鍋爐檢驗中裂紋產(chǎn)生原因的分析探究

周必云

（大同市綜合檢驗檢測中心，山西 大同 037010）

為了保障鍋爐安全經(jīng)濟運行，國家對特種設(shè)備目錄中鍋爐的設(shè)計、制造、安裝、改造、維修、使用制定了嚴(yán)格的技術(shù)要求，并做出強制進(jìn)行定期檢驗的規(guī)定。通過定期檢驗，及時發(fā)現(xiàn)鍋爐運行中產(chǎn)生的缺陷，并進(jìn)行相應(yīng)的修理消除缺陷，確保鍋爐無隱患運行，保障鍋爐安全運行，促進(jìn)我國工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。

1 鍋爐裂紋檢驗的重要性及鍋爐失效模式

1.1 重要性

在我國工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展過程中，鍋爐應(yīng)用越來越廣泛，很多單位的部分或者全部能源動力供應(yīng)幾乎都來源于鍋爐，因此鍋爐運行的正常性與生產(chǎn)效率息息相關(guān)。但是，由于鍋爐為高風(fēng)險特種設(shè)備，因此若存在使用管理操作不當(dāng)?shù)葐栴}，會導(dǎo)致安全事故?？v觀過去幾十年，所有鍋爐的安全事故，都會造成人員傷亡以及較大的經(jīng)濟損失，所以，在鍋爐生產(chǎn)和使用過程中，通過對其進(jìn)行相應(yīng)形式的檢驗，可以及時發(fā)現(xiàn)問題，消除缺陷，保障質(zhì)量，從根本上維護鍋爐使用的安全性。

1.2 工業(yè)鍋爐常見的失效模式

鍋爐的工作特點是高溫高壓，環(huán)境和時間一定時，由于鍋爐的溫度或載荷過高，以及水汽介質(zhì)的腐蝕，煙氣的腐蝕沖刷，會使材料性能產(chǎn)生一定的變化，進(jìn)而使鍋爐材料失效、結(jié)構(gòu)失衡、設(shè)備報廢。當(dāng)前鍋爐常見失效模式主要可以分成泄露失效、失穩(wěn)失效、剛度失效以及強度失效幾個類型，失效后的鍋爐會出現(xiàn)泄露、斷裂以及變形等問題。在對鍋爐實施檢驗過程中，強度失效是最常見、最廣泛的失效模式，當(dāng)鍋爐出現(xiàn)斷裂、屈服以及裂紋等問題時，便會引起強度失效，其中裂紋問題最為常見。當(dāng)鍋爐存在裂紋時，相較于其他失效模式，其存在后期維修操作復(fù)雜、成本較高等特點，因此，單位應(yīng)對鍋爐裂紋問題進(jìn)行嚴(yán)格檢驗和準(zhǔn)確分析。

2 工業(yè)鍋爐主要檢驗內(nèi)容

2.1 檢驗重點

在對鍋爐進(jìn)行焊接施工過程中，所使用的焊接材料主要為高強度低合金材料，由于該種材料中所含元素較多且各元素的性質(zhì)各不相同，因此在焊接施工過程中，可能會出現(xiàn)焊接鋼板硬度過高的問題，導(dǎo)致焊接效果受到影響。與此同時，在焊接過程中，還會出現(xiàn)結(jié)垢、磨損、腐蝕、泄露以及變形等問題，若發(fā)現(xiàn)不及時，會導(dǎo)致鍋爐使用壽命受到影響。與此同時，鍋爐材料中含有大量的鋅和碳元素，當(dāng)壓力超過一定值時，會使鍋爐產(chǎn)生裂紋，最終導(dǎo)致鍋爐爆炸等事故。在對鍋爐進(jìn)行檢驗過程中，相關(guān)單位應(yīng)對檢驗相關(guān)內(nèi)容以及重點環(huán)節(jié)進(jìn)行明確，并以此為基礎(chǔ)，制定檢驗方案，保障檢驗效率，及時找出缺陷并加以處理，使鍋爐穩(wěn)定性和安全性進(jìn)一步提高。

2.2 內(nèi)部檢驗

在對鍋爐實施內(nèi)部檢驗過程中，鍋爐應(yīng)為非工作狀態(tài)。每隔兩年就應(yīng)對鍋爐內(nèi)部進(jìn)行一次檢驗，通常內(nèi)部檢驗主要可以分為如下兩部分：（1）對鍋爐本體實施檢驗，主要包含水冷壁管、爐膽、管板、封頭以及鍋筒（殼）等承壓部件；（2）對鍋爐管道實施檢驗，主要包含鍋爐本體主管道、給水管道以及蒸汽管道等。在鍋爐工作過程中，相較于鍋爐本體，管道問題相對較少，但是由于管道布置較為復(fù)雜，因此其存在維護難度、檢驗難度大等特點，需要耗費較多的時間進(jìn)行檢驗和維護，為了保障管道運行質(zhì)量，相關(guān)單位應(yīng)按照要求對其進(jìn)行定期檢查，控制后期維護費用。

2.3 外部檢驗

2.4 水壓試驗

為了對鍋爐受壓部件的耐壓強度以及嚴(yán)密性進(jìn)行檢驗，可以使用鍋爐水壓試驗實施檢驗。一般情況下，檢驗人員或使用單位對設(shè)備安全狀況有懷疑時，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行水(耐）壓試驗；因鍋爐結(jié)構(gòu)原因無法對鍋爐進(jìn)行內(nèi)部檢驗時，每三年實施一次水(耐）壓試驗。

3 工業(yè)鍋爐裂紋產(chǎn)生的主要原因

3.1 腐蝕原因

由于鍋爐受熱面主要為金屬材料，在其使用過程中容易受水蒸氣、鍋水、灰渣、煙氣以及空氣等介質(zhì)的影響，使鍋爐鋼材腐蝕。

煙氣側(cè)的腐蝕為高溫氧化和低溫腐蝕，由于煙氣中含有一定量的二氧化硫等多元腐蝕性氣體，在高溫?zé)煔獾拈L期作用下，鍋爐受熱面管道內(nèi)表面會出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其被腐蝕；在尾部煙道，常因為受熱面壁溫低于煙氣露點，產(chǎn)生硫酸蒸汽凝結(jié)導(dǎo)致低溫腐蝕。

介質(zhì)側(cè)的腐蝕為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，鍋爐水汽介質(zhì)中溶解的氧氣等氣體和雜質(zhì)與受熱面介質(zhì)側(cè)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致腐蝕；鍋水中的電解質(zhì)使含碳的鍋爐鋼材產(chǎn)生電池效應(yīng)造成電化學(xué)腐蝕。

另外，當(dāng)鍋爐處于長期停運狀態(tài)時，因空氣中水蒸氣和水的影響，會使受熱面及鍋爐鋼構(gòu)件出現(xiàn)腐蝕等問題。

綜上，各種腐蝕作用都會使鍋爐受熱面變薄，當(dāng)腐蝕嚴(yán)重時，會導(dǎo)致鍋爐產(chǎn)生裂紋。

3.2 金屬疲勞原因

在工業(yè)鍋爐長期運行過程中，鍋爐表面的應(yīng)力也會不斷增加，當(dāng)鍋爐某處應(yīng)力較為集中時，因壓力和負(fù)荷波動的影響，會使應(yīng)力呈現(xiàn)出周期變化的狀態(tài)，導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)應(yīng)力低周疲勞裂紋。在腐蝕介質(zhì)以及低周疲勞的作用下，裂紋會不斷打開和閉合，使鍋爐產(chǎn)生金屬疲勞。在鍋爐使用過程中，其初期基本不會出現(xiàn)裂紋，但是在使用時間增加和延長的過程中，由于金屬疲勞原因，裂

紋數(shù)量也會隨之增加，裂紋長度也會越來越長，嚴(yán)重影響鍋爐使用安全性，直至失效。

術(shù)前宣教形式多樣，包括展開個人咨詢、宣傳彩頁或多媒體方式等。如果患者及家屬與相關(guān)的外科醫(yī)生、麻醉醫(yī)生及護理人員進(jìn)行一次面對面的交流則更理想。宣教內(nèi)容應(yīng)包括解釋在整個流程中患者的任務(wù)，鼓勵患者術(shù)后早期進(jìn)食，早期下床活動，配合鎮(zhèn)痛及呼吸功能鍛煉等，并應(yīng)向患者及家屬詳細(xì)說明出院標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 高溫原因

在鍋爐使用過程中，因水質(zhì)原因?qū)е滤附Y(jié)生，或外側(cè)灰垢附著較厚，導(dǎo)致受熱面散熱受到影響甚至被阻隔，則受熱面金屬材料長期處于高溫環(huán)境中，金屬材料會出現(xiàn)球化、碳化等問題，導(dǎo)致其耐久性受到影響，最終在鍋爐薄弱位置會出現(xiàn)裂紋，當(dāng)裂紋問題較為嚴(yán)重時，會使鍋爐出現(xiàn)高溫爆管等問題，不但會影響生產(chǎn)作業(yè)效率，還會導(dǎo)致安全事故。

4 鍋爐裂紋主要檢驗措施

4.1 分析鍋爐技術(shù)資料

在對鍋爐裂紋進(jìn)行檢驗過程中，通過對鍋爐安全技術(shù)檔案等相關(guān)資料進(jìn)行分析，可知鍋爐的管理和使用狀態(tài)。在此過程中，檢驗人員應(yīng)對變更和新增加情況、上次檢驗報告中的問題整改情況、異常情況、記錄情況、修理情況等內(nèi)容進(jìn)行落實。與此同時，通過對鍋爐技術(shù)資料進(jìn)行分析，還可以明確鍋爐檢驗重點內(nèi)容，使鍋爐使用安全性進(jìn)一步提高。

4.2 提高裂紋檢驗的科學(xué)性

通過對資料審查的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評價，可以明確裂紋檢驗的重點部位，這些部位主要包括已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重缺陷的部位、曾經(jīng)存在裂紋并修理的部位以及承受交變應(yīng)力的部位等。在裂紋檢驗過程中，檢驗人員可以先進(jìn)行觀察，了解鍋爐的大體情況，并使用儀器和工具對裂紋形態(tài)進(jìn)行檢驗。與此同時，在鍋爐裂紋檢驗過程中，檢驗人員應(yīng)借助科學(xué)的檢測措施，對鍋爐數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并對裂紋質(zhì)量進(jìn)行評估和檢測，在保障檢驗準(zhǔn)確性的前提下，控制檢驗成本，達(dá)到提高鍋爐檢驗質(zhì)量的目的。一般情況下，由于導(dǎo)致鍋爐產(chǎn)生裂紋的因素相對較多，因此檢驗人員應(yīng)以裂紋產(chǎn)生部位為依據(jù)，對原因進(jìn)行具體分析，提高裂紋檢驗的科學(xué)性。

5 鍋爐裂紋處理及預(yù)防措施

5.1 鍋爐裂紋處理措施

當(dāng)鍋爐存在裂紋時，如果沒有對裂紋進(jìn)行及時處理，會導(dǎo)致裂紋長度進(jìn)一步增加，甚至還會產(chǎn)生新裂紋。因此，為了對鍋爐裂紋進(jìn)行處理，單位應(yīng)對焊接工藝指導(dǎo)書進(jìn)行制定，保障鍋爐焊接質(zhì)量，在補焊施工之后，應(yīng)對其進(jìn)行磨平處理，防止因應(yīng)力集中導(dǎo)致鍋爐再次出現(xiàn)裂紋。與此同時，裂紋處理完成后，單位還應(yīng)對其進(jìn)行無損檢查，確保其符合要求。

5.2 鍋爐裂紋預(yù)防措施

5.2.1提高鍋爐制造工藝

在鍋爐制造過程中，操作人員應(yīng)對各內(nèi)部元件質(zhì)量進(jìn)行控制，保障其符合鍋爐制造要求。在焊接過程中，操作人員應(yīng)使用電弧傳感器和視覺傳感器對工時、焊料消耗、焊道數(shù)、電弧電壓、焊接電流、熔池形狀以及電弧形狀等進(jìn)行測量和控制，并使用大數(shù)據(jù)對其進(jìn)行綜合分析，保障焊接質(zhì)量。與此同時，單位還應(yīng)制定鍋爐生產(chǎn)管理系統(tǒng)，對生產(chǎn)全過程進(jìn)行信息化管理，在保障生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，使生產(chǎn)成本得到有效控制，使生產(chǎn)效益和效率進(jìn)一步提高，降低鍋爐裂紋的發(fā)生率。

5.2.2 提高鍋爐的操作規(guī)范性

在鍋爐使用過程中，為了保障鍋爐能正常運行，操作人員應(yīng)對溫度和壓力進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)超溫、超壓運行的情況。在作業(yè)過程中，操作人員應(yīng)以操作規(guī)范為基礎(chǔ)，對操作步驟進(jìn)行制定，并嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行操作，避免出現(xiàn)失誤，達(dá)到控制鍋爐裂紋的目的。

5.2.3 定期維護保養(yǎng)鍋爐

在鍋爐使用過程中，操作人員應(yīng)在不停爐的基礎(chǔ)上，實施預(yù)防性的局部檢修。與此同時，操作人員還應(yīng)有計劃的安排停爐，對零部件進(jìn)行更換，并對設(shè)備進(jìn)行修復(fù)性的、全面性的保養(yǎng)和檢修。保養(yǎng)和檢修內(nèi)容主要有自動控制裝置、溫度計、爐膛、爐墻、輔助設(shè)備、燃燒設(shè)備、鍋爐本體、閥門和管路、安全閥、水位計以及壓力表等。

5.2.4明確職責(zé)

在鍋爐使用過程中，相關(guān)單位應(yīng)對相關(guān)法律和法規(guī)進(jìn)行研究，明確職責(zé)，并以此為基礎(chǔ)，對管理制度進(jìn)行制定，對鍋爐使用情況進(jìn)行記錄。與此同時，相關(guān)單位還應(yīng)對鍋爐性能參數(shù)以及設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，做到環(huán)保運行管理、經(jīng)濟運行管理以及安全運行管理。

5.2.5 提高員工操作技能

在鍋爐使用過程中，員工操作技能與鍋爐裂紋控制質(zhì)量息息相關(guān)。在實際操作過程中，由于部分操作人員對操作章程和操作方法不熟悉，缺乏專業(yè)的操作技能，在操作過程中失誤不斷，這不但會影響鍋爐使用安全性，還會使鍋爐出現(xiàn)裂紋。因此應(yīng)保障各操作人員的操作水平，并對其技能進(jìn)行培訓(xùn)，在控制鍋爐裂紋的基礎(chǔ)上，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。在操作人員選聘過程中，單位應(yīng)提高錄取條件，保障選聘人員的專業(yè)技術(shù)水平符合要求，與此同時，單位還應(yīng)對操作人員進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)，明確每個操作人員的職責(zé)，使其操作技能進(jìn)一步提高。除此之外，單位還應(yīng)為鍋爐操作人員提供學(xué)習(xí)機會，主要有專家講座、外派學(xué)習(xí)、技能交流研討會等形式，使操作人員的操作水平進(jìn)一步提高，保障鍋爐運行的安全性。

6 結(jié)語

在我國工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展過程中，鍋爐具有重要作用。但是在鍋爐制作和運行過程中，由于諸多因素的影響，會導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)裂紋問題，因此為了使鍋爐運行安全性進(jìn)一步提高，應(yīng)采取科學(xué)的檢驗措施對鍋爐進(jìn)行檢驗，及時發(fā)現(xiàn)鍋爐中的問題，對其原因進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。與此同時，還應(yīng)提高鍋爐制造工藝、定期維護保養(yǎng)鍋爐、提高鍋爐操作規(guī)范性、明確單位職責(zé)、提高員工操作技能，從根本上預(yù)防鍋爐裂紋問題，使鍋爐運行穩(wěn)定性和安全性進(jìn)一步提高。