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锅炉压力管道检验裂纹的措施分析

摘要：由于工作人员对锅炉使用过程中存在的一些安全问题重视程度不高，压力管道经常会出现裂纹，从而大幅降低锅炉质量，增大设备安全运行风险。为强化安全生产、促进行业的发展，对锅炉压力容器的压力管道裂纹问题进行深入研究，并针对一些常见裂纹提出有效的维修保护措施，提高工作效率。

引言

目前锅炉压力容器已经成为现代工业中最常用的一种设备，在冶金、机械、电力、石化等行业的应用日益受到人们关注。从生产工艺来看，为达到节能的目的，现在锅炉压力容器主要是以大型设备为主，结构更加复杂。在运行过程中锅炉压力容器会发生不同程度的结构破坏，从而引起压力管道内的裂纹，对整个容器的质量造成较大影响，成为管道破裂的安全隐患。腐蚀孔隙的压力也会使管道产生裂纹。

随着社会经济的发展，电站锅炉技术逐步发展，压力管道是火电站锅炉的主要承压设备，其参数变化也在逐渐增加，因此火电站对管道质量要求也在逐渐提高。近年来，电站发生了大量压力管爆裂和故障，并逐步引起业界对其质量监管的重视。在压力管道中，合金高压锅炉管（12Cr1MoVg）是一种广泛应用的耐热管材，关于其焊接性能与材料性能已经进行了大量研究，相关理论日趋完善，然而由于电站的施工现场环境十分复杂，合金高压锅炉管的施工很难获得理想效果。本文将以某火电站锅炉的压力管道为例，对裂纹的产生展开分析与处理。

1裂纹理论——应力强度系数

在裂纹理论中，应力强度系数是根据裂纹尺寸确定的。裂纹产生的主要原因是应力强度系数增大，而临界应力强度系数可以反映材料的裂纹性能，因此理论上可以将其定义为裂纹韧性。针对应力腐蚀裂纹而言，由于锅炉内钢板与高浓度介质的接触，导致其晶间和金属晶体之间的电势差异，从而导致高的晶粒电势成为阴极；而作为阳极的晶间，会在晶粒与晶间形成微小的电流，不断侵蚀锅炉的结构，使其内部结构产生裂纹。

裂纹是由内部向外部扩散的苛性脆性因子引起的，并最终集中于应力最大的位置，从而导致该区域出现裂纹。由于裂纹产生的时间很短，而且会随着锅炉之间的晶体结构而发生改变，在微电流的作用下裂纹面积会逐渐增大，加重裂纹的问题。

裂纹理论定义了由裂纹引起的裂纹现象，即裂纹尖端的应力强度系数K，大于或超过裂纹材料的裂纹韧度K，这意味着裂纹已经进入了一种不稳定的状态，会穿过结晶、沿着结晶结构继续发展。最后，显微镜下如果出现一种辐射状裂纹，则是由锅炉内部的裂纹引起的，随着裂纹的扩大裂纹形状也会发生改变，从而导致整个结构的裂纹。

2压力容器和压力管道检验内容和方法

根据现行国家标准，对锅炉压力容器、管道等检验方法主要分为3类，通过它们能够使其符合规定的使用要求。这3种检查方式为内部检查、外部检查和水压检查，测试必须遵循一定的程序。在正式测试前，首先要对各类仪器的外观、安全监控系统的运行情况进行检查，在保证所有员工都具备相应的资格后，随后是对所有设备和管道进行全方位检查。无论是内部检查还是外部检查、水压试验，都要按照技术规范和规范进行。

在完成检测后，通常需要对实际使用环境进行预试验，以判断该装置能否正常工作；对设备进行检查，确认无任何问题，方可投入使用。同时，要重视易产生裂纹的部位的检查工作，定期对其进行安全、完整性的检验，发现问题的要及时进行处理。

3压力容器压力管道常见的裂纹

在锅炉压力容器的管道检查中，大多数裂纹表现为表面裂纹，其尺寸远小于其本身的弯曲半径。对于裂纹问题的分析，可以把裂纹等效为带有半椭圆形裂纹的板受拉问题（表1）。某锅炉压力容器的轴向应力为83.2MPa，环向应力为146MPa。根据应用力学的原理，在锅炉压力容器的压力管道中内部压力将会产生最大主应力σ1和环向应力σ2。

其中，P是指锅炉内压容器的内部压力，D、δ表示压力容器的内径和壁厚。从应力公式可以看出，在容器压力管道中，环向应力是最大的主应力，将其应用于裂纹端应力强度系数的计算，并将其与相应的计算模式相结合[1]。

3.1疲劳裂纹

在长期使用中，某些压力容器、压力管道会因交流负载而产生裂纹，如蒸压釜、灭菌锅、压力管道的膨胀节等，在运转时会由于受力不均极易产生裂纹。在许多压力管道难免会产生一些裂纹，称为疲劳裂纹。所以，有关主管部门应根据管道的质量和工作环境，对管道进行定期的检查和维修，以及时发现问题。在检修和维护此类管道时，应重点关注应力集中的位置。这种疲劳裂纹的产生通常与设计工艺、材料、焊接工艺密切相关，可以通过改进工艺流程、合理选用材料，改进现有的不合理之处。其中每一步都是相辅相成、相互影响的，任何一个环节出现问题都会影响制造和生产，从而造成疲劳裂纹。

根据工作实践判断疲劳裂纹的不同成因，将其划分为机械疲劳裂纹和腐蚀裂纹：机械疲劳裂纹是由管道的各个部位应力