鍋爐壓力容器壓力管道檢驗中的裂紋問題研究

楊秋萍，黃亞男

（1.江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院，江西 南昌 330029；2.江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院鷹潭分院，江西 鷹潭 335001）

工業(yè)生產(chǎn)過程中必須注意壓力鍋容器及其管道的裂縫產(chǎn)生，以此避免鍋爐處于危險狀態(tài)，并確保相關工作人員的人身財產(chǎn)安全，且為工業(yè)企業(yè)的經(jīng)營帶來穩(wěn)定又長效的效益。在使用過程中，工作人員首先應當排除隱藏的安全風險及隱患，一旦鍋爐壓力容器及壓力管道本身出現(xiàn)裂縫，將時刻處于高危狀態(tài)，如果發(fā)生爆炸或有害物質外泄等問題，將會造成巨大的經(jīng)濟損失。

1 簡述壓力容器及壓力管道

隨著時代的不斷創(chuàng)新，工業(yè)發(fā)展體系逐漸呈現(xiàn)多元化趨勢，相關生產(chǎn)設備的種類與功能層出不窮，多樣性的生產(chǎn)設備推動著我國工業(yè)領域高速的創(chuàng)新發(fā)展，為社會經(jīng)濟的增長奠定了堅實的基礎。在眾多工業(yè)生產(chǎn)設備當中，壓力容器與壓力管道構成的壓力鍋是實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的前提條件，雖然是工業(yè)生產(chǎn)的基礎，但是壓力鍋在使用時長時間處于高危狀態(tài)，因此需要相關工作人員針對安全事故做出系列的預防措施[1]。

1.1 壓力容器

壓力容器的生產(chǎn)制造已經(jīng)獲得了國家產(chǎn)業(yè)政策支持，在政策的鼓勵下，金屬壓力容器行業(yè)獲得了相對良好的發(fā)展環(huán)境與創(chuàng)新空間，尤其是近些年來，我國的金屬壓力容器生產(chǎn)研發(fā)技術水平逐漸達到了世界級水準。金屬壓力容器在國內具備良好的發(fā)展前景，因此社會各界應當給予充分的重視與關注。其次，裝備制造也是國家生產(chǎn)研發(fā)水平的重要體現(xiàn)，因此更應重視該行業(yè)的革新與升級，裝備制造業(yè)的技術水平與實力直接影響和決定其下游產(chǎn)業(yè)的競爭力[2]。

壓力容器能夠承受一定壓力，且密閉性較好，因此除了工業(yè)之外，壓力容器還適用于民用、軍工等多個領域，甚至在科研工作中壓力容器均可充分發(fā)揮自身積極效用。雖然壓力容器的適用范圍相對廣泛，但是多數(shù)情況下還是以化學工業(yè)、石油化學工業(yè)等行業(yè)作為主要的應用領域。壓力容器通常是大型罐狀，主要用以承裝氣體或者液體，在生產(chǎn)制造過程中為能源供給載體，其制造的主要材質為反應堆壓力容器母材和焊接材料與螺栓螺母[3]。

1.2 壓力管道

同壓力容器性質一樣，壓力管道也是壓力鍋的關鍵組成部分，在鍋爐日常運行的過程中壓力管道的作用是負責有關氣體、液體的運輸。壓力管道屬于運輸管道的一部分，主要作用就是運輸、分配、混合、分離、排放、劑量、控制以及制止流體的無定向流動。當前壓力鍋爐中的壓力管道是由管體、管件、法蘭、螺栓連接、墊片、閥門及其他組成件或受壓件構成，除了以上這些重要的零部件之外，合格的壓力管道還應具備支承件。

壓力管道生產(chǎn)研發(fā)至今，已經(jīng)逐漸具備了相對成熟的生產(chǎn)工藝以及裝配方式，以此保證壓力鍋爐的運行效率及安全質量?，F(xiàn)階段，壓力管道具備5 大特征：首先是系統(tǒng)化，各管道之間相互關聯(lián)相互影響，牽一發(fā)而動全身；其次是長徑大，壓力管道的長徑比較之其他管道相對較大，因此管內受力情況比壓力容器更復雜；再次是組成件繁多，較之其他管道與壓力容器，壓力管道的組成件與支承件的種類較多，且各類材料均具有較高的質量要求及技術要求；第四則是泄漏點多，較之壓力容器，壓力管道上的可能泄漏點數(shù)量多，通常每處閥門就會產(chǎn)生5 個泄漏點；最后就是種類多，數(shù)量大，壓力管道的設計、生產(chǎn)制造、裝配、檢驗等環(huán)節(jié)非常復雜，與壓力容器存在較大差異。

2 鍋爐壓力容器壓力管道檢驗的內容及方法

壓力容器和壓力管道作為壓力鍋爐的重要組成部分，其作用于壓力爐的安全運行而言至關重要，維護人員應當在工作過程中給予充分的重視，以此確保生產(chǎn)操作人員的人身安全及其工作效率。整體檢查是對兩組器械的全面、深入檢查，以此保證壓力爐整體的正常運行；質量檢查是對兩組器械安全性能的檢查，是以避免壓力爐在正常運行的過程中出現(xiàn)風險事故。

2.1 整體檢查

整體檢查的力度與深度相對而言比較大，是器械養(yǎng)護過程中最為常見的檢查手段之一，在開展整體檢查工作時，維護人員務必注意以下幾點。

首先是容器內部的檢查，要徹底清理壓力容器與管道內部，確保物料殘渣與氣體殘留等可以充分鏟除，避免影響接下來的生產(chǎn)制造，同時內部的清潔可以促進壓力管道和壓力容器的焊接、封頭等操作不出現(xiàn)問題。此外就是兩者的外部檢查，外部檢查主要是維護和保養(yǎng)容器與管道的外表面，然后更多的是裂紋情況查看，通過裂紋檢查維護人員可以得知壓力爐整體的運行狀態(tài)以及對自身使用壽命的消耗情況，包括正常運行過程中對容器及管道的磨損與腐蝕。

其次就是在開展整體檢查的過程中，養(yǎng)護人員應憑借輔助器械來認真、嚴謹全面檢測，務必切忌僅靠肉眼的粗略檢查。必須使用相關檢查機器進行深入勘探，對壓力鍋容器和管道的內部實行透視式檢測，讓細小裂紋與生產(chǎn)殘留物無處遁形，對兩者的外部檢測要注意重點部分，外表面的磨損、腐蝕、裂紋等的具體情況必須細致的做好記錄，做好附以細節(jié)圖片說明，以便于通過磨損、腐蝕情況推算壓力鍋整體的可使用年限。

除此之外，整體檢查的過程中養(yǎng)護人員一定要始終保持認真負責的工作態(tài)度，最好提前做好相關計劃規(guī)劃書，對整體容器和管道的檢驗按照計劃進行檢測可以很大程度上避免漏查、誤差、或者缺項，從而保證每個細節(jié)的安全質量，包括容器內外部、管道連接處、管道內外壁等等。現(xiàn)階段，整體檢查中較為常見的問題包括連接過度、零部件遺漏、內外壁磨損腐蝕過度等等。如果養(yǎng)護人員在檢查過程中忽略了任何一個細節(jié)，那么引發(fā)的安全事故將會造成巨大的經(jīng)濟損失與人員損失。

2.2 質量檢查

在石油化工業(yè)的生產(chǎn)設備中，壓力爐一直屬于安全系數(shù)較低的類型，但是為了實現(xiàn)快速生產(chǎn)與現(xiàn)代化生產(chǎn)模式，必須沿用壓力鍋爐這類風險性較高的生產(chǎn)器械?；趬毫﹀仩t的危險系數(shù)較高，安檢人員在對壓力容器及壓力管道進行質量檢查時務必時刻保持認真負責、嚴謹嚴格的工作態(tài)度，以此保證壓力鍋爐在正常運行過程中的安全質量。

關于鍋爐壓力容器與壓力管道的質量方面檢驗，首先可以通過檢測其內部裝載物質和運輸物質的輸出質量情況，通過對比參照常規(guī)狀態(tài)下的物質使用標準質量來判定容器與管道的使用情況，也可以通過檢測生產(chǎn)制造物的質檢報告來反向檢查容器與管道的運載狀況，從而通過物質的質量情況促進發(fā)現(xiàn)容器與管道的使用質量問題。

對于壓力鍋爐的安檢工作而言，整體與質量檢查具有重要意義，而質量檢查又是壓力爐安檢工作的重中之重，安檢人員務必肩負起自身的工作職能。此外，耐壓測試是檢查焊縫的關鍵環(huán)節(jié)，在檢查焊縫的過程中應認真挖掘問題并及時解決，只有壓力爐的焊縫沒有安全隱患，才能判定該容器的安全質量達標。

3 鍋爐壓力容器壓力管道出現(xiàn)裂紋的原因分析

3.1 應力腐蝕

考慮到壓力容器在運行過程中所盛裝的物品性質均具有強堿性，因此在化學作用下會發(fā)生一定的反應，從而產(chǎn)生電位差，即為所謂的應力腐蝕。應力腐蝕在粒子作用的引導下對當前腐蝕面進行輻射性的擴散，最終逐漸出現(xiàn)裂紋。另一方面，壓力容器及管道內外應力最大部位會因為苛性脆化所造成的的裂紋形成由內向外的輻射，基于此，裂紋不斷向外部發(fā)展，久而久之便會造成較為嚴重的安全事故，同時也會影響企業(yè)本身的經(jīng)營效益，并且造成人員流失等問題，阻滯著企業(yè)整體的可持續(xù)發(fā)展。

通常情況下，因為應力腐蝕而產(chǎn)生的裂紋均呈現(xiàn)出一種放射狀，這種放射狀的外形像蜘蛛網(wǎng)，并且具備由內向外輻射的特性，所以安檢人員在開展安全檢查工作的過程中應給予高度的重視，盡最大可能的避免企業(yè)受到人員流失及經(jīng)濟損失。一般支裂紋會沿著主裂紋的放射而向外擴散，當腐蝕到達一定程度時會導致發(fā)生質變，主裂紋與支裂紋的性狀與路線清晰可見，周邊附著氧化鐵，但是應力腐蝕產(chǎn)出的裂紋不會造成壓力鍋爐鋼板的變形等問題。

3.2 溫度失控

在過濾的制作中，操作人員需要充分發(fā)揮自身專業(yè)水平，避免在制作過程中出現(xiàn)不規(guī)范的相關操作，確保整個過濾制作流程能夠達到相關標準及要求。機械操作的誤差會促使壓力爐產(chǎn)生少數(shù)細微的裂紋，并在日后的運行當中持續(xù)不斷的向外擴散，最終導致安全事故的發(fā)生。舉例來說，在焊接的過程中，溫度超過了相關標準及需求，因此在高溫的持續(xù)作用下產(chǎn)出裂紋，焊接完成后，在容器預冷的過程中，時間與溫度等條件再次把控失敗，導致在冷卻中裂紋再次向外擴散，更加明顯。

實際的過濾制作過程中，熱裂紋與冷裂紋兩種裂紋較為常見，通常這兩種裂紋的產(chǎn)生是由于操作人員的操作不規(guī)范、對溫度控制不精準而導致，因此操作人員的業(yè)務水平及專業(yè)知識儲備是產(chǎn)生冷熱裂紋的主要因素。雖然兩者之間產(chǎn)生的原因均是由于操作人員的業(yè)務水平及專業(yè)知識儲備不足，但是熱裂紋本身在產(chǎn)生的過程中會因為空氣與瓶身的相互接觸而形成較為顯眼的顏色，安檢人員通過肉眼即可發(fā)現(xiàn)，但是冷裂紋的顏色則與熱裂紋大相徑庭，一般來說冷裂紋的顏色操作人員無法用肉眼觀察到，必須使用相關檢查機器輔助檢測。除此之外，冷裂紋的產(chǎn)生過程非常漫長，且具有較強的隱蔽性，因此冷裂紋對壓力鍋爐整體運行造成負面影響較為嚴重。

4 鍋爐壓力容器壓力管道出現(xiàn)裂紋的預防措施

4.1 規(guī)范設備質量篩選

現(xiàn)階段，國內石油化工業(yè)的壓力鍋爐安檢工作中存在部分負面問題，從而影響了壓力鍋爐整體的后續(xù)運行質量。結合調研結果分析，鍋爐壓力容器壓力管道產(chǎn)生裂紋是影響整體運行效率及安全質量的主要因素，基于此，安檢人員應當規(guī)范當前生產(chǎn)設備的質量篩選。因此，鍋爐壓力容器和壓力管道的生產(chǎn)制造必須嚴格按照標準或者超標準進行，質檢環(huán)節(jié)與出廠規(guī)定務必嚴格執(zhí)行，同時加以相關監(jiān)督條例予以監(jiān)控約束，而生產(chǎn)制造商對于容器與管道的采購和使用也要提高標準，經(jīng)過一定的使用檢測再投入常規(guī)運行。生產(chǎn)設備的初始質量取決于生產(chǎn)廠家、運輸過程以及原材料提供方等多個方面，因此采購人員在購置壓力鍋爐的過程中務必重視對壓力容器及壓力管道的檢測。

4.2 提高工人技術水準

前文提到，冷熱裂紋的產(chǎn)生原因雖然存在一定程度的差異，但是究其原因均是由于操作人員的業(yè)務水平及專業(yè)知識儲備不足引起。因此，相關管理部門應當充分重視對操作人員專業(yè)能力與安全意識的培養(yǎng)，一方面可以定期對員工進行理論知識強化和技能加強訓練，亦或是將招聘提高應招門檻，引進大量優(yōu)質的先進專業(yè)人才。另一方面，凡是參與到設備生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)人員均須受到嚴格的技術培訓與考核，針對考核不過關的生產(chǎn)人員，管理部門應給予懲罰，以此提升石油化工業(yè)整體的工人質量。

5 結語

綜上所述，本文簡單介紹了何為壓力容器以及壓力管道，作為壓力鍋爐的重要組成，兩種設備充分發(fā)揮各自作用，以此保證壓力鍋爐的運行效率及安全質量，并為工作人員的人身安全提供堅實保障?，F(xiàn)階段，國內化工業(yè)在檢查鍋爐壓力管道與壓力容器時常用整體檢查與質量檢查兩種方式，通過對裂縫的研究得知，產(chǎn)生裂縫的原因主要包括應力腐蝕、溫度失控及疲勞裂縫三種，基于此，工作人員應當規(guī)范設備質量篩選、加強安全管理力度，并提高工人自身的技術水平。