孟滿彤

甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院 甘肅 蘭州 730050

引言

在壓力管道壓力容器運(yùn)行過程中，裂紋問題既是一種常見病害，也是導(dǎo)致資源能源浪費(fèi)、引發(fā)安全事故等不良后果的重要因素，要想保證壓力容器壓力管道持續(xù)健康運(yùn)行，最有效的方法就是通過相關(guān)技術(shù)措施，嚴(yán)格落實(shí)壓力容器壓力管道檢驗(yàn)檢測作業(yè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋問題，并及時(shí)采取針對(duì)性的處理措施，現(xiàn)如今我國壓力容器壓力管道檢驗(yàn)檢測技術(shù)和檢測水平都有了顯著提升，加強(qiáng)壓力容器壓力管道裂紋問題解決策略研究，可為保證壓力容器與壓力管道穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

1 壓力容器及管道檢驗(yàn)方法[1]

進(jìn)行設(shè)備檢驗(yàn)通常由3種方法組合完成，首先是利用常規(guī)工具對(duì)設(shè)備進(jìn)行內(nèi)外部及表面檢測，同時(shí)要完成包含壓力容器管道的內(nèi)徑橢圓度等檢測內(nèi)容，要想獲得這些檢測內(nèi)容的高質(zhì)量結(jié)果，就需要參與檢測的工作人員具備較好的專業(yè)水平，同時(shí)對(duì)于設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運(yùn)作原理有著清晰的認(rèn)識(shí)。第二種方法是利用超聲波、射線、滲透等無損檢驗(yàn)設(shè)備開展的針對(duì)壓力容器或管道的無損檢測。第三種是通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行金相或者理化分析所開展的檢驗(yàn)過程，這種檢驗(yàn)方法通過錘擊、燈光、直尺、鉆孔等查驗(yàn)方法或者監(jiān)測方法獲得檢測數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)來對(duì)設(shè)備進(jìn)行安全評(píng)估，獲得設(shè)備是否具備安全運(yùn)行條件的評(píng)估結(jié)果。

2 承壓設(shè)備檢驗(yàn)檢測

在對(duì)壓力容器、管道及鍋爐類的設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，主要涉及的檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)?zāi)康亩紝俪袎侯愄胤N設(shè)備的檢驗(yàn)領(lǐng)域，需要滿足該領(lǐng)域監(jiān)測的相關(guān)要求[2]。在具體的檢驗(yàn)過程中，首先需要設(shè)備使用單位明確設(shè)備的自檢合格前提，然后再經(jīng)由第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)開展深入檢驗(yàn)，這些檢驗(yàn)類型包含但不限于針對(duì)設(shè)備的外觀參數(shù)和壁厚的測量工作，針對(duì)設(shè)備開展的理化、無損、水壓等檢測內(nèi)容。具體的內(nèi)容包含設(shè)備的外觀質(zhì)量、焊接質(zhì)量、管道的技術(shù)參數(shù)、相關(guān)附件，以及技術(shù)資料的審查工作。通過對(duì)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)、安裝流程、維護(hù)保養(yǎng)記錄、安全附件的使用年限等情況進(jìn)行摸底。同時(shí)還要對(duì)設(shè)備的安全保護(hù)裝置及外觀進(jìn)行全面的檢查，明確設(shè)備的焊縫狀態(tài)、應(yīng)力集中部位和熱影響區(qū)域的分布等相關(guān)數(shù)據(jù)。

針對(duì)承壓容器的外部檢驗(yàn)內(nèi)容主要是安全性能檢測，該檢測應(yīng)當(dāng)保證在設(shè)備運(yùn)行的過程中開展檢查流程，檢查頻率應(yīng)當(dāng)不少于每年1次。針對(duì)承壓設(shè)備如鍋爐設(shè)備內(nèi)部檢驗(yàn)要在鍋爐停機(jī)的狀態(tài)下開展檢驗(yàn)，檢驗(yàn)頻率應(yīng)當(dāng)不能低于2年1次。同時(shí)，在某種狀態(tài)下需要提前開展鍋爐的內(nèi)外部檢測過程，比如鍋爐在安裝完畢投入使用之前，鍋爐在停機(jī)之后重新投入使用之前，以及鍋爐的燃燒方式發(fā)生了變化或者在鍋爐安裝自動(dòng)化控制系統(tǒng)后都要開展檢驗(yàn)工作。鍋爐在工作的過程中主要以水作為介質(zhì)來進(jìn)行能量傳導(dǎo)，所以鍋爐也被稱為承壓設(shè)備，因此要對(duì)鍋爐承壓部位的密封性和強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，甚至還需要對(duì)鍋爐進(jìn)行水壓試驗(yàn)，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的承壓設(shè)備才能夠投入使用。

3 壓力容器和管道檢驗(yàn)常見裂紋類型

3.1 疲勞裂紋

導(dǎo)致承壓設(shè)備出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的主要原因是設(shè)備承壓部分存在疲勞裂紋問題，形式不同的容器裂紋會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生直接的影響，最終引發(fā)設(shè)備故障[3]。為了能夠有效地解決壓力容器或管道存在的裂紋問題，首要目標(biāo)是判斷裂紋的類型，明確裂紋的產(chǎn)生原因，以此來制定解決方案，來對(duì)裂紋進(jìn)行有效的處理。

在所有的裂紋類型中，疲勞裂紋是壓力容器或管道設(shè)備中最為常見的裂紋類型，承壓設(shè)備之所以會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，是設(shè)備在長期使用過程中其性能下降所導(dǎo)致的，疲勞裂紋雖然沒有復(fù)雜的產(chǎn)生原因，但是這種裂紋對(duì)設(shè)備帶來的影響非常嚴(yán)重，修復(fù)成本較高，難度較大。

3.2 焊接裂紋

容器管道在使用的過程中，為了能夠保證壓力容器或管道的正常運(yùn)行，需要定期對(duì)這種類型的設(shè)備開展質(zhì)量檢驗(yàn)工作。針對(duì)承壓設(shè)備所開展的養(yǎng)護(hù)工作要本著科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度實(shí)施相關(guān)的檢驗(yàn)流程。設(shè)備投入使用后，隨著使用時(shí)間的推移，不可避免地會(huì)產(chǎn)生裂縫，其中焊接裂縫是因?yàn)樵诤附訒r(shí)產(chǎn)生的高溫所導(dǎo)致的一種裂紋。通過對(duì)焊接裂紋進(jìn)行分析可知，壓力容器或管道其自身所采用的材料，金屬是大多數(shù)壓力管道或容器的首選材質(zhì)，否則在焊接過程中在高溫環(huán)境下就容易產(chǎn)生裂紋。

因此在設(shè)備投入使用之后，設(shè)備的溫度呈現(xiàn)下降趨勢，那么金屬自身的形態(tài)就會(huì)產(chǎn)生一定水平的變化。此時(shí)在焊接過程中所產(chǎn)生的焊縫會(huì)受到氫元素的影響，逐漸出現(xiàn)焊接冷裂紋問題。這是因?yàn)楹附恿鸭y大多在高溫結(jié)晶狀態(tài)下生成，所以在行業(yè)中也會(huì)將焊接裂紋稱為結(jié)晶裂紋，而在焊接的過程中受到雜質(zhì)的干擾，也是導(dǎo)致出現(xiàn)焊接裂紋的主要原因。

通過對(duì)焊接過程進(jìn)行原理分析可以發(fā)現(xiàn)，焊接過程所產(chǎn)生的裂紋通常集中在焊縫中央?yún)^(qū)域，該區(qū)域存在低熔點(diǎn)物質(zhì)，這些物質(zhì)的周邊會(huì)呈現(xiàn)出明顯的結(jié)晶現(xiàn)象，這些結(jié)晶在逐漸凝固的過程中，焊縫主要區(qū)域仍然呈現(xiàn)液態(tài)膜狀態(tài)，焊縫收縮時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)力，這是導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)裂紋的主要原因[4]。為了避免出現(xiàn)焊接裂紋，就需要在容器或管道焊接的過程中，要求焊接技術(shù)人員不斷地提升焊接技能，防止因焊接操作問題而導(dǎo)致的焊接裂紋，良好的預(yù)熱處理流程能夠有效地降低焊接裂縫的產(chǎn)生。

3.3 腐蝕裂紋

在壓力容器和管道的眾多裂紋類型中，腐蝕裂紋也是常見的裂紋類型。導(dǎo)致出現(xiàn)這種裂紋的主要原因是受到設(shè)備所處環(huán)境或介質(zhì)帶來的影響而導(dǎo)致的裂紋現(xiàn)象。大多數(shù)情況下，導(dǎo)致出現(xiàn)腐蝕性裂紋的原因較為復(fù)雜，是多種因素共同作用下而導(dǎo)致的裂紋形態(tài)。針對(duì)腐蝕性裂紋進(jìn)行原因分析時(shí)，需要從多個(gè)角度來開展分析過程，通過多種因素或殘余應(yīng)力因素進(jìn)行分析使得設(shè)備設(shè)施能夠處于正常的工作狀態(tài)。大多數(shù)情況下壓力容器或管道在正常的工作狀態(tài)下，隨著時(shí)間的推移都可能出現(xiàn)腐蝕問題，這種腐蝕問題會(huì)在設(shè)備使用的過程中逐漸增加，使得腐蝕面積逐漸增大，最終引發(fā)嚴(yán)重的腐蝕裂紋問題。

通過觀察腐蝕裂紋的外觀可以發(fā)現(xiàn)這種形態(tài)的裂紋有著明顯的外觀特點(diǎn)，會(huì)呈現(xiàn)出塊狀的較大面積的裂紋形態(tài)。這種裂紋存在較大的開口和多點(diǎn)分布的形態(tài)。如果不能夠?qū)Ωg裂紋進(jìn)行積極有效的處理，這種裂紋形態(tài)就會(huì)出現(xiàn)逐漸加快的發(fā)展蔓延趨勢，最終影響設(shè)備的正常運(yùn)行和使用。比如針對(duì)非催化轉(zhuǎn)化氧氣管線所產(chǎn)生的事故進(jìn)行故障分析可以得知，如果該設(shè)備的溫度在240℃時(shí)，其內(nèi)部的飽和蒸汽壓強(qiáng)為3.12MPA。該設(shè)備存在較為明顯的裂紋問題，且開裂紋出現(xiàn)在焊縫邊緣，以腐蝕裂紋為主要形態(tài)。之所以腐蝕性裂紋會(huì)出現(xiàn)在焊縫附近，分析原因可能是受到了冷凝液的干擾，因?yàn)槔淠褐泻胸S富的氧含量，導(dǎo)致焊縫附近出現(xiàn)了氧化腐蝕問題，隨著該問題的逐漸發(fā)展加上冷凝水自身的作用，使得設(shè)備出現(xiàn)了因腐蝕導(dǎo)致的穿孔問題。

3.4 蠕變裂紋

壓力容器和管道在運(yùn)行過程中會(huì)受到溫度和應(yīng)力的影響，這些影響在長期的作用下會(huì)使得承壓容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)量變化問題。主要是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的材料會(huì)產(chǎn)生分離或質(zhì)變等相關(guān)問題。這些問題會(huì)使得承壓容器內(nèi)部出現(xiàn)蠕變裂紋。蠕變裂紋通常會(huì)出現(xiàn)在環(huán)境溫度較高壓力較大的環(huán)境中。蠕變裂紋會(huì)導(dǎo)致管道出現(xiàn)變形，在鍋爐內(nèi)等相關(guān)承壓容器中或管道中蠕變裂紋是較為常見的金屬組織損傷。這種類型的裂紋通常集中出現(xiàn)在承壓容器或管道的轉(zhuǎn)彎處。并且通常以平行形態(tài)而存在，與上文中提到的腐蝕裂紋不同，蠕變裂紋不會(huì)以較大面積的形式呈現(xiàn)，通常以點(diǎn)狀孔洞為主要形態(tài)。蠕變裂紋在產(chǎn)生的過程中存在3種發(fā)展階段，即產(chǎn)生階段、穩(wěn)定階段和加速階段。因此在針對(duì)蠕變裂紋進(jìn)行治理時(shí)，發(fā)現(xiàn)得越早治理得越早治理效果就越好，但是蠕變裂紋具備較強(qiáng)的隱蔽性所以并不容易在早期被有效地發(fā)現(xiàn)，因此需要在日常維護(hù)保養(yǎng)中加強(qiáng)檢測力度。

4 承壓設(shè)備裂紋解決措施

4.1 原材料質(zhì)量和生產(chǎn)管理控制

工業(yè)生產(chǎn)中壓力容器及管道應(yīng)用非常廣泛，為了能夠有效地控制管道裂紋問題，就需要加強(qiáng)管道和設(shè)備的生產(chǎn)質(zhì)量，以及材料的選擇。在進(jìn)行壓力容器和管道的生產(chǎn)過程中，要保證其所選擇的材料具備較好的穩(wěn)定性和安全性，如果生產(chǎn)承壓容器的材料本身存在質(zhì)量問題，就更加容易導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)裂紋問題引發(fā)設(shè)備故障。因此在進(jìn)行設(shè)備生產(chǎn)之前要做好材料質(zhì)量的把控工作，要保證所選擇的材料質(zhì)量符合國家針對(duì)壓力容器和管道相關(guān)材料的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定工作。在采購結(jié)束之后，原材料進(jìn)入生產(chǎn)線之前還要對(duì)材料進(jìn)行復(fù)檢，防止存在質(zhì)量問題的材料進(jìn)入設(shè)備制造流程。除此之外在生產(chǎn)過程中還要對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行控制，以保證設(shè)備的正常功能和質(zhì)量符合要求。完成設(shè)備早期的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)之后，還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行圖紙分析。保證設(shè)備和圖紙具備較好的一致性，符合相關(guān)產(chǎn)品的安全系數(shù)。在設(shè)備投入使用之后要做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作，保證設(shè)備具備較好狀態(tài)，延長設(shè)備的使用時(shí)間。

4.2 提升檢驗(yàn)技術(shù)

為了能夠更好地對(duì)壓力容器或管道進(jìn)行檢驗(yàn)，及早地發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障和裂紋情況，只需要通過各種不同類型的檢測技術(shù)，來全方位地發(fā)現(xiàn)設(shè)備中所存在的各種不同類型的裂紋問題，這是保證設(shè)備正常工作狀態(tài)的前提條件。設(shè)備在運(yùn)行的過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種不同形態(tài)的裂紋，大多數(shù)裂紋可以通過簡單的磁粉檢測便能夠發(fā)現(xiàn)裂紋問題。但是有些裂紋比如焊接或蠕變裂紋不僅僅存在于設(shè)備表面，在設(shè)備的內(nèi)部也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的問題，此時(shí)通過磁粉檢測便無法有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的裂紋問題。因此需要采用超聲波檢測技術(shù)來對(duì)設(shè)備的內(nèi)部和外部進(jìn)行全面的檢測。在對(duì)設(shè)備的裂紋進(jìn)行檢測的過程中要不斷引進(jìn)新的技術(shù)和設(shè)備來提高檢驗(yàn)效率和質(zhì)量，以便更早地發(fā)現(xiàn)裂紋問題并對(duì)其進(jìn)行有效治理。

4.3 提升人員技術(shù)水平

大多數(shù)情況下，導(dǎo)致壓力管道或容器出現(xiàn)裂紋，都與該設(shè)備相關(guān)的技術(shù)人員的專業(yè)能力有著直接的關(guān)系。當(dāng)設(shè)備長期在高溫狀態(tài)下工作，其表面便會(huì)出現(xiàn)裂紋。技術(shù)人員在針對(duì)設(shè)備所開展的維護(hù)和保養(yǎng)過程中，能夠有效地發(fā)現(xiàn)裂紋問題并對(duì)其進(jìn)行處理。同時(shí)不少裂紋的產(chǎn)生都與設(shè)備的高強(qiáng)度壓力有著直接的聯(lián)系。因此在日常故障解決過程中如果技術(shù)人員的專業(yè)能力較強(qiáng)，同時(shí)具備較為豐富的經(jīng)驗(yàn)就能夠在裂紋的早期階段進(jìn)行治理工作。因此要加強(qiáng)對(duì)工作人員業(yè)務(wù)能力的培養(yǎng)，有效地降低和控制設(shè)備出現(xiàn)裂紋的概率。

4.4 加強(qiáng)檢驗(yàn)與維護(hù)

為能夠有效地避免設(shè)備受到裂紋問題所產(chǎn)生的影響，就需要加強(qiáng)設(shè)備檢測工作的水平，要制定針對(duì)設(shè)備開展的定期質(zhì)量檢測制度，并做好落實(shí)工作。要在裂紋出現(xiàn)的早期階段能夠得到有效的治理。同時(shí)也要加強(qiáng)設(shè)備的監(jiān)測工作，避免設(shè)備長時(shí)間處于高溫高壓的狀態(tài)，這是影響設(shè)備質(zhì)量，導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋問題，降低設(shè)備使用壽命的重要原因。對(duì)于存在問題的設(shè)備零部件，要及時(shí)維修和更換，防止因細(xì)小的問題導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。

5 結(jié)束語

在壓力容器和壓力管道運(yùn)行過程中，一旦出現(xiàn)安全事故，勢必會(huì)造成環(huán)境污染、重大經(jīng)濟(jì)損失或是人員傷亡等嚴(yán)重后果，從而危害企業(yè)健康運(yùn)營和良性發(fā)展，為了防止以上情況的出現(xiàn)，首先就要嚴(yán)格開展切實(shí)有效的壓力容器和壓力管道檢驗(yàn)檢測作業(yè)，并通過設(shè)備定期檢測維護(hù)、加強(qiáng)壓力容器和壓力管道原材料和生產(chǎn)質(zhì)量控制等措施，有效降低裂縫問題發(fā)生概率。