冶金企业锅炉压力容器压力管道检验检测及事故分析

杨丽云

在冶金企业，锅炉压力容器压力管道属于常见设备，而随着我国工业生产的不断发展，锅炉压力容器压力管道其工作任务不断增加，在长期运行期间，也开始暴露出越来越多的故障和问题。为推进国家工业化发展，必须高度重视对冶金企业锅炉压力容器压力管道加强检验检测，及时发现压力管道存在的缺陷和故障，同步采取有效的处理措施，以最大程度降低危险事故发生几率，促使锅炉能够正常、稳定的运行。

1 冶金企业锅炉压力容器压力管道检验检测技术与注意事项

1.1 检测技术

对于冶金企业的锅炉压力容器压力管道，要注意定期检测，这是我国对承压类特种设备提出的基础检验检测要求，而在实际检验检测中，主要应用无损检测技术。

1.1.1 超声波检测技术

在对锅炉内部结构进行检验检测期间，会主要应用超声波检测技术，同时该技术目前在锅炉压力管道检测期间也广泛应用。在超声波检测过程中，涉及到多种方法，而目前较为成熟而且应用较为广泛的方法是脉冲反射法。在脉冲反射法运用期间，横波主要应用在斜入射探伤当中，纵波应用于垂直探伤环节。实践操作中，先向被测样品一侧注入超声波，缺陷部位所反射回波将在相同侧被接收，随后结合回波情况，明确设备缺陷情况。对于超声波检测技术来说，其具有成本低、方便操作、原理简单等优势，而且设备体积比较小，方便携带，还不会威胁到检测人员其人身安全，也不会污染周边环境，所以此检测技术体现出突出的清洁性特点。

1.1.2 射线检测技术

当前在无损检测以及探伤过程中还广泛应用射线检测技术，该检测方法具有较高的检测效率。在射线检测技术应用中，主要是通过X 射线或者是射线检测锅炉压力管道当中的裂缝，并进行探伤。由于锅炉设备体积往往较大，所以设备间主要以焊接方式连接，而在焊接操作期间，如果焊接缝隙达不到有关标准，就很容易造成锅炉压力管道当中出现压力不平衡情况，从而使锅炉运行期间存在一定安全隐患。通过射线辐射法检验锅炉管道焊缝过程中，第一步是照相操作，通过成像分析，就可发现压力管道是否有明显焊接缺陷，同步明确缺陷点位。不过在实际操作期间，要注意选择恰当的焊接间隙拍摄角度，以防导致部分缺陷不能充分显示出来。另外，在运用射线检测技术过程中，相关辐射可能伤害检测人员身体健康，所以通过此技术检验锅炉压力管道期间，要求所有检查人员都要采取有效的防辐射措施，并且操作要规范、严谨，否则很容易导致检查人员受到辐射伤害对自身身体产生不可逆损害。

1.1.3 磁粉检测技术

此技术对运用场所有特定要求，主要在磁性材料锅炉检测内部结构期间应用此技术。磁粉检测技术其工作原理是以铁磁材料为对象展开磁化检测，随后在目标检测物体的表面分散布局，由于铁磁材料属于高度磁化物，所以会持续分布于锅炉内部，此时锅炉工件的表面周边磁力线会出现局部改变，由此产生漏磁现象。磁性粒子在工件的表层吸附着，通过创造适当的光照条件，会有清晰的磁痕出现，工作人员可通过分析磁痕分布情况，对锅炉表面还有近表面实际受损情况作出判断。磁粉检测技术具有非常高的灵敏度，在实践应用中能够对微小裂缝等相关缺陷实现有效检测，而且操作简便，检测速度非常快，同时成本比较低。不过磁粉检测技术在应用中也有一定缺点，主要是：①所检测锅炉必须是通过磁性材料所制造的，而其他材料所制造成的锅炉无法用此技术检测；②只可对锅炉表面和周边损坏情况进行检测，无法对内部情况加以检测；③零件尺寸以及具体形状可能会影响探伤操作，在锅炉无法磁化情况下就不能实现检测。

1.1.4 渗透检测技术

对于大部分非吸收性材料，在检测其表层开口情况时可应用渗透检测技术，该技术目前在锅炉压力管道检测过程中应用非常广泛。在渗透检测技术应用中，主要步骤是先在锅炉压力管当中注入渗透液，如果锅炉压力管当中存在裂缝，渗透液会流入相应裂缝当中，随后将多余渗透液除去，就可在锅炉压力管道的表面通过显影镜找出裂缝。在压力管道检测中应用渗透检测技术具有诸多优点，通过该技术可对各种形状工件实现有效检测，而且相关检测工作具有全面性，同时该技术除了不能对疏松多孔性材料进行检测，其他各种材料均可应用此技术，另外在此技术应用中能够同时检测多部分缺陷。不过该技术应用中也有一定局限性，主要表现在：①只可检测工件表面情况，无法对工件内部缺陷进行检测；②目标检测工件的表面要有较高的光滑性、平整性，否则将影响检测结果；③检测工序相对繁杂，同时检测速度比较低；④检测室所用材料成本较高。

1.2 注意事项

冶金企业在通过无损检测技术对锅炉压力容器压力管道进行检验检测期间，主要有以下注意事项：①做好事前准备工作，主要对目标检测锅炉先展开全面调查和实验，保证锅炉内部具有良好的稳定性，必要情况下需要准备传感器，以对锅炉压力管道进行监控与管理；②注意无损检测校对，为保证通过无损检测技术更精准的对压力管道实现检验检测，需要在压力管道无损检测过程中做好校准工作，主要结合相关标准与规范对轭架提升力进行测试，并要对超声波设备有关参数与DAC 曲线等进行校对，由此对灵敏度实现合理调整；③要科学评价检测结果，通过无损检测技术实现压力管道检验，检测期间，相关检测结果还要根据有关标准和技术文件规范的说明实现评估。如果在检验检测过程中发现压力管道存在裂纹、未贯穿、未熔合等危险缺陷，可直接判定属于不合格产品，而对于气孔夹渣等其他缺陷，需要结合有关标准进行等级划分，通过分级评定，明确相关缺陷是否达到要求。

2 锅炉压力容器压力管道事故案例分析

案例1：2005年3月8日，北京南亚气体有限公司于16：00拉回20 只带余压气瓶，19：00 该公司的充装工把4 只瓶装在汇流排上后下班。到了快21：00，另一位工作人员A 对汇流排上气瓶做出操作，于21：00 发生爆炸。该事故的原因是可燃气体测爆仪失灵，同时操作人员存在无证操作情况，导致充装间全面炸毁，其中所有设备均损坏，最后操作该气瓶的工作人员A 死亡。

案例2：1984年1月1日，大连石油七厂因脱丙烷塔管道的接口发生断裂情况（由于制造质量不合格）引发爆炸事故，造成176 人死伤，而且储备电站、压缩机车、仪表间、重整车间、催化车间全面炸毁。此爆炸事故性质是甲烷和空气混合162m 部位遇到明火，之后导致混合气爆炸。

案例3：2007年4月27日，宁波市大自然新型墙材有限公司发生蒸压釜爆炸事故。在蒸压釜爆炸之后，一个端盖飞出超过30m，撞断电动葫芦支架之后落地，而筒体部分受到气体轴向力作用影响，整体后移40m 左右，导致两堵墙被撞塌，倒塌的墙砸死一名工人。该事故发生的直接原因是快开门安全连锁装置失效，而法兰啮合齿在没有到位情况下开始升压，从而在升压期间，法兰齿被压溃滑脱，从而出现啮合失效情况，造成釜盖飞出。另外在气体的反推力影响下，造成筒体拉脱固定支座，从而向后移造成墙倒人亡。此事故的根本原因有两方面，其一是操作工在没有确认齿面啮合状态情况下开始升压，使得啮合齿因为局部受力过大导致被压溃滑脱，是典型的因为人工操作不当引发的事故；其二是操作人员无证上岗，没有按规范取得特种设备操作人员资格证，缺乏专业知识。

案例4：2004年4月15日，重庆市天原化工总厂二分厂出现压力容器爆炸重大事故，事故造成3 人重伤，9 人死亡以及227万元的经济损失。该事故发生的直接原因是设备发生腐蚀穿孔问题，造成盐水泄漏，从而形成三氯化氮并富集，而当富集到爆炸浓度之后，同步启动了事故氯处理装置，引发振动，从而造成三氯化氮爆炸。而该事故的间接原因体现在四个方面，其一是压力容器缺乏有效的日常管理；其二是没有全面排查安全隐患，未贯彻落实责任制度；其三是未完善的制定安全技术规定。

案例5：2005年4月14日，安徽铜陵市金港钢铁有限公司制氧车间发生压力管道爆燃事故，事故造成4 人重伤，3 人死亡。该事故的直接原因是现场在对承载1.2Mpa 的压力阀门进行更换的过程中发生脱脂不净以及氧气试漏问题，而此事故的间接原因是设备缺陷没有及时发现并有效消除，同时压力管道管理不到位，人员违章操作，严重缺乏安全教育。

3 锅炉压力容器压力管道检验检测中的问题与处理措施

根据上述相关案例，进一步反映出锅炉压力容器压力管道检验检测的重要性。而在压力管道检验检测过程中，主要面临的是裂纹问题和安全阀问题。

3.1 裂纹问题

锅炉压力容器压力管道受到制造方式以及长期使用等影响，经常在压力管道检验检测过程中发现存在裂纹问题，包括蠕变裂纹、机械疲劳裂纹、腐蚀裂纹、焊接裂缝以及过热与过烧裂纹等。

3.1.1 蠕变裂纹

冶金企业的锅炉在长期使用期间，容易因为长时间受到温度、应力等作用影响发生蠕变裂纹，导致金属组织出现损伤或者是变形问题，并造成材料存在一定程度的分离。此问题主要出现在高应力应变区以及热影响区，比如高温蒸汽管道外弧侧、过热涨粗管子表面以及机箱管管座部位等。因为蠕变裂纹和最大应力的方向呈垂直关系，所以最终所形成的裂纹带比较宽，带内中间部位属于主裂纹区域，同时裂纹区域当中会有大量乳腺孔洞，主要呈椭圆形。裂缝损伤造成的裂纹平行于痕接熔合线发展方向，此外裂纹前端通体部位平行于主裂纹所产微裂纹，拓展则以沿晶方式为主。

3.1.2 腐蚀裂纹

在锅炉长期使用期间，部分部件会受到应力介质以及腐蚀介质等的作用发生一定程度的开裂，从而出现应力腐蚀裂纹。尤其在汽水管道还有集箱管座等部位，经过长时间使用比较容易出现此类问题。奥氏体不锈钢是最容易发生腐蚀问题的部位，特别是在遇到气水介质之后，即便所产生的应力非常微小，也会发生应力腐蚀反应，同步引发开裂问题。出现这一问题，主要原因是加工变形以及发生振动现象，或者有残余应力等。对于腐蚀裂纹来说，开裂表现通常和张应力呈直角关系，而奥氏体不锈钢通常会存在较多分支，如果锅炉部分位置发生腐蚀问题，管道应力腐蚀大多出现在弯管当中中性层区内部，而且大多以群状呈现，扩展方向是从表象逐渐扩展至内部位置。

3.1.3 焊接裂缝

对于锅炉压力容器当中的压力管道来说，在安装过程中主要是通过金属板卷制焊接而成，所以锅炉使用期间有可能会发生焊接裂缝情况，主要是在高温影响下发生热裂纹等。通常锅炉制造完成后，在经长时间冷却随后再使用，比较容易发生焊接裂缝。对于冷裂纹，主要是在锅炉制造过程中需要应用氢元素，等冷却之后，会和金相组织相融。锅炉焊接部位经过冷却，金相组织当中所存在的奥氏体将逐渐朝着铁转变，而且其内部所包含氢元素也将逐渐靠拢于中间，在不断冷却过程中，氢元素将逐渐演变成氢裂纹，最后就造成焊接冷裂纹。

3.1.4 机械疲劳裂纹

锅炉在长时间投用之后很容易出现机械疲劳裂纹，发生初期大多较为短小，随后会逐渐呈隧道式的朝内扩展，主要呈直线状，裂纹中间部位的小裂缝会随着不断扩展形成长裂纹。当裂纹发展到后期，经过不断拓展，将形成切向裂纹。立足微观层面分析，机械疲劳裂纹以穿晶形式为主，属于脆性开裂，开口部位存在粘结斑坑，并且较为严重，裂纹两侧比较平整，深度较浅。

3.1.5 过热及过烧裂纹

无论是在锅炉使用中还是后期维护中，都会对金属承压部件实现焊接、锻造、弯制以及轧制处理，由此容易引发过热裂纹，主要是在部件加热过程中当到达临界点进而继续升温，随后容易产生此类裂纹。过烧裂纹主要是由于加热温度过高导致局部性熔化，并和晶界发生氧化反应。对于过烧裂纹，通常在锅炉龟裂表面会有大小不一的裂缝，相关裂缝会表现出显著的熔化痕迹，而且晶界氧化严重。

锅炉压力容器压力管道在长时间使用过程中容易受到多项因素影响发生各类裂纹问题，相关裂纹问题大多能够通过科学的检验检测发现，而为规避并有效控制相关裂纹问题，需要采取以下处理措施：①人员操作要规范。在对锅炉压力容器压力管道实现检验检测期间发现有裂纹问题，一个主要原因就是工作人员在操作过程中未严格按照有关规范，因为操作不当引发裂纹问题。所以为保证锅炉正常使用，避免压力管道发生裂纹缺陷，要求操作人员严格按照相关标准与规范正确使用锅炉，同时需要相关企业对操作人员加强专业培训和教育，使其充分掌握锅炉正确的操作方法，熟知锅炉操作规范，以防因操作失误导致锅炉运行中存在安全隐患。此外，在对锅炉操作人员展开培训及教育过程中，不仅要引导其正确掌握锅炉使用及操作方法，还要对其加强严格考核，并落实责任到人制度以及奖惩制度等，最大程度规避因人员操作不当引发裂纹问题；②严格控制原材料生产质量。锅炉压力容器压力管道其材料质量高低直接影响着后期使用中裂纹问题发生几率，所以需要在锅炉生产前对设计进行严格审核，并要求生产中所用原材料均符合设计要求，根据有关规范实现标准化生产，并在生产及加工全过程进行质量管控。同时，锅炉压力容器压力管道要做好常规检查，以及时发现因材料质量不达标等问题引发的裂纹问题，同步加以处理；③在锅炉运行期间加强质量管控。锅炉压力容器压力管道属于高危设备，使用期间要采取有效的质量控制措施，并要在锅炉使用各环节贯彻质控措施。锅炉使用期间，要通过全面分析严格控制各项误差，并要完善的建立自我检查流程以及互相检验程序，在加强流程管理基础上防止锅炉压力容器压力管道发生裂纹问题。另外，锅炉使用期间要严格的建立监测使用体系，动态监测锅炉使用情况，以及时发现锅炉使用问题，同步加以处理，以最大程度降低裂纹问题发生几率。一旦在监测中发现有裂纹情况，需要及时处理，保证锅炉正常运行。

3.2 安全阀问题

锅炉压力容器压力管道基本都配置有安全阀，该装置结构简单，方便调节，具有较高安全性。不过在安全阀使用、安装以及校验等环节仍有诸多问题，一定程度上威胁着压力管道安全运行。

为使安全阀可靠运行，需要在安装过程中合理确定安装位置，注意垂直安装，主要安装于集箱、压力容器、锅炉筒体最高点位，同时安装中避免设置过长的排气管或者设置过多弯头。在对安全阀的排放量进行核算期间，不仅要考虑压力、公称通经等因素，还要考虑到相同公称通经的安全阀在型号不同情况下有着不同的排放能力，需要进行严格核算，防止盲目更换。在安全阀使用过程中，若排气能力无法达到规定要求、开启压力值偏差过大或动作性能失稳、重复性较高、弹簧失效、阀座及阀芯有严重锈蚀、凹坑、裂纹等问题，需要及时更换安全阀。

4 结语

在冶金企业，锅炉压力容器压力管道属于重要的承压设备，而在实际使用过程中，很容易受到负荷、外界环境等因素影响发生故障，从而对工业生产效率及产品质量产生负面影响。对此，需要相关企业高度重视锅炉压力容器压力管道检验检测工作，根据实际情况选择合适的检验检测技术，把握好技术应用注意事项，同时要在相关危险事故的警示下，高度重视压力管道检验检测期间暴露出的一系列问题，及时采取有效处理措施。