孟滿彤

甘肅省特種設備檢驗檢測研究院 甘肅 蘭州 730050

引言

在壓力管道壓力容器運行過程中，裂紋問題既是一種常見病害，也是導致資源能源浪費、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)健康運行，最有效的方法就是通過相關技術(shù)措施，嚴格落實壓力容器壓力管道檢驗檢測作業(yè)，以便及時發(fā)現(xiàn)裂紋問題，并及時采取針對性的處理措施，現(xiàn)如今我國壓力容器壓力管道檢驗檢測技術(shù)和檢測水平都有了顯著提升，加強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)定運行奠定基礎。

1 壓力容器及管道檢驗方法[1]

進行設備檢驗通常由3種方法組合完成，首先是利用常規(guī)工具對設備進行內(nèi)外部及表面檢測，同時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，同時對于設備的結(jié)構(gòu)、運作原理有著清晰的認識。第二種方法是利用超聲波、射線、滲透等無損檢驗設備開展的針對壓力容器或管道的無損檢測。第三種是通過對設備進行金相或者理化分析所開展的檢驗過程，這種檢驗方法通過錘擊、燈光、直尺、鉆孔等查驗方法或者監(jiān)測方法獲得檢測數(shù)據(jù)，同時結(jié)合設備的運行狀態(tài)來對設備進行安全評估，獲得設備是否具備安全運行條件的評估結(jié)果。

2 承壓設備檢驗檢測

在對壓力容器、管道及鍋爐類的設備進行檢驗時，主要涉及的檢驗方法和檢驗目的都屬承壓類特種設備的檢驗領域，需要滿足該領域監(jiān)測的相關要求[2]。在具體的檢驗過程中，首先需要設備使用單位明確設備的自檢合格前提，然后再經(jīng)由第三方檢驗機構(gòu)開展深入檢驗，這些檢驗類型包含但不限于針對設備的外觀參數(shù)和壁厚的測量工作，針對設備開展的理化、無損、水壓等檢測內(nèi)容。具體的內(nèi)容包含設備的外觀質(zhì)量、焊接質(zhì)量、管道的技術(shù)參數(shù)、相關附件，以及技術(shù)資料的審查工作。通過對設備當前的運行狀態(tài)、安裝流程、維護保養(yǎng)記錄、安全附件的使用年限等情況進行摸底。同時還要對設備的安全保護裝置及外觀進行全面的檢查，明確設備的焊縫狀態(tài)、應力集中部位和熱影響區(qū)域的分布等相關數(shù)據(jù)。

針對承壓容器的外部檢驗內(nèi)容主要是安全性能檢測，該檢測應當保證在設備運行的過程中開展檢查流程，檢查頻率應當不少于每年1次。針對承壓設備如鍋爐設備內(nèi)部檢驗要在鍋爐停機的狀態(tài)下開展檢驗，檢驗頻率應當不能低于2年1次。同時，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化控制系統(tǒng)后都要開展檢驗工作。鍋爐在工作的過程中主要以水作為介質(zhì)來進行能量傳導，所以鍋爐也被稱為承壓設備，因此要對鍋爐承壓部位的密封性和強度進行檢驗，甚至還需要對鍋爐進行水壓試驗，符合相關標準的承壓設備才能夠投入使用。

3 壓力容器和管道檢驗常見裂紋類型

3.1 疲勞裂紋

導致承壓設備出現(xiàn)安全風險的主要原因是設備承壓部分存在疲勞裂紋問題，形式不同的容器裂紋會對設備產(chǎn)生直接的影響，最終引發(fā)設備故障[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，來對裂紋進行有效的處理。

在所有的裂紋類型中，疲勞裂紋是壓力容器或管道設備中最為常見的裂紋類型，承壓設備之所以會產(chǎn)生疲勞裂紋，是設備在長期使用過程中其性能下降所導致的，疲勞裂紋雖然沒有復雜的產(chǎn)生原因，但是這種裂紋對設備帶來的影響非常嚴重，修復成本較高，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行，需要定期對這種類型的設備開展質(zhì)量檢驗工作。針對承壓設備所開展的養(yǎng)護工作要本著科學嚴謹?shù)膽B(tài)度實施相關的檢驗流程。設備投入使用后，隨著使用時間的推移，不可避免地會產(chǎn)生裂縫，其中焊接裂縫是因為在焊接時產(chǎn)生的高溫所導致的一種裂紋。通過對焊接裂紋進行分析可知，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。

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

通過對焊接過程進行原理分析可以發(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)域存在低熔點物質(zhì)，這些物質(zhì)的周邊會呈現(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)，焊縫收縮時會出現(xiàn)明顯的應力，這是導致焊縫出現(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致的焊接裂紋，良好的預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。導致出現(xiàn)這種裂紋的主要原因是受到設備所處環(huán)境或介質(zhì)帶來的影響而導致的裂紋現(xiàn)象。大多數(shù)情況下，導致出現(xiàn)腐蝕性裂紋的原因較為復雜，是多種因素共同作用下而導致的裂紋形態(tài)。針對腐蝕性裂紋進行原因分析時，需要從多個角度來開展分析過程，通過多種因素或殘余應力因素進行分析使得設備設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，隨著時間的推移都可能出現(xiàn)腐蝕問題，這種腐蝕問題會在設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，會呈現(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分布的形態(tài)。如果不能夠?qū)Ωg裂紋進行積極有效的處理，這種裂紋形態(tài)就會出現(xiàn)逐漸加快的發(fā)展蔓延趨勢，最終影響設備的正常運行和使用。比如針對非催化轉(zhuǎn)化氧氣管線所產(chǎn)生的事故進行故障分析可以得知，如果該設備的溫度在240℃時，其內(nèi)部的飽和蒸汽壓強為3.12MPA。該設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，因為冷凝液中含有豐富的氧含量，導致焊縫附近出現(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，使得設備出現(xiàn)了因腐蝕導致的穿孔問題。

3.4 蠕變裂紋

壓力容器和管道在運行過程中會受到溫度和應力的影響，這些影響在長期的作用下會使得承壓容器的內(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)的材料會產(chǎn)生分離或質(zhì)變等相關問題。這些問題會使得承壓容器內(nèi)部出現(xiàn)蠕變裂紋。蠕變裂紋通常會出現(xiàn)在環(huán)境溫度較高壓力較大的環(huán)境中。蠕變裂紋會導致管道出現(xiàn)變形，在鍋爐內(nèi)等相關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，蠕變裂紋不會以較大面積的形式呈現(xiàn)，通常以點狀孔洞為主要形態(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。因此在針對蠕變裂紋進行治理時，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保養(yǎng)中加強檢測力度。

4 承壓設備裂紋解決措施

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，就需要加強管道和設備的生產(chǎn)質(zhì)量，以及材料的選擇。在進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，就更加容易導致設備出現(xiàn)裂紋問題引發(fā)設備故障。因此在進行設備生產(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)量符合國家針對壓力容器和管道相關材料的標準認定工作。在采購結(jié)束之后，原材料進入生產(chǎn)線之前還要對材料進行復檢，防止存在質(zhì)量問題的材料進入設備制造流程。除此之外在生產(chǎn)過程中還要對生產(chǎn)流程進行控制，以保證設備的正常功能和質(zhì)量符合要求。完成設備早期的圖紙設計之后，還需要對設備進行圖紙分析。保證設備和圖紙具備較好的一致性，符合相關產(chǎn)品的安全系數(shù)。在設備投入使用之后要做好設備的維護保養(yǎng)工作，保證設備具備較好狀態(tài)，延長設備的使用時間。

4.2 提升檢驗技術(shù)

為了能夠更好地對壓力容器或管道進行檢驗，及早地發(fā)現(xiàn)設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)設備中所存在的各種不同類型的裂紋問題，這是保證設備正常工作狀態(tài)的前提條件。設備在運行的過程中不可避免地會出現(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備表面，在設備的內(nèi)部也會出現(xiàn)相應的問題，此時通過磁粉檢測便無法有效地發(fā)現(xiàn)設備內(nèi)部的裂紋問題。因此需要采用超聲波檢測技術(shù)來對設備的內(nèi)部和外部進行全面的檢測。在對設備的裂紋進行檢測的過程中要不斷引進新的技術(shù)和設備來提高檢驗效率和質(zhì)量，以便更早地發(fā)現(xiàn)裂紋問題并對其進行有效治理。

4.3 提升人員技術(shù)水平

大多數(shù)情況下，導致壓力管道或容器出現(xiàn)裂紋，都與該設備相關的技術(shù)人員的專業(yè)能力有著直接的關系。當設備長期在高溫狀態(tài)下工作，其表面便會出現(xiàn)裂紋。技術(shù)人員在針對設備所開展的維護和保養(yǎng)過程中，能夠有效地發(fā)現(xiàn)裂紋問題并對其進行處理。同時不少裂紋的產(chǎn)生都與設備的高強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，同時具備較為豐富的經(jīng)驗就能夠在裂紋的早期階段進行治理工作。因此要加強對工作人員業(yè)務能力的培養(yǎng)，有效地降低和控制設備出現(xiàn)裂紋的概率。

4.4 加強檢驗與維護

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

5 結(jié)束語

在壓力容器和壓力管道運行過程中，一旦出現(xiàn)安全事故，勢必會造成環(huán)境污染、重大經(jīng)濟損失或是人員傷亡等嚴重后果，從而危害企業(yè)健康運營和良性發(fā)展，為了防止以上情況的出現(xiàn)，首先就要嚴格開展切實有效的壓力容器和壓力管道檢驗檢測作業(yè)，并通過設備定期檢測維護、加強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。