的焊接过渡区是否异常，同时，要及时查看之前填补修复的地方是否出现了二次裂缝的情况，老旧裂纹是否有延伸扩张的趋势也要给予关注。基于以上需要重点检查的锅炉部位，在用放大镜进行初步检验后，还要通过超声波以及射线探伤方式进一步细致排查容器完整度；如果检查的容器体积质地和规格较小，那么，需要对其外部的细微焊缝点和过渡点反复核对检验，防止后期出现故障时因容器结构复杂只能通过降压法来应对，可降低解决锅炉容器问题的难度，防微杜渐。

1.2 压力容器要点的检查

对压力容器的质量严格把关，不止体现在对容器内外侧的全方位精细检查，还需要耐压测试，该测试是为了二次检查容器表面和内里是否有细微的焊缝漏点。如果在测试完成后没有出现松动、腐蚀、易燃、气压不足以及声音异常的情况，那么，无损探伤测试可以酌情不做。

2 锅炉压力容器压力管道中常见裂纹分析

2.1 疲劳裂纹的产生

一般来讲，疲劳裂纹是锅炉容器长期使用后最容易出现的裂纹种类。疲劳裂纹如果不及时发现和处理，还会扩展成腐蚀疲劳裂纹和机械疲劳裂纹。整体上讲，疲劳裂纹是燃料等介质与锅炉表面接触比较集中的部位受压程度过大导致的，后续会在两者的接触面四周连锁产生大面积的裂纹，简称机械疲劳裂纹。这时，裂纹的侵袭还在继续，往往不起眼的裂缝会随着使用频率的增加逐渐向容器内部呈隧道式扩展延长，比较明显的裂痕也会因接触面受迫力的增加而加倍蔓延；锅炉容器产生蒸汽的过程会因为剧烈燃烧产生不可避免的震动，然而，震动产生的应力再加上物质间接触产生的压力会共同造成腐蚀性疲劳裂纹。这是由于容器使用时间的增长会使原有的疲劳性裂缝在长度和宽度上大大增加，进而使含有刺激性或腐蚀性物质的燃料日积月累、见缝插针地填满一个个裂缝，最终不仅会腐蚀和扩大原有裂缝，而且这也是降低压力容器质量水平的元凶之一。

2.2 蠕变裂纹的产生

这种裂纹是在起初的疲劳裂纹产生后经过高温裂变和接触面应力压迫共同造成的。其主要分布在容器内壁曲周面的上轴部分，辨认特征是主裂痕两侧附有平行型纹路，像集成容器、输送或燃烧物质用的管道等处于高温高压环境下的大容量装箱设备很容易出现这种裂纹，而且这种类型的裂缝无法预测其扩展的区域和数量，就连裂缝的连续形状也是无法判断的，不过，从整体角度来看，主要呈椭圆形和空洞型居多。总之，蠕变裂纹是疲劳裂纹的衍生后果。

2.3 应力腐蚀裂缝的产生

上文已简要提到过，腐蚀性裂纹的出现是由于初始裂痕产生后具有腐蚀性和刺激性物质的长期密切接触与侵蚀反应积累的后果，而应力腐蚀裂纹就是腐蚀性侵害的一种。尤其是浓度较高的碱水会短时间内释放大量的氢氧根离子，再加上锅炉压力容器是金属质地的，会游离出各种金属离子，比如二价铁离子、三价铁离子、锌离子、钠离子等等呈阳性的离子，这样阴阳两级离子充分接触后产生的电位差就会使容器内部瞬间产生微电流，微电流会进一步击穿和加快腐蚀原有裂痕，造成裂纹数量的成片增加。因应力腐蚀产生的裂纹分为两种形态，一种是由于微电流直接击穿金属晶粒后形成的主裂纹；另一种是主裂纹产生后，裂纹随着腐蚀性和应力的持续增加，沿容器金属晶粒的结构呈带状裂变后会出现次裂纹，这种次裂纹纹路形状肉眼很难见到与分辨，只有通过显微镜才能清晰地看到裂纹的走向与分布区域。

2.4 热疲劳裂纹的产生

该裂纹出现与压力容器的生产制造过程中，制备容器和管道的材料性质是出现热疲劳裂纹的直接诱因。制备压力容器的材料大多是选用特定的金属板经过卷曲状变和高温焊接后投入使用的，由于构成金属化学分子中的阴阳离子处于平衡状态，不易游离，导致其化学性质比较稳定，不容易产生形状的转变，要想顺利进行卷曲，就要进行高温加工变形处理，然而，超过金属熔点的高温和超过极限强度的拉伸作用力经过多次熔炼和压迫冲击后使细小裂纹快速产生，尤其是压力表的焊接位置、各管道的过渡接口处和排气底座这些区域十分常见热疲劳裂纹，除此之外，高温和骤冷频繁发生的喷水减温器也容易出现这种裂纹。

3 预防锅炉压力容器压力管道裂纹产生的措施

3.1 加强施工质量的管理力度

为了有效保障锅炉压力容器的质量，防止各种类型裂纹的产生，需要工厂管理者从锅炉容器的原材料质地规格和制备过程、管道铺设安装和施工的每个环节以及燃料在炉内的燃烧状态都严格把关，正所谓细节决定成败。原材料的谨慎选择可以从根本上避免热疲劳裂纹的产生，在原料投入使用前，要保证该材料盖章版的出厂报告上的成分说明和注意事项真实有效，并对材质中的化学成分进行二次复盘，比如，采用抽样调查材质质量的方式进行快速有效的把关，决不容许仿冒劣质材料蒙混过关；焊接施工工艺技术的完善与提升可以最大化地降低应力腐蚀裂缝出现概率，工厂管理者可以聘请资深科研人员定期对施工技术人员进行专项培训和测试，技术熟练度不达标的作业人员不能进入正式的压力管道作业工程中，此外，也可以让有丰富经验的施工者即时分享作业过程中出现突发情况时的应急策略，互相交流心得。

3.2 加强管道设备的检查管理力度

一旦出现了不可避免的设备损坏问题，相关的设备管理者要以冷静的头脑思考出现问题的原因，同时，要具备设备质量把控和维保能力，严格按照行业和国家规定的锅炉容器压力管道质检标准进行合规检查，并及时更换老旧或寿命已过的零件，确保设备、锅炉容器和各个管道的连接装置都能成套配合、性能稳定正常，安全运行。

3.3 提高检验人员的专业技术

调试员和检验员是预防裂缝产生的重要屏障。由于锅炉容器的作用之一是长时间高温燃烧燃料，这就导致焊接裂缝和老化裂痕频繁产生，不过，通过提高操作人员的专业技术能力可以极大弥补高温和频繁作业对金属材料自身性质的负面影响。这就需要检验者和设备操作者无论是在练习还是真正施工时，都要贯彻落实基本操作规范和技能，时刻牢记安全操作事项。对此工厂单位管理者可以组织全体工作人员进行专业的操作演习和应急演练，全面提升施工专业度，坚决降低操作失误率。

3.4 做好锅炉定期检查工作

最后，定期对锅炉设备的巡检工作也是必不可少的。对此检查人员和施工人员可以结合实际作业情况制定出科学系统的检查与保养保修方案，包括详细的设备故障应急处理措施等等，针对每次检查的设备零件要详细记录好检验日期、检验时的状态以及建议处理措施等重要内容并完整保存归档，这样不仅可以潜移默化地提高检验员和技术员遇到紧急问题的应对能力，而且能极大地降低锅炉和管道出现裂缝的风险。

4 结语

综上所述，无论是人们高度关注的供暖问题，还是电力、设备驱动等等工业生产制造业都十分依赖锅炉压力容器发挥的作用。设想正在高温运行的压力容器压力管道哪怕出现一条小小的裂缝，都有可能引发爆炸和火灾等重大危险事件，因此，有效地预防策略、质检工作、保养保修机制以及过硬的专业技能，都是提升施工质量水平和安全性能、促进锅炉工业生产制造领域不断完善与发展不可或缺的环节。