锅炉压力容器裂纹的形成原因及预防措施

马小华

（宁夏特种设备检验检测院固原分院，宁夏 固原 756000）

1 锅炉压力容器定期检验概述

1.1 锅炉压力容器检验的意义

随着经济水平和科技技术的持续提高与发展，我国对锅炉压力容器的使用也越来越多，其也被广泛地应用到了各行各业中。锅炉压力容器一般都是用来装卸和搬运诸如无水氢气之类的腐蚀性介质的，由于其在使用过程中内筒体会受到高温的侵蚀和筒壁保护层变薄的情况，尤其是内部的连接焊缝和热感应区是锅炉压力容器内最薄弱的部位，极有可能会出现裂缝问题，从而对锅炉压力容器安全运行构成严重威胁。并且，锅炉压力容器一旦产生裂缝，就有可能出现有害物质泄漏的情况，甚至在高压作用下产生爆炸等恶性安全事故的发生。因此，要定期对锅炉压力容器进行检查、维修等工作，并充分明确裂缝的种类和成因，进而有效消除其在后期运行中出现的变形、渗漏等现象。

1.2 锅炉压力容器检验的主要内容

锅炉压力容器应根据国家相关法规对其进行检验。因此，在开展锅炉压力容器常规检查时，应以内部、外部及液压检查为主。而对于压力容器的检查，主要有对物料的检验、对人员的检验、对数据集的检验、对容器各部件的检验等。

2 锅炉压力容器裂纹的分类及形成原因

2.1 疲劳裂纹

在锅炉压力容器中，疲劳裂纹是一种普遍存在的裂纹，这种裂纹在初始阶段大多较小，但是，在发展过程的中后期会逐步扩大，严重影响了其正常运行。疲劳裂纹的产生主要与锅炉压力容器的材质、设计、焊接以及处理工艺有较大的关联。如蒸压釜的釜齿根部与压缩机出口管道附近，都有可能产生疲劳裂纹，且在产生后表现出不易发现、危险性强的特点。而疲劳裂纹又可以被划分为机械疲劳裂纹、热疲劳裂纹与腐蚀疲劳裂纹：机械设备疲劳裂纹以传动齿轮、叶片、辅助转动装置及其他机械零件最常见。

2.2 蠕变裂纹

锅炉压力容器在长期恒温、恒荷载工作条件下引起的塑性变形即为蠕变裂纹，其发展过程主要是初始、稳态和加速蠕变三个阶段，并最终由裂隙转变为裂隙带。一般主裂缝与与压力管道中的主应力方向相垂直，弯曲处多沿轴向扩展，在较大的裂缝区内，主裂缝附近常同时出现多条平行裂缝，且裂隙主要向晶粒方向扩展。而蠕变裂纹按其变形程度可划分为沿晶、穿晶和延缩性三种蠕变类型。蠕变裂缝多发生在锅炉压力的管道与集箱等部位，且常伴随着变形、材料破坏及相互分离等问题。

2.3 腐蚀裂纹

腐蚀裂纹是指锅炉在腐蚀介质作用或应力作用下发生的裂纹，多发生在汽水管道部位，少数发生在集箱管座等部位。应力腐蚀裂纹指的是由应力腐蚀引起的裂纹现象，由于在工作中压力容器与管道需要输送各种化工产品，其中的腐蚀性液体等会对管道的内部结构造成腐蚀，而在管道安装的过程中，安装不到位、焊接痕迹等都会在应力腐蚀的情况下慢慢地暴露出来，最后形成应力腐蚀裂纹。同时，引起腐蚀开裂的原因不只是单一影响因素所致，残余应力、振动、冷加工变形等均可能成为形成腐蚀裂纹的影响因素。在实际的检测过程中，应力腐蚀裂纹多出现在锅炉弯管内壁，在压力管道的使用过程中，即使是局部只有轻微的腐蚀，也会引起腐蚀裂纹的产生，并呈现出带状延伸的群状分布，且数量多、开口大，如果不能及时处理，将会由内部继续扩展到外部，从而引起很大的破坏。

2.4 焊接裂纹

锅炉作为一种特殊的安全保护装置，其结构并非一次成形，而是由各金属构件通过焊接而成，就工作体系而言，锅炉可被看作是其核心部分。因此，在锅炉生产过程中，焊接裂纹是一种普遍存在的现象。当下大部分常见的锅炉压力容器、管道等都是应用特种金属电焊轧制而成。如果在生产过程中忽视了一些细微的细节，就会造成电焊裂纹的产生，从而无法保证相关工业的生产安全。而焊接裂纹作为锅炉压力容器常见的严重缺陷，其特点是在焊接应力和其他脆性因素的共同作用下产生额缝隙，主要以切口尖细、长宽比大为特点。一般焊接裂纹是在焊接过程中与锅炉压力容器投入使用后出现的，根据具体原因可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹及层状撕裂等多种裂纹。而在热裂纹中，也可划分为结晶、液化与多变化裂纹，主要是焊接材料在高温结晶下，与焊缝附近的低熔点物质发生反应，并在收缩时发生应力反应，从而导致了裂纹的产生。再热裂缝是指锅炉压力容器在第二次加热时，因各种外力作用下的附加变形集中在晶界处，从而引起再热裂缝而形成的。出现层状撕裂的原因主要是金属中的非金属杂质呈分层分布，在焊接过程中受到焊接应力的作用而形成分层撕裂。

2.5 过热过冷裂纹

锅炉压力容器的主要材料是由金属板构成的，焊接、轧制和冷却等工艺都会造成温度的变化，从而造成金属板出现过热过冷裂纹，这种裂纹形态具有短、宽、形状曲折的特点，并且缝隙内为黑棕色，通常不容易被发现。而过热裂纹与碳、硫、氧及锰等元素的含量有关，当温度高于金属板的临界温度，就会引起过热裂纹的形成。过冷裂纹是一种细微、呈直线性、连续裂纹，如果金属焊接板的冷却时间超出了规定时间时，冷却裂纹就会出现。因此，锅炉压力容器在运行过程中出现过热或过冷的裂缝，都会对其安全、稳定和高效运行造成很大的危害。

3 锅炉压力容器裂纹的预防措施

3.1 健全锅炉压力容器的质量检验制度

健全的锅炉压力容器质量检验制度可以为其进行检测提供有力的保证，确保容器质量能够达到锅炉的使用要求，并从根本上减少容器裂纹的出现概率。因此，为了完全保证锅炉的安全运行，在锅炉压力容器的生产过程中，就应该以健全的检测体系为基础，有效地进行质量检测，并结合实际应用使检测流程更加符合检测需要，降低锅炉的运行风险。同时，在生产锅炉压力容器压力管道过程中，应按照质量检验标准对每个工序进行严格的监督，不能凭经验盲目进行生产，要注重规范和标准性。在对管道进行检验时，也应保证锅炉压力容器生产所需要的原材料、流程和工艺都与有关的标准相一致。另外，在满足标准的前提下，对原材料的质量检验一定要注重细节，并在严格的质量检验流程下减少缺陷的出现概率。首先，在出厂前，应对锅炉的品质进行多次检验，并对锅炉压力容器的生产精度进行控制，进而将产生裂缝的可能性降低到最小。其次，在设计过程中，应以科学、合理的设计图纸为基础进行详细的研究和分析，并针对可能出现的裂缝类型及锅炉的工作强度和频率设置合适的参数，从而有效地保证锅炉压力容器的质量。最后，在制造过程中要严格控制质量，应对锅炉的制造过程要进行认真、充分的检查，以防止由于制造过程中的错误而导致的裂缝的出现概率增加。除此之外，对压力管道的检测还应该包括冲击韧性、力学性能等多方面的检测，并科学地评估材料的耐久性，进而对管道的有效使用时间进行预测，从而有效地保证锅炉压力容器的质量。

3.2 对锅炉压力容器进行定期检验工作

对锅炉压力容器进行定期检查是保证其质量的一项重要措施。因此，为了保证裂缝的检查和发现工作的高效，必须进行定期检查，而渗透检测法、超声波检测法、磁粉检测法等都是进行锅炉压力容器检验工作的手段，且每种检测方法都有各自的优点和适用范围。

3.3 制定好事故预防处理方案

锅炉压力容器的工作环境是复杂多样的，对于一些在特殊环境中工作的压力容器，在进行测试时要特别关注，并建立起相应的安全防范措施后，才能开展检测工作。

3.4 强化检验机构的安全监督管理

检验机构肩负着对锅炉压力容器进行监督检验和定期检查的任务，要保证锅炉压力容器的安全、稳定、长期运行，就要强化其职责与安全管理，保证锅炉压力容器的稳定发挥作用。一方面，检验机构要用健全的管理制度来为安全管理工作提供强有力的保证，并健全监督、检验和责任等机制，来确保有关人员可以及时发现锅炉压力容器存在的裂纹问题，并对其展开维修，从而提高锅炉压力容器的稳定性和可靠性。另一方面，检验机构要提高检验人员的责任意识，让检验人员了解到自身所要承担的重大责任，并可以积极主动地开展检验记录、经验交流等工作，让检验人员可以以一种高度负责的态度参与到工作中，更精确地为缺陷定性，从而保证锅炉压力容器的使用质量。

3.5 加强操作队伍与检验队伍建设

锅炉在目前工业化的实际生产中已得到了广泛的应用，随着现有的锅炉压力管道相关技术的进步，对锅炉的能源转化为工业生产效率发挥了重要的辅助作用，但其开裂问题仍然没有得到有效的解决。而除设备、材质等方面的质量问题外，运行过程中也会造成锅炉压力管的质量问题。同时，操作者的技术水平不仅直接影响锅炉的稳定运行，而且还间接地影响管道的使用寿命。因此，优秀的操作队伍与检验队伍可以为锅炉压力容器的安全稳定运行提供人才保障与智力支持。首先，相关工业化企业的特种设备操作人员必须持证上岗，定期进行技能培训与职业技能规划训练与考核，明确传授操作标准及规范，从根本上提高技术技能，减少因操作不当导致的相关问题，并避免由于失误导致管道问题无法被有效检出或操作不当导致锅炉压力容器裂纹的形成。同时，操作员还应该注意使用新技术和新方法，以提高热能转换效率为前提，保证工作的稳定和安全。其次，应重视提高有关人员的业务综合素质，保证其可以具备过硬的专业技术与职业道德素养。企业可以利用线上线下相结合的培训教育形式，来提高人才队伍建设的成效，促使相关人员可以对锅炉压力容器的操作规范和检验标准有全面的了解，从而保证锅炉压力容器的高质量运行。最后，企业也应做好相关人才的招聘和引进工作，加大对高素质的技术技能型人才的引进力度，让其能够拥有丰富的专业知识、专业技能和职业素养，从而保证锅炉压力容器的正确使用和有效检测。

3.6 保障锅炉压力容器的稳定运行

大部分锅炉压力容器的裂缝都是在长期运行中逐步形成的，如果能够保证锅炉的稳定运行，将会有效延长裂缝出现的时间，从而提高其使用寿命。因此，对于锅炉的每个运行环节，都需要遵守有关的标准和要求，进而有效减少锅炉压力容器所承受的风险，应从锅炉的开启、运作以及停止3 个阶段进行运行管控，以保证锅炉能够处于平稳的状态，减少运行过程中因温度波动幅度过大而产生的锅炉压力容器裂缝。工作人员需要采取交替工作制来时刻注意其日常运转状况，进而有效避免其长时间处于在高压、高温的环境中，要适当地让锅炉停机休息、缓解应力。并且，也应加强对锅炉内壁清洁的关注，要及时用化学方法除去黏附在内壁上的杂质，防止因加热不均匀而产生裂纹。

4 结语

综上所述，在长期的生产过程中，锅炉压力容器都是长期处于高温高压且封闭的状态，如果因出现裂缝而达不到密封性要求，不仅会缩短容器和管道的使用寿命，同时，也会对相关工业生产带来极大的安全隐患，对生产人员的生命安全造成威胁。因此，要加强对锅炉压力容器裂纹的关注，掌握裂纹的常见类型及产生原因，并以此为依据进行有效的预防，消除裂纹所造成的安全隐患，进而有效地提高锅炉压力容器的整体运行质量，减少锅炉安全事故的发生概率。