在锅炉压力容器压力管道检验中关于裂纹问题的探讨

在锅炉压力容器压力管道检验中关于裂纹问题的探讨

陈超 杜明俊

遂宁市检验检测有限公司 四川遂宁 629000

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国综合国力的提升，也带动了各个行业的发展，锅炉、压力容器、压力管道在运行过程中，受压力、温度、介质等因素的影响，很容易出现裂纹。裂纹不易被肉眼发现，但是发生裂纹会存在很大的安全隐患，需要引起我们的足够重视。只有科学、规范处理承压类设备上裂纹问题，才能确保锅炉、压力容器的质量和使用年限。

关键词：特种设备；锅炉压力容器；压力管道；裂纹检验；预防策略

引言

余热发电是利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术。余热发电不仅节能，还有利于环境保护，是国家实行节能减排的重要技术。某建材公司水泥窑生产线在窑头、窑尾分别设置一台余热锅炉，并配备一套9MW的低参数混压纯凝式汽轮发电机组，以充分利用工艺生产的余热，达到节约能源降低能耗的目的。窑头、窑尾锅炉过热段后蒸汽压力和温度分别为1．18MPa、330℃和1．18MPa、300℃，过热蒸汽混合后进入汽轮机，供汽轮机做功发电。窑头锅炉于2018年7月15日投入试运行开始煮炉，低压系统水容积11．5m³，加药量为氢氧化钠、磷酸三钠各3～5kg/m³。煮炉过程中锅炉低压过热器出口烟风温度220℃左右，煮炉时间36h。2018年10月14日停窑检查发现，与低压过热器出口集箱连接的受热面弯头出现漏水现象，经检查发现多个弯头出现环状裂缝。为了查找弯头开裂原因，对弯头取样进行了试验分析。

1分析方法

根据外观检查的结果，对弯头取样进行理化性能检验。采用OPTIMA2100DV型全谱只读等离子发射光谱仪对弯头裂纹附近取样进行化学成分分析;采用402MVD自动转塔数显维氏硬度计对弯头和直段分别进行硬度测试;采用ZeissAxiovert200MAT倒置万能材料显微镜对弯头取样进行金相组织观察及裂纹微观形貌分析;采用VE-GATS5136XM/IntegratedEDS＆EBSD扫描电子显微镜对裂纹打开后的断口表面进行分析。针对上述理化检验结果，结合弯头的制造工艺、使用情况等，对弯头的开裂原因进行综合分析。

2裂纹类型

由理化检验结果可知，开裂水冷壁管的材料正常，其外壁裂纹为穿晶型，裂纹内充满氧化产物，裂纹面呈疲劳形貌。热疲劳损坏时钢管开裂处不会出现管子胀粗和明显的管壁减薄现象，管子表面会出现两种裂纹，一种是密集、相互平行的直线型丛状裂纹，另一种是网状裂纹即龟裂。热疲劳裂纹多数为穿晶型，裂纹内部往往充满灰色腐蚀产物。热疲劳引起的断裂是脆性断裂，具有隐蔽性和突发性特点，对安全生产危害很大。机械疲劳裂纹通常集中在应力比较集中的区。失效管周边由鳍片束缚，外部机械应力的作用较小；材料组织和性能未见明显异常，裂纹附近未发现粗大且不均匀的晶粒或第二相颗粒，不存在易引起应力集中的结构；管子与鳍片是由同种材料拼接在一起的。由此可以得出，开裂水冷壁管表面密集型裂纹，并不是由管结构及材料不良引起的，应是由热疲劳导致的。裂纹并未穿透管壁，仍处于扩展阶段；裂纹面上腐蚀性元素含量较低，对水冷壁管疲劳寿命的影响较小。

3预防锅炉压力容器压力管道裂纹出现的有效策略

3.1提高操作者的技能水平，严格规范操作要求

在运转过程中压力管道的裂纹不仅仅是内外压力所导致，还有很大一部分原因是有些员工的操作水平有限，而且操作技巧不够娴熟。为了减少裂纹的产生，操作者应提高操作水平，确保锅炉在从启动到停炉的全过程中实现平稳过渡，有效控制炉内温度，避免出现过热和过冷的现象，由此可以极大地减少温度变化过快引起的压力管道裂纹问题。因此，操作者应严格按照规范进行操作，使得锅炉处于合理的运转状态，进而可以延长锅炉使用年限。有关企业应逐渐提高锅炉操作工的准入门槛，或者及时为入职员工提供关于锅炉压力容器操作规范的技术培训，同时，将容易导致裂纹出现的诱因进行剖析和讲解，减少裂纹给锅炉压力容器带来的损害。

3.2管道焊缝裂纹处理

近几年，国内发生了多起主蒸汽管道爆炸事故，造成严重人员伤亡和经济损失，极大的危害了企业安全及社会稳定。国家市场监督管理总局2018年发布《市场监管总局办公厅关于开展电站锅炉范围内管道隐患专项排查整治的通知》，重新界定了电站锅炉范围内管道的范围，并通过增加管道元件的制造监督检验及对安装、在役锅炉管道的补充检测等措施，加强对管道安全的监管力度。在管道安装阶段，一定要注意控制焊接预热温度和层间温度，严格遵守热处理规定，并在焊后24h后进行100%无损检测及硬度检查，保证焊接质量；对于阀门与直管焊接的部位，为避免应力集中和结构的不连续性，应保证变径区圆滑过渡；对运行较长的管道，应合理安排减少启停次数，加强对阀门、弯管、变径等薄弱部位的监控，在锅炉检修期间，对薄弱部位增加磁粉和超声波检测，预防裂纹等危害性缺陷。随着电站锅炉参数的逐步提高，主蒸汽管道长期在高温、高压状态下运行，其安全可靠性尤为重要。使用单位及检验单位应提高管道安全的重视程度，加大管道的监控力度，为锅炉运行提供安全保障。

3.3马氏体转变

TP347H钢为顺磁材料，即无磁钢，然而大部分发生爆管的钢管经常会带有磁性或弱磁性。研究人员认为奥氏体钢产生磁性的原因主要有两种：一是由晶内和晶界处的析出相引起，二是奥氏体钢发生马氏体转变而产生了磁性。目前的研究结果更倾向于后者，且试样均有明显的磁滞现象，呈弱磁性，磁化强度、剩磁和矫顽力较明显。而奥氏体钢的磁滞回线为直线，呈顺磁性，无磁滞现象，磁化强度、剩磁和矫顽力均较低。奥氏体钢在变形、应力腐蚀和高温应力时效下均会产生马氏体相变，其中形变诱发马氏体相变的研究目前较多，也比较成熟，高温应力时效下的马氏体相变机制研究较少。奥氏体钢管的马氏体组织，认为其形成机制为随着运行时间的延长，奥氏体钢中含铬第二相大量析出导致晶界贫铬，马氏体开始转变温度随铬含量的降低而升高，当贫铬区的马氏体转变温度升高到室温以上时，钢管在冷却到室温的过程中形成马氏体组织。然而该机制未得到一致认可。由于马氏体组织的存在，钢的室温脆化倾向明显，冲击断裂模式为沿着马氏体组织紧邻晶界区域的沿晶断裂。马氏体组织的形成过程是体积膨胀的过程，马氏体使奥氏体晶粒向两侧推移并在马氏体晶粒之间形成空洞，造成晶界强度下降；马氏体的腐蚀电位较奥氏体的低，在含有马氏体组织的奥氏体钢中，奥氏体为阴极，马氏体为阳极，马氏体优先溶解，导致材料的抗腐蚀能力降低。由于奥氏体钢无磁性，而管内氧化皮具有强磁性，因此通常采用磁性法来检测奥氏体钢管内壁的氧化皮，但磁性马氏体组织的存在会对氧化皮检测产生干扰.

结语

为了确保锅炉、压力容器的平稳运行，需要严格做好压力管道检验工作，尽管锅炉、压力容器在运转过程中受多种因素影响，会出现不同程度的裂缝问题，但还是要从源头或生产制作过程中严格把控质量，同时，不断提高锅炉操作者的操作技能，积极构建比较完善的维护和检验机制，为预防和理压力管理裂缝问题提供重要依据。

参考文献

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