锅炉压力容器裂纹的形成原因及预防措施探索

锅炉压力容器裂纹的形成原因及预防措施探索

赵伟,董敞,梅宏生

重庆钢铁能源环保部 重庆市 400000

摘要：随着我国国民经济的快速发展，锅炉压力容器在工业领域中得到了广泛的使用，其保有量也呈逐年增长趋势。其中，裂纹问题又是其中最为普遍的一种。在锅炉压力容器中，一旦出现裂纹，将给设备的正常运转带来极大的安全隐患，甚至会引发一系列的安全事故。锅炉压力容器的生产企业和检测机构要严格遵守行业标准和国家的相关规定，做到每一项工作，并构建完善的监督机制，尽量将锅炉压力容器在出厂或使用期内发生的重大缺陷（如裂纹）降到最低，最大限度地保证锅炉压力容器的运行安全以及人们的生命财产安全。

关键词：锅炉压力容器；裂纹；形成原因；预防措施

1.锅炉压力容器的常见裂纹种类以及产生原因

1.1过热过冷裂纹

金属片是用来制作锅炉压力容器管道的主要材料，在生产时，需要对钢板进行焊接、轧制和淬火。各工序的温度控制各不相同，过冷或过热均易引起钢板出现裂纹。若加热温度太高，则会引起过烧裂纹，另外，在高温下，超过金属材料临界点的情况下，还会产生过热检测裂纹。在受热后进行长时间冷却过程中，会产生冷却裂纹。长期发展而成的冷却裂纹是一种隐蔽的、不易被发现的裂纹。但是，在高温下，金属氧化物和熔融晶体中的过热检测的裂纹会迅速扩展，使金属材料在高温下难以经受加热变化。所以，这些裂纹对于诸如锅炉之类的压力设备来说是一个巨大的风险问题。

1.2疲劳裂纹

在锅炉压力容器等压力管道的测试中，疲劳裂纹是一种常见的裂纹现象。这种裂纹现象一般出现在设备内部，初期比较细小，后期会不断扩大、蔓延。疲劳裂纹通常可划分为机械疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳裂纹三种类型。其中，齿轮、刀片、辅助旋转设备及其他机械零部件是最容易产生疲劳裂纹的部位。这些裂纹一般都是从机械表面产生的，呈线状。由一开始的较小，逐渐向后扩展，最终发展为一条细长的裂纹，并逐渐扩大。这种裂纹一般出现在材质上有瑕疵的地方，例如：尖角处、刀痕处以及切削时产生的小孔处。热疲劳裂纹是由于应力对金属重复施加而使其拉伸强度下降而产生的一种渐进式裂纹。在已有地热疲劳裂纹的基础上，进一步发展出腐蚀疲劳裂纹。这种裂纹与机械腐蚀裂纹类似，都是由于热应力和腐蚀性介质共同作用引起的。这类裂纹一般为穿晶型裂纹，并随着时间的延长而逐渐扩大，在锅炉压力容器内形成侵蚀坑。并主要用于汽包管座，联箱管座等部分。这种器件既可以与腐蚀介质直接接触，又可以抵抗机械振动产生的应力冲击，达到了抗腐蚀、抗疲劳的目的。

1.3应力腐蚀裂纹

在高浓度的强碱环境中，材料的应力和腐蚀介质之间的交互作用会导致应力腐蚀裂纹的产生。该裂纹多发生在汽水管及集装箱管座。在与碱水接触后，由于碱水的腐蚀作用，使其在微观尺度上产生了化学变化。换言之，在金属材料颗粒的内层与边界处会产生一种不同的电位差，从而使二者间产生一种较小的电流。这一输出电压引起了金属材料内部结构的裂纹。利用显微技术对裂纹进行观测，发现裂纹通常分为主裂纹和次裂纹，主裂纹是从金属材料颗粒内部直接扩展而来，次裂纹是从金属材料颗粒的边界扩展而来，呈现辐射形。而在水汽环境中，由于内应力的作用，最容易产生裂纹的物质是奥氏体不锈钢。这样，裂纹的构造就表现为树枝形。

2.锅炉压力容器裂纹的预防措施

2.1科学管控锅炉压力容器质量

在生产前，由制造企业的质量与技术部门对其施工图纸进行审核，以保证其各项设计与制作工艺满足有关规范的要求。有关技术人员应加强对压力容器生产材料的检验，对与其不符的生产材料进行及时替换，使其产品质量得到明显提高。在生产中，要对生产材料、生产工艺等环节进行有效地控制，以保证最终产品的质量。再对整个制造过程展开监督检查的时候，监督检查人员应该对每个环节都要进行全面、细致地检查，对每一道工序都要进行严格的审核，从细微之处对整个制造过程进行控制，保证各个环节的质量都能够达到相应的标准要求，并将锅炉压力容器在制造过程中由于工艺原因造成的裂纹问题控制在最小的限度之内。生产制造人员要严格按照有关的设计制造标准和管理流程，以最大限度地保证每一项工作的顺利进行，尽量将由于人为因素而导致的产品质量隐患降到最低。

2.2完善质量检验流程及方案

在对锅炉压力容器进行检测的时候，应该建立起一套完整的实施方案和测试流程，来对裂纹问题进行有效的控制，提升所有材料的使用合理性，保证锅炉压力容器的质量能够达到设计的要求。设备检测和生产材料检测是非常重要的，可以帮助我们解决在检测期间出现的各种各样的问题。要把锅炉压力容器的检测工作做好，就是要对所有的材料和零部件进行仔细地检查，对每个细节都要仔细地研究，对设备的制造和使用进行严格的监督，把裂纹的发生概率降到最低。

2.3定期检验锅炉压力容器裂纹产生

对锅炉、压力容器进行检查时，常见的检查方法有渗透检测、磁粉检测、超声聚焦检测、射线检测等。其最直观的好处就是使用简单，目前，石油化工设备容器与燃料和天然气容器间的裂纹主要采用超声波聚焦检测法，该检测技术对大中型锅炉压力容器裂纹的检测也有一定的应用价值。采用超声波聚焦检测技术，检测器模块在圆周方向上均布于管状物质表面，沿管状物质壁面以超声波模式发出低频超声波。通过改变容器材料壁的壁厚，使其按照一定的比例反射能量波束，实现对容器材料壁连续体的高效检测，进而对容器材料壁厚进行判别。在此期间，当检测设备被装上时，整个容器都是包裹的。相对于常规超声检测，超声波聚焦检测是一种经济有效的检测方法。

2.4强化检验检测机构的安全管理

为了更好地提升锅炉压力容器的生产的质量和安全，检验检测机构一定要将锅炉压力容器的质量监督检验制度以及定期的检查责任制贯彻到底，这样才能保证人们的生命财产安全。一是要提高工作人员的责任心，增加工作人员在检测工作组织系统中的检查业务活动，让每个参加锅炉压力容器工作人员都能清楚地意识到自己的工作责任，进而提高对工作人员的重视程度，为安全管理创造良好的环境。其次，检测机构要有一个完善的质量监督系统，例如给使用方提供一份定期的检测报告等等。如果设备的故障可以得到及时的解决，那么就需要或督促其在规定的时限内完成修复工作，以提升锅炉温度和压力容器的安全和稳定性。最后，如果在对锅炉压力容器进行检查的时候，检验检测人员应该对出现的问题进行及时、精确地记录，并把这些问题共享到检验人员的共同平台上，这样就可以进行交流，做到责任到人，同时还可以让所有的检验人员，尤其是那些比较年轻的检验人员，可以更好地进行交流，从而更加精确地找到问题所在，从而让整个检验人员，尤其是那些比较年轻的检验人员，可以提升他们的知识储备，加深对问题的理解，从而为将来更好地保障锅炉压力容器的检测质量打下坚实的基础。

3.结语

综上所述，在日常运行中，由于内部和外部条件比较复杂，极易产生裂纹等缺陷。锅炉压力容器的材质、结构及使用对其裂纹的形成有直接的影响。由于锅炉压力容器使用的场合、材质的不同，其裂纹形态也有很大的差异。所以，锅炉压力容器的生产厂和质量检验检测机构必须严格遵守有关技术标准和国家规范，做好各项工作，并建立完善的质量监管机制，将锅炉压力容器在出厂和使用寿命期间可能发生的故障和裂纹降到最低程度，以最大程度地确保锅炉压力容器的正常生产，确保人们的生命财产安全。

参考文献：

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