刘清方锅炉压力容器安全讲座（19）

ceshi

锅炉压力容器的蠕变破裂
    一、材料的蠕变
    在高温和一定载荷的共同作用下，材料发生塑性变形且塑性变形随时间逐渐增加的现象，叫材料的蠕变。了解蠕变需要注意以下几点：
    1.材料的蠕变现象在温度高到一定程度时才会出现，试验表明，蠕变温度约为材料熔化温度的25％～35％（以绝对温度计算）。碳钢出现明显蠕变的温度约为350℃，合金钢出现明显蠕变的温度在400℃以上。
    2.蠕变是一个持续塑性变形过程，蠕变破裂是蠕变的最终结果。材料自开始蠕变至蠕变破裂所持续的时间叫蠕变寿命。蠕变寿命取决于材质、载荷、温度等因素，其中对温度尤为敏感。在蠕变条件下，温度的微小升高就可使蠕变寿命大幅度降低。
    3.材料发生蠕变时，载荷与应力通常并不高，但是低于屈服点的应力和足够的温度即可引起蠕变。
    4.对于锅炉压力容器钢材来说，常把对应出现明显蠕变现象的温度称为高温，把钢材抵抗蠕变及蠕变破裂的能力称为高温强度或热强度。
    5.钢材的常规静载强度指标———屈服点及抗拉强度，无法表示钢材抵抗蠕变及蠕变破裂的能力，通常用蠕变极限及持久强度表示钢材的高温强度，即抗蠕变能力。
    蠕变极限是在一定温度下，在规定的工作期限内（通常为1×105h）引起规定蠕变变形（1％）的应力；持久强度是在一定温度下，经过规定的工作期限（1×105h）引起蠕变破裂的应力。
    二、应力松弛应力
    松弛是特定情况下的一种蠕变现象。承载初期仅发生弹性变形的螺栓或弹簧，在高温和应力作用下逐步产生塑性变形，即蠕变变形。由于总变形不变，塑性变形的增加伴随着弹性变形的减少，即弹性变形逐步转化成了塑性变形。而螺栓或弹簧中的应力是与弹性变形成正比的，随着弹性变形的减少和塑性变形的增加，螺栓或弹簧中的应力水平逐渐降低，本来拉紧的螺栓或弹簧产生了松弛。松弛常造成介
    质泄漏及其他连带危险。
    三、锅炉压力容器的蠕变破裂
    锅炉中的锅筒、锅壳、炉胆等大型结构，尽管接触火焰或受热介质，但由于介质的可靠冷却及介质温度较低，使得这些部件的金属壁温达不到蠕变温度，因而在正常运行工况下不会产生蠕变及蠕变破裂。换热容器和反应容器也多是这种情况。
    锅炉压力容器中的蠕变和蠕变破裂，可见于以下情况：
    1.受热的锅筒、集箱、管子内沉结水垢，使金属壁温升高至蠕变温度以上。
    2.受热面管内进入钢球、木塞等异物，使介质流动不畅，传热不良；或蒸发受热面水循环不良，使金属壁温升高至蠕变温度以上，但未达相变温度。
    3.受热面管群中的某些管子，因受热偏差或流动偏差而未能可靠冷却，金属壁温升高至蠕变温度以上。
    4.该用合金钢的承受高温部件错用了碳钢，在合金钢的正常工作温度下使碳钢发生了蠕变。
    5.高压大型锅炉的过热器和蒸汽管道、高温压力容器，在正常工况下就有蠕变问题，因设计选材不当或运行监控不严而发生蠕变破裂。
    四、蠕变破裂的基本特点
    金属材料的蠕变破裂，大体上可分为穿晶型破裂和沿晶型破裂两种。
    1.在高应力及较低温度下蠕变时，最终发生穿晶型蠕变破裂，破裂前有大量塑性变形，破裂后的伸长率高，往往形成缩颈，断口呈延性形态，因而也叫蠕变延性破裂。
    2.在低应力及较高温度下蠕变时，最终发生沿晶型蠕变破裂，破裂前塑性变形很小，破裂后的伸长率甚低，缩颈很小或者没有，在晶体内常有大量细小裂纹，这种破裂也叫蠕变脆性破裂。
    3.蠕变破裂断口常有明显的氧化色彩。
    高压大型锅炉的过热器管和蒸汽管道，由于直径相对于壁厚较小，应力水平较低而温度水平较高，因而其蠕变破裂常呈沿晶脆断特征。
    五、蠕变破裂的预防
    1.合理进行结构设计及介质流程布置，尽量避免承受高压的大型容器直接承受高温，避免结构局部高温及过热。
    2.根据操作温度及压力，合理选材，使材料在使用条件下及服役期限内具有足够的常温强度及高温强度。
    3.采用合理的焊接、热处理及其他加工工艺，防止在制造、安装、修理中降低材料的抗蠕变性能。
    4.严格按操作规程运行高温设备，防止超高温、超高压降低蠕变寿命。对受热但未到蠕变温度的锅炉压力容器，要防止因结垢、存污而使设备超温。
    摘自《中国安全生产报》