锅炉压力管道裂纹检验分析

张英豪　张云忠　杨楠

摘要裂纹是锅炉压力管道最为危险的缺陷之一，极容易造成锅炉安全事故，必须及时发现锅炉压力管道裂纹缺陷，确保锅炉安全性能水平。本文就锅炉压力管道裂纹检验进行了浅要的分析，指明了检验方向与常用的检验方法。

关键词 压力管道；锅炉检验；裂纹检验

引言

根据《特种设备安全监察条例》：涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器、压力管道等均属于特种设备，必须严格执行国家有关法律法规进行检验，以确保其安全。锅炉压力管道用于输送气体或游体，为管状设备，其最高工作压力大于或等于0.1MPa，内部往往为可燃、易爆、有腐蚀性、高温的气体、液体介质。如果压力管道存在裂纹缺陷，极有可能发生爆炸等危险，引起各种安全事故。在锅炉压力管道检验中，对其进行裂纹缺陷预测评估十分重要。下面，本文在分析锅炉压力管道的成因和扩展机理的基础上，就锅炉压力管道的检测方法进行浅要的探讨。

1.锅炉压力管道裂纹产生机理

1.1 机械疲劳

机械疲劳造成锅炉压力管道裂纹，多发生于火电厂等锅炉压力管道上，这类锅炉需要将热能转化为机械能再转化为电能。机械疲劳裂纹多产生于应变集中处，最初往往产生于压力管道表面。在裂纹产生初期，通常与拉伸应力轴呈45度并滑移扩展，随之裂纹向拉伸应力轴呈90度发展。通常情况下，机械裂纹为直线状，初始阶段较小，渐渐向内扩展并呈现出多疲劳源特征，随着裂纹扩展逐部连接成为一条长的裂纹，最后裂纹扩展不断加速伴随出现切向裂纹。机械裂纹的产生与扩展主要受材料结构、组织状态、受力条件等因素的影响，通常无显著塑性形变，与应力呈垂直角度。

1.2 应力腐蚀

锅炉压力管道在使用过程中，受应力与腐蚀介质的工作同作用也会产生裂纹，这类裂纹简称应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹多见于汽水管道区域，与材料介质也有很大关系。如奥氏体不锈钢，即是一种极容易受应力腐蚀影响形成裂纹的材料，应用于汽水介质工况下，很小的应力都可能引起管道产生裂纹，如振动、微变形等。应力腐蚀裂纹通常与张应力轴呈垂直角度，形状呈树枝状。例如，在火电厂锅炉压力管道中，应力腐蚀裂纹就极为常见，多出现在弯曲管道的内壁，并具备由管道表面向内扩展的特性，多处裂纹源有不连续发展的特征。

1.3 蠕变破坏

在锅炉压力管道使用中，由于长期在温度与应力的作用下，管道长期伴随着变形与材料组织损伤，最终在持续影响下产生材料分离造成裂纹。蠕变裂纹多垂直于最大应力方向，在弯道部位发生较多，呈曲折发展趋势形成裂纹带。例如，在管道的高应力应变区部位，在高温蒸汽通过弯道时，长期受温度与应力的作用，极容易出现蠕变裂纹。蠕变裂纹内部往往存在大量米粒状或椭圆形孔洞，孔沿无规则连接，扩展沿晶发展由外表面向内延伸。

1.4 热疲劳作用

在锅炉压力管道工作过程中，长期受热交变应力的反复作用，虽然热交变应力低于材料的拉伸强度极限，但这种反复作用也会造成裂纹的缓慢产生和扩展，最终造成热疲劳破断。如在火力发电厂锅炉压力管道中，喷水减温器、蒸汽管道、疏水管道、排汽管道等，都极容易受热疲劳作用而产生裂纹。热疲劳作用所产生的裂纹，通常最初发生于管道表面，在应变集中的缺口以及不连续部位等，极容易造成热疲劳裂纹的发生，其形状往往为多条但存在一条主裂纹，其这裂纹因主裂纹而扩展较为缓慢。

2.锅炉压力管道裂纹检验

2.1 常规检验方法优缺点

目前，在锅炉压力管道裂纹检验中，常用的有射线检测法、超声波检测法、磁粉检测法、渗透检测法等方法，这些方法结果直观、技术成熟、检测简单方便。不过由于压力管道的特点，利用超声波检测或射线检测技术，对管道内部的裂纹检测盲目性较大，容易受工作人员工作状态、技术水平、责任心等方面的影响，以及管道直径、壁厚等的影响，而影响检测结果的准确度和可靠性，容易出现漏检等现象。磁粉检测虽然较为全面，但受限于材料方面的影响，只限铁磁性材料的锅炉压力管道裂纹检验分析中有用，渗透检测则只限于开口型缺陷的检验。锅炉压力管道跨越空间较大，边界条件复杂，裂纹种类较多，材料选用种类多样，长细比较大，完全依靠常规检测技术将造成很多不定性。

2.2 利用超声导波检测

对于大型锅炉压力管道，如火电厂锅炉压力管道，可以利用管道超声导波聚焦检测的方法进行。管道超声导波聚焦检测方法目前主要用于油、气管道以及石化装置管道的裂纹检验中，但这类方法应用于大型锅炉压力管道裂纹检验中同样有极高的适用价值。应用超声导波聚焦检测方法，通过固定在管道周围的探头模块，在管道环向以均匀的间隔排列，沿管道壁利用声波模式发射低频超声波，当管道壁厚发生变化时无论是增加还是减少，都会有一定比例的能量反射回探头，从而检测管道是否存在不连续性，根据管道壁厚的变化来确定是否存在裂纹以及裂纹位置。根据探头模块的设置，这一检测方法能全面覆盖管道壁，与传统的超声波检测只能针对一个测试点进行单点检测相比，有极高的应用价值。

2.3 红外热成像检测

红外热成像检测利用红外热成像仪，检测锅炉压力管道的红外辐射能量，并转变为相应的电信号转换为管道的温度值，根据各部分表面温度形成辐射红外能量分布图像，从而判断管道是否存在裂纹以及裂纹扩展趋势。红外热成像检测能直观的对管道的材料、结构完整连志性以及是否存在不连续缺陷进行检测，灵敏度高、精确度高，能快速及时的发展裂纹和预测裂纹，适用于各种温度的压力管道检测，且不受时间与环境温度的限制。不过运用这一方法，对材料的导热率、几何尺寸要求比较高，材料导热率越低检测灵敏度越高，缺陷面积越大检测灵敏度越高。在应用中，可应用于大型锅炉压力管道各部位机械疲劳、应力腐蚀、蠕变破坏、热疲劳作用等所造成的裂纹的检测与预测之中，有较高的应用价值。

3.结束语

对于锅炉压力管道裂纹，常规的检测方法已经较为成熟，但由于锅炉压力管道裂纹产生机理与发展特点，常规检测方法容易产生一些检测盲区，极容易因为这些检测盲区而造成安全事故。在锅炉压力管道裂纹检验中，应当充分考虑到常规检测方法存在的不足，寻求新的方法来弥补这些缺陷，使锅炉压力管道裂纹检测更为准确、可靠。

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