锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题浅析

锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题浅析

谭开银

达州市特种设备监督检验所 四川省达州市  635000

摘要：裂纹的产生，不但会对锅炉压力容器压力管道（以下简称设备）的正常运行造成严重的影响，甚至还会威胁到设备作业人员的生命安全，进而对公司的生产经营和经济效益产生重大损失。因此，应严格要求并加强对设备的检验检测、经常性维护保养和定期自行检查等使用管理工作。此外，在使用过程中，还要不定期地对设备的现实状况进行系统的全面检查，根据所检查的情况，对其可能的失效模式进行识别，并对存在的风险进行分析，从而找到裂纹源，发现裂纹的特征，采取相应的措施来进行控制。在本论文的分析与研究中，重点就是对设备中出现的裂纹问题进行浅析与论述，以期为设备检验、使用过程中发现裂纹问题的解决途径提供一些借鉴。

关键词：压力容器；压力管道；裂纹；预防措施

引言：在设备检验过程中，裂纹问题及其防治措施的提出，与实际情况相一致。由于设备长期处在高温、高压的条件，一旦产生了裂纹问题，在这样的工况下，必然会引起断裂、乃至发生爆炸。如果发生了不可修复的爆炸，不但会造成重大人员伤亡，还会造成巨大的经济损失。因此，在检验工作中，必须高度重视设备可能产生的裂纹问题。使用单位应充分认识到自行检查对设备检验中发现裂纹的重要意义。同时，也要了解有关防范和处置的对策。当出现突发情况时，相关人员必须保持镇定，按照应急预案的规定和要求进行科学、合理的处置。

一、设备检验中裂纹产生的原因分析及预防控制措施

1.1环境开裂导致的裂纹

在实际检验工作中，氨应力腐蚀开裂最为常见，大多为碳钢制液氨设备。无水液氨对碳钢制设备产生很轻微的均匀腐蚀，但液氨设备在充装、排料及检修过程中，容易受到空气的污染，空气中的氧和二氧化碳加速氨对碳钢的腐蚀，且焊缝处的残余应力较高，可使设备表面钝化膜产生破裂，从而造成应力腐蚀开裂。在液氨中使用的碳钢设备，如未进行热处理，则焊缝金属和热影响区都可能发生裂纹。

设备在生产制造时，残余应力越大则设备在使用过程中开裂敏感性就越高。因此，碳钢设备在进行焊接制造后应进行热处理，控制焊接接头硬度不超过HB225，以消除焊接残余应力。

氨冷冻系统、化工装置中用于氨储运的碳钢或低合金钢制管道、储罐等设备，如果控制不好物料的含水率、温度、杂质等工况，都会造成设备腐蚀开裂产生裂纹，根据相关文献资料，一般来说，氨含水量低于0.005%或大于0.2%时开裂均较低；温度低于-5℃时几乎不会产生裂纹；介质中含有少量的空气或氧即可增加裂纹敏感性。因此，在液氨蒸气环境中使用的设备，应防止空气或氧混入。或是在氨中加入少量的水。碳钢或低合金钢设备在检验时，外壁可采用超声横波检测、AE检测，内壁可采用荧光磁粉检测判断设备是否发生氨应力腐蚀裂纹。某装置储氨设备内壁荧光磁粉检测发现大量的应力腐蚀裂纹，如下图：

1.2机械疲劳产生的裂纹

循环机械载荷作用下，设备在一处或几处产生局部永久累积损伤而产生裂纹，经一定循环次数后，裂纹不断扩展，可能导致突然完全断裂。损伤分为三个阶段：微观裂纹萌生，在循环机械载荷作用下，设备的不连续或不均匀处，以及设备表面或近表面高应力部位，在驻留滑移带、晶界和夹杂处形成严重应力集中点引发；宏观裂纹扩展，微观裂纹在应力作用下进一步扩展，发展成为宏观裂纹，其方向与主应力方向基本垂直；瞬时断裂，宏观裂纹扩大到使设备构件剩余截面不足以承受外载荷时，就会在某一次循环载荷作用下突然断裂。宏观端口上一般可分别观察到疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。疲劳源区面积较小，色泽光亮，由两个断裂面对磨形成；疲劳裂纹扩展区较平整，间隙加载、应力较大改变或裂纹扩展受阻等过程多会在裂纹扩展前沿形成疲劳辉纹或海滩花样；瞬断区则有静载断口的形貌，表面呈较粗糙的颗粒状。

机械疲劳主要受设备几何形状、应力、循环次数的影响。几何形状常见为不连续处有槽口、开孔、焊接接头、缺陷、错边、腐蚀坑等。碳钢、低合金钢在疲劳极限以下服役不会发生疲劳开裂，不锈钢循环次数一般为106～107。当设备在高于疲劳极限时，循环次数越大，疲劳损伤致失效开裂的可能性就越高。因此，在设计阶段应优化设计，避免结构不连续，并最大限度减少应力集中。设计选材时，考虑循环机械载荷的作用，并给定设计疲劳寿命。

检验实际工作及使用检查过程中，应重点关注以下设备或部位：减压阀、调节阀附近设备和管道；间隙性使用的辅助锅炉或备用设备；温度周期性变化的急冷喷嘴等；离心泵、压缩机进出口管道，缓冲罐的接管和焊接接头；机械载荷循环变化的塔、吸附器等；可能引起共振的设备和管道。可以采用目视、PT、MT、UT等方法检测机械疲劳裂纹，目视检测小直径管是否存在周期性明显振动或晃动，但发生高周疲劳时，开裂或振动情况通常难以察觉。运行状态下的振动监测有助于判断是否出现高周疲劳或共振情况，对旋转设备进行振动监测。

二、设备裂纹的全过程、全寿命周期管理建议

2.1确保生产原材料和制造过程的源头控制

首先，要加大对制造资料的审查力度。由于设备长期处在高强度的运行中，所以它对其自身的制造材料有着比较高的要求，假如制造原材料的品质不达标，就会造成设备的品质出现问题，更容易出现裂纹等问题，从而对设备的正常使用造成不利的影响。所以，一定要强化对材料的选择和审核，要选择信誉良好、生产规模较大的供应厂家，在选择材料的时候，还要与设备的用途及使用状况相结合，选材应考虑材料的力学性能、物理性能、工艺性能和与介质的相容性。在进行设备制造前，还要对这些材料进行抽样检查，保证这些材料都是符合要求的。其次，要对设计文件进行严密的会审，要由专业的相关技术人员结合实际情况，结合设备的使用状况，对设备的生产过程进行科学的、合理的评价。要提升制造技术水平，在制造的过程中，一定要严格遵守工艺流程、制造标准，严格按照质量计划实施检验和质量控制。还要针对设备经常出现的开裂问题展开分析，利用各种新技术、新工艺提升设备的品质，严禁带病设备流入使用环节。

2.2严格各环节检查质量

首先，相关单位要建立健全质量管理和检查制度，有了这些制度，就可以更好的指导检查工作。一定要根据设备的技术参数，按照有关要求和标准进行细化和目标分解。其次，要加大检查力度和频次，做好防范措施。在检查检测时要按照设备出现裂纹的类型、易发生部位等进行科学检查。第三，一定要有一支技术过硬的队伍来进行管理。有的公司缺少一个检查管理团队，这就造成了在检查工作中存在着一片真空。有的公司，即使已经建立了一个检查管理团队，但人员技术水平却是良莠不齐，检查质量不过关，工作效率也低。所以，一定要强化对检查队伍的建设，让每个工作岗位所要承担的工作任务变得清晰明了。最后，还必须强化对检查工作人员的素质的培养，要挑选公正客观、理论知识扎实、实践经验丰富、责任意识强烈、熟悉标准规范的人员加入到这个队伍中来。

结束语：本文对氨应力腐蚀开裂、机械疲劳开裂两种开裂形式作了简要介绍。根据裂纹产生的部位和原因等客观情况，给出了相应的防控措施和管理建议。

参考文献

[1]王国威.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题分析[J].世界有色金属，2019(24):290+292.