锅炉压力容器中金属管道裂纹问题的解决方案研究

万阳辉

（江西省锅炉压力容器检验检测研究院南昌分院，江西 南昌 330000）

锅炉企业经常面临锅炉压力过高，管道高压的状态，在这种状态下，如果继续加温，很可能保证锅炉压力容器爆炸，不仅会损坏锅炉压力容器，还会导致看守容器的人员伤亡。面对这个严重的问题，各个锅炉压力企业都制定了一定的措施来避免锅炉压力容器损坏爆炸，即各个看守压力容器的工作人员重视起来，及时检测锅炉压力容器中的金属管道，早发现，早处理，一旦出现了细小的裂纹，需要及时进行更换，除此之外，还应该积极调查管道出现裂纹的原因，减少裂纹产生的频率[1]。

锅炉压力容器的安装是锅炉加热的最初环节，在这个工作阶段出现裂缝的原因主要有两个，一是安装人员操作不当造成的裂缝，第二则是安装的金属管线材料本身就存在问题。目前，随着我国锅炉压力容器企业发展速度的加快，锅炉企业的规模也在不断扩大，需安装的压力管线长度不断增加。但在许多情况下，这些管线需要以曲线方式铺设。曲线铺设虽然可以减少管线材料消耗，但是极容易因为管道弯曲或地面凹凸不平，出现裂纹，造成安全事故，因此设计了金属管道裂纹问题的解决方案。

1 锅炉压力容器中金属管道检测中常见的裂纹问题

1.1 温度变化产生裂纹

由于金属管道材质的限制，其在过冷或过热的环境中都容易开裂。除此之外，在制作锅炉压力容器的金属管线时，要经过多道工序，各个工序环节都涉及温度变化。例如，在加热过程中，如果温度过高，则会导致管线晶变，产生裂纹，不仅如此，如果温度高于金属临界温度，会出现热裂纹，在冷却时还会出现冷裂纹。随着温度的下降，冷裂纹比热裂纹更细小，裂纹的具体呈现状态如图1所示。

由图1可知，在观察裂纹时，由于冷裂纹更细小，一定要仔细观察才能发现，因此需要使用专业的观察工具，一一筛选，确保金属管线无裂纹产生才可进行作业[2]。

图1 裂纹状态

1.2 腐蚀裂纹

腐蚀裂纹产生的原因比较多，这种裂纹往往是由压力负荷结合容器条件改变产生的，多数裂纹见于蒸汽水管和管板。通过对裂纹结构的分析，可以选择裂纹存在的固定位置，展示内压前后弯头裂纹形状的变化。腐蚀性环境是导致腐蚀裂纹产生的元凶，由于腐蚀性环境中包含着极强的腐蚀介质，这些腐蚀性介质具有强碱性，当腐蚀性介质与金属发生化学反应时，金属管道就会在电流的作用下产生不同程度的裂纹，此时裂纹形态变化如图2所示。

图2 裂纹形态变化

由图2可知，在锅炉压力容器中，往往温度很高，在加温降温的过程中很容易产生水蒸气，产生的水蒸气凝结成水珠，滴落到金属管道上，会使部分空气中的化学成分与金属管道发生反应，最终导致金属管线腐蚀开裂。当金属板与高浓度腐蚀介质接触时，金属板表面的金属晶体与腐蚀介质的晶体界面之间会通过晶体与阴极的化学反应，产生电位差，晶体前面的阳极作用于金属板导致其被腐蚀。这种腐蚀发生在金属内部而不是金属板表面。因此，腐蚀裂纹也是一种不易检测的裂纹。

由于腐蚀裂纹检测不易，因此当腐蚀裂纹发生时，管道整体会呈现空心状态，自然不能承受重量了。腐蚀裂纹的类型有很多，不仅有水蒸气作用产生的刺激裂纹，还包括与腐蚀介质反应产生的主裂纹，但这两种裂纹都产生在金属管线内部，不易检测，当操作员用肉眼检测到裂纹时，检测到的实际上是通过主裂纹扩展的二次裂纹。这类二次裂纹不能穿透晶体，而是在晶体表面进行扩散，导致管线破裂。所以，如果肉眼能看到二次腐蚀裂纹，说明金属管线内部的裂纹已经很严重了。此时，金属管线内部裂纹已经呈黑色状态[3]。

1.3 疲劳裂纹

疲劳裂纹是压力管道组件在长期使用后出现的性能衰退现象，长期使用后，压力管道的不同表层一般会出现不同程度的裂纹，相比其他裂纹，疲劳裂纹在修复方面需要更高的成本，而其存在的隐患更严重，随时都有爆管的可能性，不同表层受力情况如下表1所示。

表1 受力情况

由表1可知，管道的裂纹状态随着使用年限和使用方法不断地变化，但在所有金属管道裂纹问题中，疲劳裂纹出现得是最频繁的，由于管道长期循环使用，锅炉压力容器中的温度和压力也较高，导致在锅炉压力容器中一些特殊的区域存在的管线上布满了疲劳裂纹，这些裂纹在压力的作用下会变形，甚至变得越来越大。

简单来说，任何东西使用时间久了都可能会产生疲劳反应，因此形成疲劳裂纹属于正常现象，在疲劳裂纹形成的前期，这种裂纹主要呈直线状态由内向外部扩张，但随着使用次数增多，这种裂纹会扭曲变形，不断地扩大，到后期，会产生更多细小的疲劳裂纹，且疲劳裂纹具有合并性，生长的区域大多一致，因此预防疲劳裂纹必须遵循早发现规则，后期的疲劳裂纹周围的细碎裂纹过多，失去了处理的意义，必须进行更换，所以在检查时，相关人员必须仔细观察，不能放过任何一个细小的裂纹。

2 锅炉压力容器中金属管道检测中裂纹问题解决方案

2.1 规划操作要求

锅炉压力管线在运行过程中出现裂缝，不仅是由内压和外压造成的，还有由于部分员工操作知识，缺乏操作技能。为减少裂纹的发生，操作人员需要提高操作水平，实现锅炉从开到停的平稳过渡，有效控制炉温，并通过防止管道过热和过冷来降低管道压力，避免管道因温度突然变化而破裂。因此，在操作时应该规范运营要求，严格按照规定操作，保证锅炉压力容器始终处于正常状态。不仅如此，各个锅炉公司需要分阶段提高锅炉操作人员的准入门槛并及时对新员工进行锅炉压力容器操作规范技术培训，对可能出现的裂纹原因进行分析解释，保证锅炉压力容器的安全。

2.2 制定科学检验程序

研究表明，对锅炉压力容器进行及时检验对保证该容器安全来说十分重要，因此需要制定科学的检验程序，在进行锅炉作业前，对作业的各个零件、作业设备、原料等进行充分检验，保证这些作业用品符合要求，然后再开始作业，在制作锅炉压力容器的金属管线时，需要注意生产的金属管线是否符合质量要求，只有将符合质量要求的管线应用到锅炉作业中才能保证锅炉作业的安全。

检验金属管线是否符合要求，首先需要检验制作金属管线的原材料，保证原材料的来源和纯度，检验原材料后，需要检验锅炉压力容器的零件，保证零件的尺寸，材料符合压力容器的要求，并匹配适宜的制造工艺制造，从根本上避免了管道裂纹的产生。

2.3 提高操作人员技能水平

锅炉压力容器操作起来十分复杂，一旦有一点失误就可能导致安全问题，因此必须提高操作人员的技能水平，避免操作人员由于操作不熟练或操作知识储备不丰富导致的管道裂纹，因此各个锅炉企业和相关的管理部门需要对新上岗的员工和操作生疏的员工进行统一培训，将管道裂纹知识倾囊相授，并进行考核，保证锅炉压力容器始终处于安全状态[4,5]。

3 结语

综上所述，大多数锅炉企业在操作时通常面临高温高压的环境，非常危险，但锅炉企业对我国的工业生产有重要意义，因此在锅炉企业作业时，应及时对金属管线进行检查并保养，发现问题及时处理，避免由于管线裂纹产生的人员伤亡问题，除此之外，还需要加强相关技术的研发，争取早日研发出更实用的方案，彻底解决管道裂纹问题。