鍋爐壓力容器裂紋的形成原因及預(yù)防措施

胡冀軒

（江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院，江西南昌 330000）

1 壓力容器定期檢驗與維護的重要意義

壓力容器通常用來裝載和運輸腐蝕性介質(zhì)（如無水氟化氫），其內(nèi)筒體易出現(xiàn)被腐蝕和筒壁厚度減薄的情況，尤其是筒節(jié)間的對接焊縫及其熱感應(yīng)區(qū)域，作為壓力容器內(nèi)部最為薄弱的部位，最容易出現(xiàn)裂紋等缺陷，嚴重危害壓力容器的安全運行。壓力容器內(nèi)部存在裂紋時，可能出現(xiàn)有害介質(zhì)泄露的情況，在高壓的影響下會發(fā)生爆炸的惡性事故。需要定期開展檢驗和維護工作，避免給國家工業(yè)資源造成損失，給周圍人的生命財產(chǎn)安全和自然環(huán)境造成無法挽回的巨大損害。

2 控制鍋爐壓力容器裂紋的預(yù)防措施

在現(xiàn)代社會中，鍋爐壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)必不可少的設(shè)備。在鍋爐壓力容器的使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)裂紋問題。處理鍋爐壓力容器裂紋問題時，最有效的方式是早發(fā)現(xiàn)、早處理，保證鍋爐壓力容器的安全運行，將安全隱患問題控制到最小。

2.1 完善質(zhì)量檢驗流程及方案

檢測鍋爐壓力容器時，制定完善的實施方案和檢測程序，高效地控制裂紋問題，實現(xiàn)對所有材料的有效檢測，顯著提升各種材料的使用合理性，使鍋爐壓力容器質(zhì)量滿足設(shè)計要求。設(shè)備檢測和原材料檢測具有意義深遠的影響，為處理整個檢測過程中發(fā)現(xiàn)的各類問題提供便利。做好鍋爐壓力容器檢測過程中的梳理工作，仔細核查所有的材料和零部件，細致研究每一個細節(jié)，嚴格檢驗設(shè)備生產(chǎn)運行的全過程，將裂紋的發(fā)生概率控制到最低。

2.2 定期檢驗鍋爐壓力容器裂紋

檢驗鍋爐壓力容器時，經(jīng)常使用的方法包括滲透檢測法、磁粉檢測法、超聲波聚焦檢測法、射線檢測法等，方法最直接的優(yōu)勢為操作簡便、技術(shù)嫻熟和一目了然。檢驗石化裝置容器和油、氣容器的裂紋時，最常見的檢測方法為超聲波聚焦檢測法，在大型鍋爐壓力容器裂紋檢測中依然能夠發(fā)揮積極作用[1]。

使用超聲波聚焦檢測法時，將探頭模塊環(huán)向均勻地固定在容器中，使用超聲波模式順著容器壁發(fā)射低頻超聲波，在容器壁厚度發(fā)生變化的位置，會有一定比例的能量波及時向探頭反射，實現(xiàn)對同期不連續(xù)性的有效檢測，依據(jù)容器壁的厚度分析裂紋位置。設(shè)置探頭模塊后，容器的整體區(qū)域被全部覆蓋，與傳統(tǒng)的超聲波檢測法進行比較，超聲波聚焦檢測法的應(yīng)用價值極強。

2.3 科學(xué)管控鍋爐壓力容器質(zhì)量

生產(chǎn)鍋爐壓力容器產(chǎn)品前，制造單位質(zhì)量技術(shù)部門應(yīng)做好施工圖紙的審查工作，確保所有的設(shè)計制造工藝流程滿足相關(guān)制造標準的要求。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)認真檢查壓力容器的制造材料，及時更換不符合制造標準的生產(chǎn)材料，顯著提升鍋爐壓力容器的產(chǎn)品質(zhì)量。

制造鍋爐壓力容器的過程中，應(yīng)采取積極的措施控制原材料和制造過程的質(zhì)量，保證鍋爐壓力容器的成品質(zhì)量。在監(jiān)督檢驗整個制造過程時，監(jiān)督檢驗人員應(yīng)全面、細致地檢查每一個環(huán)節(jié)，嚴格審查每一道工序，從細微之處著手掌控整個制造過程，確保所有環(huán)節(jié)的質(zhì)量能夠滿足相關(guān)標準要求，將鍋爐壓力容器在制造過程中因工藝原因出現(xiàn)的裂紋問題控制在最小范圍內(nèi)。生產(chǎn)制造人員應(yīng)嚴格按照相關(guān)的設(shè)計制造標準和管理程序，保質(zhì)保量地完成各項工作任務(wù)，盡可能減少人為原因造成的產(chǎn)品質(zhì)量隱患。

2.4 完善鍋爐壓力容器質(zhì)量檢驗體系

鍋爐壓力容器屬于承壓類特種設(shè)備范疇，可以創(chuàng)建完善的鍋爐壓力容器質(zhì)量檢驗體系，不斷地提升鍋爐壓力容器的檢驗質(zhì)量和效率，做好鍋爐壓力容器的質(zhì)量檢驗工作，使鍋爐壓力容器裂紋的發(fā)生概率降到最低。在鍋爐壓力容器整個制造過程中，始終將質(zhì)量監(jiān)督檢驗工作放在核心位置，認真檢驗制造產(chǎn)品的原材料質(zhì)量和最后的成品質(zhì)量。

鍋爐壓力容器制造的基本要素為原材料，鍋爐壓力容器的質(zhì)量直接受原材料質(zhì)量的影響，為了控制鍋爐壓力容器的裂紋問題，應(yīng)嚴把控原材料的質(zhì)量，為鍋爐壓力容器質(zhì)量的提升做好充分的準備工作。檢驗鍋爐壓力容器生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題時，質(zhì)量檢驗人員應(yīng)做好產(chǎn)品制造全流程的監(jiān)督檢驗工作，從根本上確保鍋爐壓力容器的產(chǎn)品質(zhì)量能夠滿足相關(guān)設(shè)計標準。

2.5 提高檢驗人員的業(yè)務(wù)綜合素質(zhì)

對鍋爐壓力容器進行檢驗的過程中，檢驗人員發(fā)揮著重要且不可替代的作用，要求檢驗人員具有過硬的專業(yè)技術(shù)水平和業(yè)務(wù)綜合素質(zhì)。檢驗鍋爐壓力容器時，檢驗人員應(yīng)依據(jù)所檢設(shè)備的相關(guān)國家標準與規(guī)程，對每一個必檢項目以及鍋爐壓力容器上的必檢位置進行仔細檢測，發(fā)現(xiàn)問題（如在焊縫周圍發(fā)現(xiàn)裂紋）時，立即依據(jù)相關(guān)規(guī)程的規(guī)定，采取切實有效的處理措施處理問題，使鍋爐壓力容器在使用周期中的安全運行得到保障。

（1）檢驗機構(gòu)需要公正地招聘檢驗人員，依據(jù)行業(yè)的相關(guān)要求設(shè)置相應(yīng)的硬性條件（如是否具備特種設(shè)備檢驗員上崗證等）招聘檢驗人員，所有檢驗人員需具有較高的安全操作能力，必須具備一定限度的專業(yè)理論知識水平。

（2）不斷提升檢驗人員的責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識，在檢驗鍋爐壓力容器時，嚴格依據(jù)相關(guān)規(guī)程和標準規(guī)定執(zhí)行檢驗，認真仔細做好規(guī)程要求的每一個必檢項目，不放過任何一個可能影響設(shè)備安全的小隱患，將相關(guān)的檢驗信息記錄完整，使檢測工作取得最佳的實際效果。

2.6 檢驗機構(gòu)加強安全管理

為了不斷提升鍋爐壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中的安全性，檢驗機構(gòu)必須全面落實鍋爐壓力容器的監(jiān)督檢驗和定期檢驗工作制度，使人們的生命財產(chǎn)安全得到保障。

（1）提升檢驗人員的自身責(zé)任意識，檢驗機構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部多開展檢驗業(yè)務(wù)交流活動，使每一位從事檢驗鍋爐壓力容器的檢驗員都能夠深刻感受到工作責(zé)任的重大，高度重視設(shè)備檢驗質(zhì)量，有利于開展安全管理工作。

（2）檢驗機構(gòu)創(chuàng)建完善的監(jiān)督管理制度，譬如在檢驗過程中一經(jīng)發(fā)現(xiàn)缺陷（如裂紋等），立即采取相應(yīng)措施處理，（如對使用單位下達檢驗意見通知書，設(shè)備缺陷若能修復(fù)，責(zé)令并監(jiān)督其在限期內(nèi)完成整改工作），顯著提升鍋爐壓力容器的安全性和可靠性。

（3）檢驗人員在檢驗鍋爐壓力容器時發(fā)現(xiàn)存在缺陷（如裂紋等），可以將缺陷情況詳細記錄下來，將案例分享在檢驗機構(gòu)的公共平臺上進行交流，實現(xiàn)責(zé)任落實到人，讓所有檢驗員參與討論，更準確地為缺陷定性，使所有檢驗員特別是年輕檢驗員增加經(jīng)驗儲備，加深對缺陷情況的理解，為今后更好地保障鍋爐壓力容器的檢驗質(zhì)量打好基礎(chǔ)。

3 案例分析

3.1 設(shè)備存在的缺陷

檢驗泉州某石化企業(yè)壓力容器的過程中，發(fā)現(xiàn)很多臺分餾塔頂后冷器殼程筒體內(nèi)有裂紋存在，分餾塔頂后冷器使用16MnR材料構(gòu)成，油氣是主要的殼程介質(zhì)類型。此次檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)有裂紋的分餾塔頂后冷器筒體的數(shù)量為7臺，裂紋的位置為筒體內(nèi)表面的焊縫位置處，且環(huán)焊縫上的裂紋比較集中，縱縫上出現(xiàn)的裂紋數(shù)量比較少。裂紋的分布形式為橫向分布，與焊縫保持垂直的狀態(tài)，裂紋以樹枝狀為主。

3.2 分析原因

（1）分餾塔頂?shù)暮罄淦鞯闹饕饔脼閷Ψ逐s塔頂餾出的油氣和PX裝置排出的輕烴進行分離，在分離的過程中，應(yīng)采取水冷措施給予處理，分離的產(chǎn)物為粗汽油和富氣。分離過程中的溫度保持約50 ℃，裝置內(nèi)部會有輕烴、硫化氫、水等混合物存在，經(jīng)常發(fā)生濕硫化氫腐蝕的現(xiàn)象。在詳細分析裂紋后發(fā)現(xiàn)，與介質(zhì)接觸的殼體內(nèi)部表面易于出現(xiàn)裂紋，材質(zhì)的金屬組織無異常表現(xiàn)，證明裂紋的主要誘因為介質(zhì)腐蝕。

（2）設(shè)備使用了很多年，上一年度檢查完好無損，但是使用單位在本年度更改了生產(chǎn)工藝和緩蝕劑，使硫化氫分壓和濕硫化氫環(huán)境的pH值發(fā)生改變，導(dǎo)致腐蝕裂紋出現(xiàn)。

（3）分析壓力容器的裂紋，發(fā)現(xiàn)裂紋主要出現(xiàn)在焊縫位置處，圈焊縫和環(huán)焊縫是出現(xiàn)裂紋的核心位置，熱影響區(qū)和母材上也存在不同程度的裂紋。資料中顯示設(shè)備的壁厚非常薄，未采取焊后熱處理的方式對其進行處理，使得焊接殘余應(yīng)力集中在焊縫上，殼體內(nèi)出現(xiàn)一定的應(yīng)力，造成腐蝕裂紋的情況發(fā)生。

（4）經(jīng)過全面的分析，發(fā)現(xiàn)造成裂紋的主要原因為使用單位改造了壓力容器，在緩蝕劑和介質(zhì)發(fā)生改變以后，使得腐蝕的情況不斷增加，設(shè)備內(nèi)的應(yīng)力和殘余應(yīng)力導(dǎo)致母材和殼體內(nèi)的焊縫處于濕硫化氫的環(huán)境中，在應(yīng)力腐蝕的影響下，產(chǎn)生裂紋問題。

3.3 處理意見

（1）檢驗機構(gòu)應(yīng)監(jiān)督鍋爐壓力容器使用單位采取相應(yīng)的措施消除裂紋，在打磨處理裂紋后，使用單位認真檢查打磨造成的凹槽深度，將其控制在鍋爐壓力容器壁厚的設(shè)計冗余量范圍之內(nèi)。

（2）在鍋爐壓力容器的使用過程中，檢驗機構(gòu)應(yīng)監(jiān)督使用單位采取積極的措施盡量消除掉應(yīng)力腐蝕因素，做好工藝參數(shù)定期監(jiān)測工作，加大巡回檢查的次數(shù)。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和進步，鍋爐壓力容器在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍，保有量逐年增長。鍋爐壓力容器的安全運行已經(jīng)成為不可忽視的問題，裂紋問題是鍋爐壓力容器的最常見的問題之一。鍋爐壓力容器出現(xiàn)裂紋，會給設(shè)備的運行帶來嚴重的安全隱患，引發(fā)一系列的安全事故。鍋爐壓力容器制造廠與檢驗機構(gòu)均應(yīng)嚴格按照行業(yè)標準和國家規(guī)定，認真負責(zé)做好每一項工作，形成完善的監(jiān)督機制，將鍋爐壓力容器處于出廠或使用周期時發(fā)生嚴重缺陷（如裂紋）的情況降到最低，最大限度地保障鍋爐壓力容器安全運行和人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。