鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋問(wèn)題探究

彭建華

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋問(wèn)題探究

彭建華

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450000）

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展帶動(dòng)了工業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，同時(shí)，相關(guān)企業(yè)和單位對(duì)鍋爐壓力容器壓力管道的運(yùn)行要求也在不斷提高。鍋爐壓力容器和壓力管道難免在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，在實(shí)際生產(chǎn)中，最常見(jiàn)的問(wèn)題就是裂紋問(wèn)題。而鍋爐壓力容器壓力管道的裂紋問(wèn)題對(duì)設(shè)備的保養(yǎng)和使用期限都有一定的不良影響，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致企業(yè)承受一些不必要的損失?？梢?jiàn)，有效減少裂紋問(wèn)題和合理解決裂紋問(wèn)題對(duì)鍋爐壓力容器壓力管道的長(zhǎng)期運(yùn)行具有重要意義。本文結(jié)合實(shí)際闡述了鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中的常見(jiàn)裂紋問(wèn)題并對(duì)其預(yù)防和處理措施進(jìn)行探討。

鍋爐壓力容器；壓力管道；裂紋問(wèn)題

鍋爐壓力容器壓力管道（如圖1所示）是長(zhǎng)時(shí)間在高溫高壓的情況下運(yùn)行的設(shè)備。一旦這些設(shè)備出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，就會(huì)大大提高爆炸發(fā)生的概率，這對(duì)工作人員和企業(yè)經(jīng)濟(jì)都會(huì)造成重大的危害。因此，鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)工作就十分重要。另外，企業(yè)及其工作人員都要重視鍋爐壓力檢驗(yàn)及管理工作。合理及時(shí)地對(duì)鍋爐壓力管道壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)，可以為技術(shù)人員提供實(shí)時(shí)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)裂紋的性質(zhì)、類(lèi)別和特征進(jìn)行分析和判斷，從而提出有效應(yīng)對(duì)措施并保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

一、鍋爐壓力容器壓力管道的常見(jiàn)裂紋問(wèn)題

（一）焊接裂紋

通常在鍋爐生產(chǎn)制造過(guò)程中容易產(chǎn)生焊接裂紋?，F(xiàn)代鍋爐和壓力容器是使用特定的金屬板卷制焊接而成的。因此，在生產(chǎn)制造鍋爐和壓力容器的過(guò)程中焊接裂紋是很難避免的。一般來(lái)說(shuō)，這種裂紋是由于高溫作用而產(chǎn)生的熱裂紋。

金屬材料在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的焊接冷卻過(guò)程之后就會(huì)形成焊接冷裂紋。焊接冷裂紋產(chǎn)生的主要原因是有溶解的氫元素存在于焊接冷卻的金相組織之中。氫的溶解度會(huì)根據(jù)不同的物質(zhì)環(huán)境而不同，在焊縫的金屬開(kāi)始冷卻的時(shí)候，金相組織中的奧氏體向鐵向體轉(zhuǎn)變，焊縫受到氫元素的影響而聚集，在冷卻的不斷進(jìn)行中，氫裂痕就發(fā)展為焊接冷裂紋。

（二）腐蝕裂紋

部件在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)二者的作用下產(chǎn)生的開(kāi)裂問(wèn)題被稱(chēng)作應(yīng)力腐蝕裂紋。應(yīng)力腐蝕裂紋一般發(fā)生在汽水管道、集箱管座等區(qū)域。奧氏體不銹鋼最容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，特別是在汽水介質(zhì)的情況下即使微小的應(yīng)力作用都很容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。而發(fā)生開(kāi)裂的原因大多數(shù)為冷加工變形、振動(dòng)和殘余應(yīng)力的作用。應(yīng)力腐蝕裂紋多數(shù)都是與張應(yīng)力成90度直角的，奧氏體不銹鋼的裂紋的形狀多數(shù)為落葉后的樹(shù)枝，不僅尾短細(xì)尖，而且具有分支的形態(tài)。一般情況下，火電廠汽水管道應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂多數(shù)在彎管內(nèi)壁中性層區(qū)發(fā)生，這種開(kāi)裂的發(fā)生多數(shù)是由于腐蝕過(guò)程中受到局部腐蝕。這種裂紋一般是在彎管中性層區(qū)發(fā)生且表現(xiàn)為群狀，其延伸多是帶狀沿軸變化的，其裂縫相對(duì)來(lái)說(shuō)長(zhǎng)度短開(kāi)口寬數(shù)量多。從微觀來(lái)看，應(yīng)力腐蝕裂紋多表現(xiàn)為“之”字形且具有分支的特點(diǎn)，而且還存在由外表面向內(nèi)擴(kuò)展的特點(diǎn)。

（三）疲勞裂紋

機(jī)械疲勞裂紋大多數(shù)發(fā)生在壓力容器壓力管道表面應(yīng)變相對(duì)集中的地方。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械疲勞裂紋形狀基本為直線形，裂紋剛出現(xiàn)的初期長(zhǎng)度較小范圍也較短，隨著時(shí)間的推移，裂紋是隧道式向內(nèi)進(jìn)行變化的。到了裂紋的中間階段，裂紋開(kāi)始以直線式向前穩(wěn)定擴(kuò)展。到了裂紋的后期階段，裂紋變化的速度不斷增加，甚至有時(shí)會(huì)在部件一側(cè)出現(xiàn)切向擴(kuò)展的情況。隨著機(jī)械疲勞裂紋的發(fā)展，此部位更容易出現(xiàn)腐蝕疲勞裂紋，這兩種疲勞裂紋在發(fā)生部位上具有一定規(guī)律性、特定性，反射應(yīng)力集中部位則都是機(jī)械疲勞裂紋開(kāi)始的部位，隨著時(shí)間的推移逐漸法陣，在初始階段具有隱秘性和發(fā)展緩慢性特點(diǎn)。

由于對(duì)裂紋有直接影響的因素較多，機(jī)械疲勞裂紋的情況比一般裂紋更加復(fù)雜。機(jī)械疲勞裂紋發(fā)生的地方一般沒(méi)有明顯的脆性開(kāi)裂，裂紋相對(duì)彎曲程度較高。另外，機(jī)械疲勞裂紋的開(kāi)口較大，且在開(kāi)口的區(qū)域存在粘結(jié)坑，尾端銳利，但兩側(cè)不存在較大的深度無(wú)明顯彎曲。

熱疲勞是指金屬材料經(jīng)過(guò)不斷地低于拉伸強(qiáng)度極限的熱交變應(yīng)力的作用下逐漸發(fā)展的瞬間斷裂現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，火電廠的噴水減溫器、蒸汽管道的壓力表管座、疏水管座、排汽管管座及汽包、集箱上非保護(hù)性結(jié)構(gòu)管座等構(gòu)件處容易發(fā)生熱疲勞損傷現(xiàn)象。

從宏觀的角度來(lái)看，熱疲勞裂紋多數(shù)發(fā)生在部件表面熱應(yīng)變最大的地方。熱疲勞裂紋的起因主要是部件一些部位應(yīng)變相對(duì)集中和連續(xù)性較差。熱疲勞裂紋的初始形態(tài)多數(shù)為一條主裂紋伴隨著多條其他裂紋的情況。高溫蒸汽管道內(nèi)壁產(chǎn)生的熱疲勞裂紋的形態(tài)以網(wǎng)狀分布為主，通常其主裂紋是沿軸發(fā)展的，但也存在由于應(yīng)力太大而使其向四周發(fā)展的情況。熱疲勞裂紋的宏觀形態(tài)多數(shù)表現(xiàn)為寬度較大有細(xì)小缺口，表面有線狀痕跡。

從微觀的角度來(lái)看，熱疲勞裂紋的擴(kuò)展跳躍性強(qiáng)，時(shí)而寬時(shí)而窄，時(shí)而出現(xiàn)分支現(xiàn)象，時(shí)而出現(xiàn)二次開(kāi)裂問(wèn)題，其變化沒(méi)有一定的規(guī)律性。另外，熱疲勞裂紋的擴(kuò)展也是隨著情況不同而不同，在低于蠕變溫度的情況下穿晶擴(kuò)展，在高于蠕變溫度的情況下混合擴(kuò)展。

二、鍋爐壓力容器壓力管道的常見(jiàn)裂紋問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施

鍋爐壓力容器壓力管道的常見(jiàn)裂紋的預(yù)防和處理問(wèn)題十分重要，該問(wèn)題的有效應(yīng)對(duì)措施主要包括以下兩方面：

第一，合理控制設(shè)備的生產(chǎn)原料和制造過(guò)程。

在生產(chǎn)進(jìn)行之前，要仔細(xì)檢查和核對(duì)原材料的質(zhì)量是否符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，做好生產(chǎn)的事前準(zhǔn)備工作。如果發(fā)現(xiàn)其中存在和要求不符的材料要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修正或更換，保證鍋爐壓力容器的基本質(zhì)量。

在生產(chǎn)過(guò)程中，要嚴(yán)格對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和制作工藝進(jìn)行把關(guān)，保證其比例和各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)定，鍋爐壓力容器屬于高危設(shè)備，必須保證其安全和穩(wěn)定。另外，相關(guān)人員對(duì)生產(chǎn)技術(shù)和具體程序的相關(guān)細(xì)節(jié)都要進(jìn)行認(rèn)真的審核，從而合理避免不必要的裂紋問(wèn)題，并保證生產(chǎn)安全。

另外，還要對(duì)相關(guān)工作人員的技術(shù)水平進(jìn)行嚴(yán)格要求，因?yàn)槠洳僮鞯恼_與否直接關(guān)系著鍋爐壓力容器壓力管道的裂紋問(wèn)題發(fā)生的概率。同時(shí)，相關(guān)操作人員需努力提高其技術(shù)水平并嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作，從而有效防治裂紋問(wèn)題的產(chǎn)生和發(fā)展。

第二，設(shè)置合理質(zhì)量檢驗(yàn)程序并做好原材料和設(shè)備的檢驗(yàn)工作。

鍋爐壓力容器已經(jīng)成為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)和人民生活必不可少的設(shè)備。由于其存在一定的危險(xiǎn)性，因此，在實(shí)際的生產(chǎn)生活使用中，對(duì)于其安全隱患問(wèn)題一定要引起高度重視。而做好企業(yè)原材料和設(shè)備的檢驗(yàn)工作并設(shè)置合理的質(zhì)量檢驗(yàn)程序?qū)τ诮档推湮ｋU(xiǎn)性保障人們生產(chǎn)生活的安全具有十分重要的意義。

在鍋爐壓力容器壓力管道的實(shí)際制造過(guò)程中，需根據(jù)其具體的質(zhì)量檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)和要求來(lái)進(jìn)行，主要檢驗(yàn)對(duì)象有：原材料、實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程以及壓力管道產(chǎn)品等。鍋爐壓力容器壓力管道原材料的質(zhì)量過(guò)關(guān)與否直接關(guān)系著鍋爐壓力容器壓力管道的成品是否能夠達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)是最重要的基本工作。同時(shí)，在原材料質(zhì)量得到保證的基礎(chǔ)上有效合理地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是保證最終設(shè)備質(zhì)量的第二個(gè)重要程序。生產(chǎn)制造過(guò)程的質(zhì)量檢驗(yàn)需要從細(xì)節(jié)處進(jìn)行關(guān)注，因此，這就需要合理設(shè)置質(zhì)量檢驗(yàn)的相關(guān)程序。合理設(shè)置質(zhì)量檢驗(yàn)的具體程序可以從最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)開(kāi)始控制和避免裂紋問(wèn)題的產(chǎn)生和發(fā)展。另外，在實(shí)際過(guò)程中，還要對(duì)相關(guān)的質(zhì)量檢驗(yàn)人員的具體操作根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)范性要求。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)鍋爐壓力容器壓力管道的常見(jiàn)裂紋問(wèn)題進(jìn)行了具體闡述，并對(duì)如何預(yù)防和處理鍋爐壓力容器壓力管道的常見(jiàn)裂紋問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討。鍋爐壓力容器壓力管道在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際生活中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，因此，做好鍋爐壓力容器壓力管道的常見(jiàn)裂紋問(wèn)題的防治工作是十分重要的。在今后的生產(chǎn)生活中，相關(guān)企業(yè)和工作人員仍需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)鍋爐壓力容器壓力管道裂紋的預(yù)防和管理。

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