張英豪　張?jiān)浦摇铋?/p>

摘要裂紋是鍋爐壓力管道最為危險(xiǎn)的缺陷之一，極容易造成鍋爐安全事故，必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐壓力管道裂紋缺陷，確保鍋爐安全性能水平。本文就鍋爐壓力管道裂紋檢驗(yàn)進(jìn)行了淺要的分析，指明了檢驗(yàn)方向與常用的檢驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞 壓力管道；鍋爐檢驗(yàn)；裂紋檢驗(yàn)

引言

根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》：涉及生命安全、危險(xiǎn)性較大的鍋爐、壓力容器、壓力管道等均屬于特種設(shè)備，必須嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保其安全。鍋爐壓力管道用于輸送氣體或游體，為管狀設(shè)備，其最高工作壓力大于或等于0.1MPa，內(nèi)部往往為可燃、易爆、有腐蝕性、高溫的氣體、液體介質(zhì)。如果壓力管道存在裂紋缺陷，極有可能發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)，引起各種安全事故。在鍋爐壓力管道檢驗(yàn)中，對(duì)其進(jìn)行裂紋缺陷預(yù)測評(píng)估十分重要。下面，本文在分析鍋爐壓力管道的成因和擴(kuò)展機(jī)理的基礎(chǔ)上，就鍋爐壓力管道的檢測方法進(jìn)行淺要的探討。

1.鍋爐壓力管道裂紋產(chǎn)生機(jī)理

1.1 機(jī)械疲勞

機(jī)械疲勞造成鍋爐壓力管道裂紋，多發(fā)生于火電廠等鍋爐壓力管道上，這類鍋爐需要將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能。機(jī)械疲勞裂紋多產(chǎn)生于應(yīng)變集中處，最初往往產(chǎn)生于壓力管道表面。在裂紋產(chǎn)生初期，通常與拉伸應(yīng)力軸呈45度并滑移擴(kuò)展，隨之裂紋向拉伸應(yīng)力軸呈90度發(fā)展。通常情況下，機(jī)械裂紋為直線狀，初始階段較小，漸漸向內(nèi)擴(kuò)展并呈現(xiàn)出多疲勞源特征，隨著裂紋擴(kuò)展逐部連接成為一條長的裂紋，最后裂紋擴(kuò)展不斷加速伴隨出現(xiàn)切向裂紋。機(jī)械裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展主要受材料結(jié)構(gòu)、組織狀態(tài)、受力條件等因素的影響，通常無顯著塑性形變，與應(yīng)力呈垂直角度。

1.2 應(yīng)力腐蝕

鍋爐壓力管道在使用過程中，受應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)的工作同作用也會(huì)產(chǎn)生裂紋，這類裂紋簡稱應(yīng)力腐蝕裂紋。應(yīng)力腐蝕裂紋多見于汽水管道區(qū)域，與材料介質(zhì)也有很大關(guān)系。如奧氏體不銹鋼，即是一種極容易受應(yīng)力腐蝕影響形成裂紋的材料，應(yīng)用于汽水介質(zhì)工況下，很小的應(yīng)力都可能引起管道產(chǎn)生裂紋，如振動(dòng)、微變形等。應(yīng)力腐蝕裂紋通常與張應(yīng)力軸呈垂直角度，形狀呈樹枝狀。例如，在火電廠鍋爐壓力管道中，應(yīng)力腐蝕裂紋就極為常見，多出現(xiàn)在彎曲管道的內(nèi)壁，并具備由管道表面向內(nèi)擴(kuò)展的特性，多處裂紋源有不連續(xù)發(fā)展的特征。

1.3 蠕變破壞

在鍋爐壓力管道使用中，由于長期在溫度與應(yīng)力的作用下，管道長期伴隨著變形與材料組織損傷，最終在持續(xù)影響下產(chǎn)生材料分離造成裂紋。蠕變裂紋多垂直于最大應(yīng)力方向，在彎道部位發(fā)生較多，呈曲折發(fā)展趨勢形成裂紋帶。例如，在管道的高應(yīng)力應(yīng)變區(qū)部位，在高溫蒸汽通過彎道時(shí)，長期受溫度與應(yīng)力的作用，極容易出現(xiàn)蠕變裂紋。蠕變裂紋內(nèi)部往往存在大量米粒狀或橢圓形孔洞，孔沿?zé)o規(guī)則連接，擴(kuò)展沿晶發(fā)展由外表面向內(nèi)延伸。

1.4 熱疲勞作用

在鍋爐壓力管道工作過程中，長期受熱交變應(yīng)力的反復(fù)作用，雖然熱交變應(yīng)力低于材料的拉伸強(qiáng)度極限，但這種反復(fù)作用也會(huì)造成裂紋的緩慢產(chǎn)生和擴(kuò)展，最終造成熱疲勞破斷。如在火力發(fā)電廠鍋爐壓力管道中，噴水減溫器、蒸汽管道、疏水管道、排汽管道等，都極容易受熱疲勞作用而產(chǎn)生裂紋。熱疲勞作用所產(chǎn)生的裂紋，通常最初發(fā)生于管道表面，在應(yīng)變集中的缺口以及不連續(xù)部位等，極容易造成熱疲勞裂紋的發(fā)生，其形狀往往為多條但存在一條主裂紋，其這裂紋因主裂紋而擴(kuò)展較為緩慢。

2.鍋爐壓力管道裂紋檢驗(yàn)

2.1 常規(guī)檢驗(yàn)方法優(yōu)缺點(diǎn)

目前，在鍋爐壓力管道裂紋檢驗(yàn)中，常用的有射線檢測法、超聲波檢測法、磁粉檢測法、滲透檢測法等方法，這些方法結(jié)果直觀、技術(shù)成熟、檢測簡單方便。不過由于壓力管道的特點(diǎn)，利用超聲波檢測或射線檢測技術(shù)，對(duì)管道內(nèi)部的裂紋檢測盲目性較大，容易受工作人員工作狀態(tài)、技術(shù)水平、責(zé)任心等方面的影響，以及管道直徑、壁厚等的影響，而影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性，容易出現(xiàn)漏檢等現(xiàn)象。磁粉檢測雖然較為全面，但受限于材料方面的影響，只限鐵磁性材料的鍋爐壓力管道裂紋檢驗(yàn)分析中有用，滲透檢測則只限于開口型缺陷的檢驗(yàn)。鍋爐壓力管道跨越空間較大，邊界條件復(fù)雜，裂紋種類較多，材料選用種類多樣，長細(xì)比較大，完全依靠常規(guī)檢測技術(shù)將造成很多不定性。

2.2 利用超聲導(dǎo)波檢測

對(duì)于大型鍋爐壓力管道，如火電廠鍋爐壓力管道，可以利用管道超聲導(dǎo)波聚焦檢測的方法進(jìn)行。管道超聲導(dǎo)波聚焦檢測方法目前主要用于油、氣管道以及石化裝置管道的裂紋檢驗(yàn)中，但這類方法應(yīng)用于大型鍋爐壓力管道裂紋檢驗(yàn)中同樣有極高的適用價(jià)值。應(yīng)用超聲導(dǎo)波聚焦檢測方法，通過固定在管道周圍的探頭模塊，在管道環(huán)向以均勻的間隔排列，沿管道壁利用聲波模式發(fā)射低頻超聲波，當(dāng)管道壁厚發(fā)生變化時(shí)無論是增加還是減少，都會(huì)有一定比例的能量反射回探頭，從而檢測管道是否存在不連續(xù)性，根據(jù)管道壁厚的變化來確定是否存在裂紋以及裂紋位置。根據(jù)探頭模塊的設(shè)置，這一檢測方法能全面覆蓋管道壁，與傳統(tǒng)的超聲波檢測只能針對(duì)一個(gè)測試點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)檢測相比，有極高的應(yīng)用價(jià)值。

2.3 紅外熱成像檢測

紅外熱成像檢測利用紅外熱成像儀，檢測鍋爐壓力管道的紅外輻射能量，并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為管道的溫度值，根據(jù)各部分表面溫度形成輻射紅外能量分布圖像，從而判斷管道是否存在裂紋以及裂紋擴(kuò)展趨勢。紅外熱成像檢測能直觀的對(duì)管道的材料、結(jié)構(gòu)完整連志性以及是否存在不連續(xù)缺陷進(jìn)行檢測，靈敏度高、精確度高，能快速及時(shí)的發(fā)展裂紋和預(yù)測裂紋，適用于各種溫度的壓力管道檢測，且不受時(shí)間與環(huán)境溫度的限制。不過運(yùn)用這一方法，對(duì)材料的導(dǎo)熱率、幾何尺寸要求比較高，材料導(dǎo)熱率越低檢測靈敏度越高，缺陷面積越大檢測靈敏度越高。在應(yīng)用中，可應(yīng)用于大型鍋爐壓力管道各部位機(jī)械疲勞、應(yīng)力腐蝕、蠕變破壞、熱疲勞作用等所造成的裂紋的檢測與預(yù)測之中，有較高的應(yīng)用價(jià)值。

3.結(jié)束語

對(duì)于鍋爐壓力管道裂紋，常規(guī)的檢測方法已經(jīng)較為成熟，但由于鍋爐壓力管道裂紋產(chǎn)生機(jī)理與發(fā)展特點(diǎn)，常規(guī)檢測方法容易產(chǎn)生一些檢測盲區(qū)，極容易因?yàn)檫@些檢測盲區(qū)而造成安全事故。在鍋爐壓力管道裂紋檢驗(yàn)中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到常規(guī)檢測方法存在的不足，尋求新的方法來彌補(bǔ)這些缺陷，使鍋爐壓力管道裂紋檢測更為準(zhǔn)確、可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫文彩，楊自春.含裂紋壓力容器混合變量下疲勞剩余壽命分析[J].壓力容器，2010（27）

[2] 孫國有，王曉春等.壓力容器中傾斜裂紋的失效分析方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（35）

[3] 何攀，劉才學(xué)等.壓力管道裂紋泄漏定量技術(shù)研究[J].核動(dòng)力工程，2012（10）