承压类特种设备的裂纹分析及控制

承压类特种设备的裂纹分析及控制

席伶俐

浙江省特种设备科学研究院       浙江省杭州市  310020

摘要：承压类特种设备一般是指锅炉、压力容器和压力管道，长期处于高温高压工作环境，对设备造成的损伤较大。为确保设备使用性能的良好性，以及运行状态的稳定性，便需要采取各种检验手段，及时找出并处理设备上存在的问题。而裂纹检验便是其中一项尤为重要的工作，能够及时发现裂纹问题便于制定有效的解决策略，进而确保设备的安全稳定运行。

关键词：锅炉；压力容器；压力管道；常见裂纹；防治措施  

在工业不断发展的趋势下，锅炉压力容器已成为现代工业中应用较为广泛的工业设备，无论是冶金、机械制造，还是电力与石油化工，都越来越重视锅炉压力容器的应用。锅炉、压力容器、压力管道在使用的过程中，会出现不同程度的结构性损伤，这些损伤会导致锅炉、压力容器、压力管道产生裂纹，大多数裂纹的产生可以追溯到受到装载物质腐蚀而产生的蚀坑，这些蚀坑的应力会导致管道内部出现裂纹。锅炉、压力容器以及压力管道在使用过程当中会长期处于高温、高压的环境中，恶劣的运行环境就会造成其出现裂缝，而以上设备出现裂纹时会增加其发生爆炸的概率，最终可能造成人员伤亡和财产损失。因此需要对锅炉、压力容器以及压力管道进行较为全面细致的检查，并应及时对检查出来的裂纹进行相应的处理。

一、锅炉和压力容器及压力管道的特点

锅炉是利用电力、各类燃料或其他能源加热所装载的液体，使其达到一定参数的密封装置，在加热过程中其会承载一定压力。压力容器可盛装气体或者液体，并承载一定压力，其用途非常广泛，在军工、民用、工业方面及科研领域都有重要的地位和作用，但在石油和化学工业领域使用最多。通常情况下，压力容器可带加热功能或不带加热功能。压力管道是指利用一定压力输送气体或液体的特种设备，其所承载压力通常大于或等于0.1MPa。锅炉和压力容器及压力管道在运行和使用过程中均需承载一定的压力，并常在高温高压环境下运行，设备如果出现裂纹就会造成安全事故，严重时甚至会引发人员伤亡与财产损失，因此为了确保这些设备的安全运行，就需要专业人员按照国家的相关标准对裂纹进行检验和处理。

二、锅炉压力容器压力管道的常见裂纹问题

1、焊接裂纹。锅炉、压力容器、压力管道作为一种特殊安全设备，它并不是一个完整体系，并非一次成形，而是通过各个金属部件的焊接形成的工业设备；如果从工作系统的视角进行分析，可将锅炉、压力容器看作一个核心部分，期间通过压力管道进行连接，一旦发生局部问题，很容易造成连锁反应。焊接裂缝也是锅炉、压力容、压力管道生产过程中较为常见的问题。目前常见的锅炉压力容器、管道等大部分是采取特殊的金属卷制焊接而成的，如果生产过程中忽视了细节部分的把关，将可能导致部分或批量产品的焊接裂纹，严重时产生焊接缺陷，从而使生产安全不能获得保证。

2、腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹，经常在汽水管道、集箱管座等位置发生，原因主要是因为锅炉的成分部件在应力和腐蚀介质双重因素的长期介导下产生的开裂问题。奥氏体不锈钢是最容易发生应力腐蚀的材料，尤其是在具有汽水等介质的情况下，微小的应力作用就可以发生应力腐蚀开裂。振动的作用和残余应力、冷加工变形是也发生开裂的常见原因。应力腐蚀裂纹大部分是与张应力成垂直直角的，奥氏体不锈钢的裂纹大部分是呈枯树枝状的形态。多数情况下，火电厂的汽水管道应力腐蚀开裂常常发生在弯管内壁中性层区，这种裂纹一般是在弯管中性层区发生，且为群状，延伸是带状沿轴变化的多见。微观上，应力腐蚀裂纹经常表现为“之”字形，且具有分支，多数从表面向材料内部扩展，具有晶、沿晶、混晶多种形式。

3、疲劳性裂纹。锅炉压力容器及管道在应用过程中需要承受较高的温度及压力的变化，长时间连续的运转中会形成机械疲劳，同时在腐蚀因素、物理缩胀影响等因素的共同作用下产生疲劳性裂纹。不同的疲劳机制所形成的裂纹也存在不同的结果和特征，特征和结果取决于各类应力、腐蚀性介质的综合作用。锅炉压力容器和管道可能在各种的外界因素下延伸裂纹出现的更大规模和更快速度，如果一旦产生了疲劳性的裂纹，则将修复困难，甚至只能进行对整个焊接材料更换，耗费大量的人力物力和时间成本。如果裂纹比较集中，从一个中心点逐渐向周边扩展，由少到多、由小到大，最终影响设备的安全运作。

三、锅炉和压力容器以及压力管道裂纹的防治措施

1、加强质量管理和检测水平。在锅炉和压力容器以及压力管道的制造、安装过程当中，由于相关管理和检测制度落后，落实不到位，从而造成材料质量和制作工艺不过关，导致设备出现裂纹。因此在日常工作当中需加强材料的监管力度，要严格落实特种设备的相关管理规定，对原材料从采购、入库、领用形成一个完整的监管体系，对一些有特殊要求的材料必须按照要求进行相关实验，确保原材料和产品的质量及使用寿命。

2、对产品的结构工艺进行优化。在日常工作中对锅炉和压力容器及压力管道产生裂纹的主要原因进行总结和分析，以便在以后的生产和安装过程当中有效减少裂纹的产生，主要方法如下：①在产品设计时尽量减少不连续结构，从而有效减少应力的产生，并在需要焊接工艺的位置，选用材料和介质相容性好的进行焊接，以提升焊接的成功率；②要根据产品使用需求设计合理的焊接、制造和安装方案，从而有效减少结构性应力的产生；③在设备安装过程中需做好连接和加固工艺，保障产品相关部位的稳定性，从而有效避免因为外部结构的缺陷而导致设备产生裂纹。

3、确保锅炉和压力容器以及压力管道的运行状态。锅炉和压力容器以及压力管道在使用过程当中产生裂纹，其很大原因就是长期的超负荷使用，这就需要在使用设备或管道时尽可能地使其处于正常平衡的状态，减少管道压力、冷热交替以及频繁地开停机，在必要时候需要增加缓冲装置，保证各环节符合标准，最大程度地降低锅炉和压力容器及管道承受的疲劳度。因此，在实际操作中，应控制好关键步骤，如启动、停车、运行，保证各设备管道处于稳定状态。

4、定期开展检验、加强检修维护。锅炉和压力容器以及压力管道在工业生产当中应用的频率较高，强度比较大，因而需要定期开展检修、维护，对设备、管道制定针对性的检修及维护方法，对可能产生的裂纹进行重点检查，确保安全。利用成熟的检测方法进行检测。在检验中或维修时，对可能会存在的危险因素进行分析，并及时处理。对表面裂纹可通过打磨来消除，对较深的裂纹需要先打止裂孔再进行打磨消除。若难以消除多层压力容器产生的裂纹缺陷时，可利用有限元计算方法进行核检。总之，针对裂纹设备及压力管道，应做好检修维护管理，明确维护细节，及时发现和处理问题，降低安全隐患。

综上所述，锅炉和压力容器及压力管道裂纹是设备运行过程当中十分常见的一种问题，其在设备运行的各环节都存在，锅炉和压力容器及压力管道出现裂纹将会严重威胁到设备的安全、稳定运行以及人员安全，甚至会造成财产损失。为确保锅炉的稳定运行，需要相关人员加强对锅炉和压力容器及压力管道裂纹检验的重视，运用科学检验手段及时发现、提前预防、优化处理设备运行中的裂纹，为我国企业的发展提供支持。

参考文献：

[1]张伟龙．分析锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题[J]．清洗世界，2018(37)：78—79．

[2]金亚祥．锅炉和压力容器及压力管道检验中裂纹问题分析[J]．设备管理与维修，2018(20)：30一32．

[3]章捷．锅炉压力容器裂纹的形成原因及预防措施探索[J]．中国设备工程，2019(23)：179一181．

[4]林起厚，孙青燕．压力容器焊接过程中的常见问题分析与防范方法[J]．流体测量与控制．2018，3(03)：269—270．