鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)中的裂紋問題

劉志朋

[摘 ? ?要]鍋爐壓力容器壓力管道在運(yùn)行過程中會受到內(nèi)外復(fù)雜環(huán)境因素的影響，在運(yùn)行使用過程中會出現(xiàn)不同程度和形式的裂紋。對鍋爐壓力容器壓力管道裂紋問題進(jìn)行檢驗(yàn)，既是確保鍋爐壓力容器壓力管道安全運(yùn)行的重要措施，同時(shí)也是保障相關(guān)人員生命財(cái)產(chǎn)安全的重要要求。文章對鍋爐壓力容器壓力管道裂紋檢驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了簡單分析和探究，以期為鍋爐壓力容器壓力管道檢驗(yàn)工作的開展提供一定參考。

[關(guān)鍵詞]鍋爐;壓力容器;壓力管道;裂紋問題;問題檢驗(yàn)

[中圖分類號]TK228 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–0–03

Cracks in Boiler and Pressure Vessel Pressure Piping Inspection

Liu Zhi-peng

[Abstract]The pressure piping of boiler and pressure vessel will be affected by complex internal and external environmental factors during operation， and cracks will appear in different degrees and forms during operation and use. The inspection of boiler and pressure vessel pressure pipeline cracks is not only an important measure to ensure the safe operation of boiler and pressure vessel pressure pipelines， but also an important requirement to ensure the safety of life and property of relevant personnel. This paper briefly analyzes and explores the relevant contents of the inspection of boiler and pressure vessel pressure pipeline cracks， in order to provide a certain reference for the development of boiler and pressure vessel pressure pipeline inspection work.

[Keywords]boiler; pressure vessel; pressure pipeline; crack problem; problem inspection

鍋爐壓力容器壓力管道長期在高溫、高壓的運(yùn)行環(huán)境下，不可避免的受到內(nèi)部運(yùn)行條件和外部復(fù)雜環(huán)境的影響，出現(xiàn)裂紋問題，一旦裂紋問題產(chǎn)生，不僅會增加鍋爐壓力容器壓力管道爆炸的可能性，而且會威脅到相關(guān)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，造成極為惡劣的社會影響。為了確保鍋爐壓力容器壓力管道的安全運(yùn)行，必須要做好鍋爐壓力容器壓力管道的裂紋問題檢驗(yàn)和處理工作。

1 鍋爐壓力容器壓力管道的常見裂紋類型

根據(jù)鍋爐壓力容器壓力管道運(yùn)行使用管理的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可以將鍋爐壓力容器壓力管道的常見裂紋總結(jié)為以下幾種。

1.1 應(yīng)力腐蝕性裂紋

鍋爐壓力容器壓力管道在受到應(yīng)力和接觸到腐蝕性物質(zhì)的情況下，會發(fā)生應(yīng)力腐蝕性裂紋。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)力腐蝕性裂紋主要出現(xiàn)在集裝箱的管座、汽水管道等區(qū)域，該種裂紋機(jī)理大多呈現(xiàn)出垂直性，這主要是因?yàn)殄仩t壓力容器壓力管道承載的外界荷載過大，并且管道內(nèi)的元件與具有腐蝕性的循環(huán)水接觸，導(dǎo)致管道元件的強(qiáng)度變?nèi)酰坏┕艿莱休d的荷載臨近或者是超過荷載，很容易就會出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕性裂紋問題。除此之外，管道內(nèi)部的應(yīng)力也會導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕性裂紋問題的出現(xiàn)，尤其是在鍋爐運(yùn)行過程中，壓力管道會受到內(nèi)部液體壓力和外部溫度壓力的雙重作用，如果兩者作用失衡，鍋爐壓力管道的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，加上內(nèi)部液體的腐蝕性，最終導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕性裂紋產(chǎn)生。

1.2 蠕變性裂紋

在長期高溫運(yùn)行環(huán)境影響和應(yīng)力粘合的作用下，鍋爐壓力容器壓力管道會很容易產(chǎn)生蠕變開裂的問題，一旦鍋爐壓力容器壓力管道蠕變、開裂，那么壓力管道內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)損壞甚至是區(qū)域變形，鍋爐壓力容器壓力管道的運(yùn)行安全難以保證。一般情況下，管道的蠕變性裂紋主要集中在集管熱影響區(qū)、高溫蒸汽管、加熱膨脹管等區(qū)域。實(shí)際上，蠕變性裂紋的特征是十分明顯的，方向與最大拉應(yīng)力垂直，呈現(xiàn)出曲折形式走勢、裂紋面積較大以及多條裂紋平行分布的特點(diǎn)。另外，蠕變性裂紋還具有細(xì)微的、呈橢圓狀的蠕變孔。需要注意的是，在管道焊縫出的蠕變性裂紋排列會表現(xiàn)出特殊的形式，與焊縫方向平衡，由焊縫表面深入到內(nèi)部，并且在主裂紋的邊界兩側(cè)會有沿晶粒平行分布的裂紋。

1.3 焊接裂紋

由于目前大多數(shù)的鍋爐鍋爐壓力容器壓力管道都是由金屬板焊接而成的，因此在鍋爐運(yùn)行過程中，在運(yùn)行壓力的影響下，受到高溫環(huán)境的影響，鍋爐壓力容器壓力管道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會相應(yīng)的降低，金屬板焊接縫的位置經(jīng)常會出現(xiàn)裂紋。雖然在鍋爐制造完成后會進(jìn)行靜置冷卻操作，但是在鍋爐制造的過程中也會帶來冷裂紋的問題，對鍋爐的安全運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。此外，在鍋爐壓力容器壓力管道金屬板焊接過程中，氫元素與金屬組織接觸，在焊接冷卻的過程中，奧氏體會逐漸轉(zhuǎn)變成鐵元素，而壓力管道結(jié)構(gòu)中的氫元素則會逐漸朝著結(jié)構(gòu)的中部移動，最終在焊接冷卻過程中產(chǎn)生氫裂紋問題。

1.4 疲勞裂紋

鍋爐壓力容器壓力管道疲勞裂紋主要包括機(jī)械疲勞裂紋和腐蝕疲勞裂紋兩種，其中機(jī)械疲勞裂紋是指鍋爐壓力容器壓力管道在長期的高強(qiáng)度、高溫運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的裂紋問題。應(yīng)變力比較集中的區(qū)域是機(jī)械疲勞裂紋經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域，一般表現(xiàn)為直線型。機(jī)械疲勞裂紋在產(chǎn)生之初，裂紋分布比較集中，并且長度比較短，在沒有妥善解決和維護(hù)的情況下，隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的增加，裂紋會逐漸深入到管道結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并且拓展的速度會逐漸增加，最終造成鍋爐壓力容器壓力管道的嚴(yán)重?fù)p傷和破壞。而腐蝕疲勞裂紋則主要集中分布在集裝箱管座等長期受到外部荷載壓力的位置，腐蝕疲勞裂紋會隨著時(shí)間的流逝而不斷延長，除了對壓力管道的正常、安全運(yùn)行產(chǎn)生不良影響之外，還會導(dǎo)致鍋爐壓力容器壓力管道內(nèi)部環(huán)境污染問題。與機(jī)械疲勞裂紋表現(xiàn)形式不同，腐蝕疲勞裂紋相對細(xì)小、尖銳，會在主要裂紋出現(xiàn)后逐漸衍生出次要裂紋。

2 鍋爐壓力容器壓力管道裂紋檢驗(yàn)的內(nèi)容與方法

2.1 整體檢查

整體檢查是鍋爐壓力容器壓力管道最常用的檢查方法之一，在整體檢查工作中，主要做好以下幾個(gè)方面的檢查工作。

（1）對鍋爐壓力容器壓力管道內(nèi)部進(jìn)行檢查。一方面，要對壓力容器與管道內(nèi)部進(jìn)行徹底的清理，充分清除管道內(nèi)部與壓力容器內(nèi)的物料殘?jiān)c氣體殘留，減少對鍋爐生產(chǎn)制造造成的不良影響，確保壓力管道壓力容器焊接、封頭等不出現(xiàn)問題。另一方面，要對壓力容器和管道進(jìn)行外部檢查，主要是檢查容器與管道的外表面，并進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)與保養(yǎng)。同時(shí)，要對裂紋情況進(jìn)行全面、系統(tǒng)、深入的檢查，根據(jù)裂紋的形狀、分布等情況對鍋爐壓力容器壓力管道整體運(yùn)行狀態(tài)、容器及管道的磨損與腐蝕情況以及使用消耗等進(jìn)行判斷，為鍋爐壓力容器壓力管道維護(hù)管理提供相應(yīng)的參考與依據(jù)。

（2）要借助相應(yīng)的儀器設(shè)備開展鍋爐壓力容器壓力管道的整體檢查，不能僅靠肉眼觀察判斷。在專業(yè)檢查儀器的配合使用下，找到鍋爐壓力容器壓力管道內(nèi)的細(xì)小紋裂，明確鍋爐壓力容器壓力管道外表面磨損和腐蝕的程度，準(zhǔn)確掌握鍋爐壓力容器壓力管道的使用壽命。在整體檢查過程中，相關(guān)人員要堅(jiān)持認(rèn)真、負(fù)責(zé)的態(tài)度，在檢查之前要根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)做好計(jì)劃，避免漏查、誤查或者是缺陷等問題的出現(xiàn)。

2.2 質(zhì)量檢查

對于鍋爐壓力容器壓力管道的質(zhì)量檢查主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。①要對鍋爐壓力容器壓力管道內(nèi)部裝載物質(zhì)、運(yùn)輸物質(zhì)的輸出質(zhì)量狀況進(jìn)行檢查，采取對比常規(guī)狀態(tài)下物質(zhì)使用標(biāo)準(zhǔn)的方法對鍋爐壓力容器壓力管道內(nèi)的物質(zhì)情況進(jìn)行判斷?；蛘呤峭ㄟ^相應(yīng)的質(zhì)檢報(bào)告對鍋爐壓力容器壓力管道的運(yùn)載狀況進(jìn)行反向檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的質(zhì)量問題。②要開展相應(yīng)的耐壓試驗(yàn)。耐壓試驗(yàn)是檢查焊縫的主要措施，只有通過耐壓試驗(yàn)的鍋爐壓力容器壓力管道才能夠達(dá)到安全使用的要求。

3 鍋爐壓力容器壓力管道裂紋問題預(yù)防管控的主要措施

3.1 加強(qiáng)對鍋爐壓力容器壓力管道生產(chǎn)材料和制作過程的質(zhì)量管控

一方面，要對鍋爐壓力容器壓力管道制作材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格審核。由于鍋爐壓力容器壓力管道長期在高強(qiáng)度、高溫復(fù)雜條件下運(yùn)行，因此對制作材料的要求是比較高的，如果制作材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，鍋爐壓力容器壓力管道更容易出現(xiàn)裂紋，難以保證運(yùn)行安全。因此在鍋爐壓力容器壓力管道制作階段，相關(guān)的材料采購管理人員就要加強(qiáng)材料質(zhì)量的管控，選擇信譽(yù)好、規(guī)模大、質(zhì)量有保證的合作廠家，選擇符合鍋爐壓力容器壓力管道用途和使用條件的材料，并且在鍋爐壓力容器壓力管道制作之前、制作過程中都要做好相應(yīng)的材料質(zhì)量檢查、抽檢等相關(guān)工作。另一方面，要做好鍋爐壓力容器壓力管道制作質(zhì)量管理，對管道制作設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行嚴(yán)格審核，監(jiān)督制作人員嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行規(guī)范操作，避免因個(gè)人操作失誤對鍋爐壓力容器壓力管道質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。同時(shí)對鍋爐壓力容器壓力管道制作工序的完整性、連貫性進(jìn)行管控，如果出現(xiàn)了漏項(xiàng)或者是操作順序不當(dāng)?shù)?，會直接影響到鍋爐壓力容器壓力管道的質(zhì)量，導(dǎo)致更多、更復(fù)雜的裂紋問題產(chǎn)生。

3.2 強(qiáng)化鍋爐壓力容器壓力管道的質(zhì)量檢驗(yàn)

加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)是預(yù)防鍋爐壓力容器壓力管道出現(xiàn)裂紋的重要措施之一。具體地說，在強(qiáng)化質(zhì)量檢驗(yàn)方面，要做好以下幾個(gè)方面的工作。①要構(gòu)建完善的質(zhì)量檢驗(yàn)工作體系，為質(zhì)量檢驗(yàn)人員相關(guān)工作的開展提供可靠的依據(jù)和支持。具體的要根據(jù)鍋爐壓力容器壓力管道的使用狀況等對質(zhì)量檢驗(yàn)體系的內(nèi)容、要求和標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行詳細(xì)的、系統(tǒng)的明確。②要加強(qiáng)檢驗(yàn)預(yù)防工作。在質(zhì)量檢驗(yàn)的過程中，要根據(jù)上文分析的鍋爐壓力容器壓力管道裂紋的類型、易發(fā)生區(qū)域等內(nèi)容開展系統(tǒng)、重點(diǎn)和全面的檢驗(yàn)，同時(shí)對管道的內(nèi)部進(jìn)行清理，減少腐蝕物，降低因腐蝕物存在導(dǎo)致的裂紋發(fā)生率，減輕對管道的損害。將管道焊接位置作為重點(diǎn)檢驗(yàn)區(qū)域，開展針對性的質(zhì)量檢驗(yàn)，做好管道焊接處定期維護(hù)工作，如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)焊接處存在松動的問題，必須要立即進(jìn)行補(bǔ)焊。③要成立專業(yè)的質(zhì)量檢驗(yàn)隊(duì)伍，對鍋爐壓力容器壓力管道進(jìn)行監(jiān)督控制。構(gòu)建一支高水平的、經(jīng)驗(yàn)豐富的質(zhì)量檢驗(yàn)隊(duì)伍，明確各個(gè)工作崗位的職責(zé)，將責(zé)任落實(shí)到人，強(qiáng)化質(zhì)量管控意識。同時(shí)要做好質(zhì)量檢驗(yàn)人員的培訓(xùn)工作，加強(qiáng)技能培訓(xùn)和知識培訓(xùn)，重點(diǎn)對鍋爐壓力容器壓力管道可能出現(xiàn)的裂紋情況、產(chǎn)生原因、檢查方法、監(jiān)督控制手段等進(jìn)行培訓(xùn)，確保質(zhì)量檢驗(yàn)工作效果的明顯提升。同時(shí)要做好技術(shù)人才的引進(jìn)，通過線上、線下相結(jié)合的方式，多種渠道地引進(jìn)專業(yè)技術(shù)人才，并且在引進(jìn)過程中著重考察技術(shù)人才的技術(shù)水平和個(gè)人綜合品質(zhì)，選拔、引進(jìn)既有扎實(shí)專業(yè)技術(shù)實(shí)力，又有強(qiáng)烈責(zé)任心的人員充實(shí)到人才隊(duì)伍，提升隊(duì)伍品質(zhì)。

3.3 規(guī)范鍋爐壓力容器壓力管道的操作控制

根據(jù)上文對鍋爐壓力容器壓力管道裂紋問題產(chǎn)生的原因分析可知，人為因素是導(dǎo)致鍋爐壓力容器壓力管道出現(xiàn)裂紋的重要因素之一。因此，要從規(guī)范操作角度出發(fā)，要加強(qiáng)對操作人員的管理，減少人為因素對鍋爐壓力容器壓力管道的不良影響。

（1）要從鍋爐壓力容器壓力管道安裝階段開展操作質(zhì)量管控工作。在鍋爐壓力容器壓力管道安裝之前，要設(shè)計(jì)合理的、科學(xué)的安裝方案，在充分分析鍋爐壓力容器壓力管道使用情況前提下，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)對管道安裝進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。在管道安裝的過程中，要嚴(yán)格按照安裝的流程進(jìn)行操作，在安裝過程中藥特別做好氣密性、水密性的控制。

（2）嚴(yán)格規(guī)范操作操作流程，構(gòu)建鍋爐壓力容器壓力管道操作管理平臺，引導(dǎo)操作工作人員規(guī)范、正確地對鍋爐壓力容器壓力管道進(jìn)行操作。加強(qiáng)對操作人員的培訓(xùn)，詳細(xì)介紹操作流程以及壓力管道的運(yùn)轉(zhuǎn)原理等，并通過案例分析、操作演示等方式讓操作人員明確正確操作的重要性，了解違規(guī)操作可能引發(fā)的嚴(yán)重后果，提高操作人員的規(guī)范操作警惕性。

（3）完善鍋爐壓力容器壓力管道操作管理監(jiān)控系統(tǒng)。在長期高壓運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，鍋爐壓力容器壓力管道不可避免地會發(fā)生故障，通過加強(qiáng)運(yùn)行管理監(jiān)控，引進(jìn)先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)掌握鍋爐壓力容器壓力管道的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，對監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的安全隱患問題進(jìn)行及時(shí)、有效的信號傳送，并且為管道維護(hù)維修人員相關(guān)工作開展提供參考和數(shù)據(jù)支持，將因裂紋問題導(dǎo)致的損失降到最低。

3.4 保證鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性

（1）要確保鍋爐壓力容器壓力管道在鍋爐的開啟、運(yùn)轉(zhuǎn)及停止等階段的穩(wěn)定運(yùn)行。確保鍋爐的開啟、運(yùn)轉(zhuǎn)及停止階段中，壓力管道能夠始終保持在平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)下，如果發(fā)生較大的起伏，則會直接影響到影響到鍋爐壓力容器壓力管道的質(zhì)量。在整個(gè)過程中，尤其是要做好溫度變化的控制，如果溫度變化過大，會在短時(shí)間導(dǎo)致鍋爐損害問題，因此，不論是鍋爐的升溫操作，還是降溫操作，都必須要遵守循序漸進(jìn)的原則進(jìn)行，絕對不能出現(xiàn)溫度的瞬間性變化操作。另外在進(jìn)行鍋爐預(yù)熱操作的時(shí)候，必須要確保預(yù)熱操作無誤，杜絕違規(guī)操作。

（2）要做好鍋爐壓力容器壓力管道維護(hù)工作。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長，鍋爐壓力容器壓力管道必然會產(chǎn)生相應(yīng)的磨損，有效、科學(xué)的維護(hù)能夠延長壓力管道的使用壽命，促使壓力管道維持相對良好的運(yùn)行狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)配備專門的、專業(yè)的、了解壓力管道的原理、裂紋產(chǎn)生類型以及相關(guān)維護(hù)理論知識的設(shè)備維護(hù)工作人員，在維護(hù)過程中要嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行操作，對壓力管道的維護(hù)情況進(jìn)行定期、客觀的記錄，如果在維護(hù)的過程中發(fā)現(xiàn)異常的情況，必須及時(shí)與相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行溝通，對異常情況發(fā)生的原因進(jìn)行分析，并立即采取措施進(jìn)行解決。

4 結(jié)語

鍋爐壓力容器壓力管道在運(yùn)行過程中受到多個(gè)方面因素的影響，會產(chǎn)生不同類型的裂紋問題，影響到鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。必須要從實(shí)際出發(fā)，做好鍋爐壓力容器壓力管道運(yùn)行的整體檢查和質(zhì)量檢驗(yàn)，并且加強(qiáng)制作材料和環(huán)節(jié)管控、強(qiáng)化質(zhì)量檢驗(yàn)、規(guī)范操作和保證鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行等，多方面采取措施防止鍋爐壓力容器壓力管道裂紋問題的發(fā)生，確保鍋爐鍋爐壓力容器壓力管道運(yùn)行安全，保障相關(guān)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，促使工業(yè)企業(yè)更好地發(fā)展與進(jìn)步。

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