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摘要：锅炉压力容器检验过程中会因检验带来应力腐蚀问题，在锅炉压力容器中增加应力腐蚀材料的设计，可以避免因检验前后残留的试剂以及其他残留物质对锅炉压力容器造成损耗。采取X射线对加装耐应力腐蚀材料的锅炉压力容器进行检测，能够更加准确地了解裂纹的具体情况。对加装耐应力腐蚀材料的压力容器进行测验，结果表明：耐应力腐蚀材料可以有效延长锅炉寿命，节省锅炉检验费用12 800元/台、更换压力容器的费用8.5万元/台。
关键词：耐应力腐蚀材料；锅炉检验；压力容器；X射线
0引言
在化工厂生产过程，锅炉的稳定运行能够保证化工流程的顺利进行。锅炉在使用过程中会发生腐蚀、磨损以及变形等问题，随时会使锅炉发生事故，因此，必须对化工厂的锅炉进行检验。然而，现行锅炉检验方法均存在弊端。水压试验会使锅炉内表面附着水，导致锈蚀。无损检测方法存在检测盲区，定期检查不适用某些特定条件或特殊用途的锅炉，潜在问题难以发现[1]。锅炉裂纹是压力容器检验中常见且不易发现的问题之一，因此，优化锅炉压力容器检验中的设计，对化工厂生产发展具有重要意义。
1耐应力腐蚀材料结构
耐应力腐蚀材料主要为奥氏体耐热合金，具有较好的耐腐蚀性和高温强度。奥氏体耐热合金中，大多数材料采用面心立方晶格结构，这种结构具有良好的弹性和韧性，能够有效抵抗应力的作用[2]。耐应力腐蚀材料通过引入特定的晶格缺陷，如C、N原子，提高耐腐蚀性，这些原子在晶格中形成稳定的间隙位置，减少晶格畸变与应力集中提高材料的抗应力腐蚀性能，如图1所示。耐应力腐蚀材料的应用可以有效抵抗抗在锅炉产生的应力腐蚀，能使其在高温、高压及强腐蚀环境下仍能保持良好的稳定性与可靠性。N作为一种固溶强化的元素，在耐应力腐蚀材料中，每增加质量分数为0.1％的N，则可以使奥氏体不锈钢材料的抗拉强度和屈服强度增加约60～100 MPa。除此之外，奥氏体耐热合金中含有铬、镍等元素，铬元素可以提高钢的耐腐蚀性，镍元素可以提高韧性和耐高温性。
耐应力腐蚀材料不会因为在锅炉检验前使用除氧剂、阻垢剂等残留问题对锅炉压力容器造成损耗。通过采用腐蚀液质量分数为6％的FeCl3溶液，某奥氏体耐热合金在不同热处理状态下的应力腐蚀结果，如表1所示。由此可知，耐应力腐蚀材料可以有效避免在经历高温、高压情况下检验所必须的药剂清洁对锅炉压力容器造成的腐蚀问题。
断面收缩率测量材料腐蚀敏感性指数计算见式（1）：
式中：Is为腐蚀敏感指数；Ic为使用腐蚀液后的断面收缩率；Ii为在惰性环境中的断面收缩率。由式（1）可知，耐应力腐蚀材料能在高温、高压以及腐蚀性环境中保证锅炉的安全。
2耐应力腐蚀材料在锅炉压力容器检验中的设计
应力腐蚀开裂是金属材料在高腐蚀性介质的作用下发生腐蚀，会使金属材料发生开裂，严重时造成爆管等问题。因此，在锅炉检验中对于压力容器裂纹的检验需要重点关注。
在锅炉压力容器中使用耐应力腐蚀材料，可以避免在应力腐蚀的环境下压力容器的压力管道发生泄露问题。
目前的锅炉检验方法会对锅炉压力容器造成一定的损耗。水压实验检测会使压力容器内表面附着水，在检验结束后，极易导致压力容器的压力管道锈蚀[2-3]。压力容器本身处于高温、高压状态，一旦发生锈蚀，极易产生管道裂纹，影响锅炉使用安全。因而，水压实验检测会造成锅炉压力容器损伤。而使用耐应力腐蚀材料，即使是采取渗透检测方法，也可以有效避免因压力管道腐蚀等问题严重带来的困扰。普通金属本身在高温、高压等环境下带来的应力腐蚀中已经产生一定损伤，现行检测技术在检测之前需要对压力容器进行清洁，极易造成对压力容器的二次损伤。清洁需要用到除氧剂、阻垢剂，使用羟胺除氧剂，其除氧反应如式（1）：
根据式（2）可知，除氧剂虽然可以除氧、钝化金属，但是并不能完全除氧，且一旦有残留，所产生的化合物极大程度上会影响锅炉的使用效率与安全。而锅炉除垢主要是通过磷酸盐控制法，但使用磷酸盐（PO43-）会产生沉淀物，且沉淀物的残留将影响锅炉检测结果。
若检测中采取试剂等进行检测，在检测结束后，则还需再次对锅炉进行清洁，极易造成锅炉压力容器表面损伤。因此，为避免检验过程中以及检验前、后对锅炉压力容器的损耗，在锅炉压力容器中加装耐应力腐蚀材料，既是对锅炉压力容器的保护，也可以有效避免因检验对锅炉造成的损耗，从而节约化工厂的生产成本。
目前的锅炉压力容器检验方法的检测可能存在盲区。磁粉检测技术只适用于压力容器中的铁磁性材料，具有一定的局限性。而超声波检测技术对操作人员的技能有较高的要求，会增加化工厂的成本，且对于深部的缺陷难以及时发觉。采取X射线对耐应力腐蚀材料进行检验，X射线可以直接保留裂信息，明确裂纹形状，对裂纹进行精准定位，且无需增加成本，如图2所示。
3耐应力腐蚀材料在锅炉压力容器检验中的应用分析
3.1效果分析
据统计，化工厂锅炉因应力腐蚀产生的事故占比高达50％，为避免发生类似事故，某化工厂在锅炉压力容器压力管道中增加耐应力腐蚀材料后进行使用，锅炉压力容器在经历高温、高压以及应力腐蚀后，对锅炉进行检验，确保结果的可靠性。检验结果如表2所示，锅炉硬度、弯曲性能良好，压力容器也未因应力腐蚀产生损伤，极大程度保护了锅炉压力容器，延长了锅炉的使用寿命。
对此锅炉压力容器所增加的耐应力腐蚀材料经700℃高温后进行材料微观现象观察，其腐蚀后微观现象如图3所示。结果表明：在高温、高压环境下，无明显裂纹，且材料并未因应力腐蚀产生气孔以及其他现象。在高温应力腐蚀的苛刻条件下，材料结构未发生改变以及损耗。由此可知，采用耐应力腐蚀材料的压力容器，可以有效避免在锅炉检验中的应力腐蚀问题。
在锅炉检验方法的选择中，对比其他检验方法对裂缝进行检测时，计算检验结果调和均值F1[式（2）]时，可以更好地反映裂纹检测方法的综合性能。
式中：α为裂纹检测精确率，β为裂纹检测召回率。由式（3）可知，调和值F1越高，则反映裂纹的效果就更好。X射线检验耐应力腐蚀材料的F1数值为0.97，相对其他检测方法F1值较高，表明该检验方法对耐应力腐蚀材料的检验结果更加准确。
3.2经济分析
锅炉在长时间应力腐蚀后，会发生损坏，在锅炉压力容器中采用耐应力腐蚀材料，化工厂每年可以减少外检费用4 800元/台，压力容器使用5 a以上内检费用为产品价格的1％，即8 000元/台。压力容器因应力腐蚀，在一定期限后需要对压力容器进行更换。增加耐应力腐蚀材料，化工厂可以节约定期更换压力容器的费用8.5万元/台，每年合计可节省检查费用12 800元/台、更换压力容器的费用8.5万元/台。
4结论
1）在锅炉压力容器中增加耐应力腐蚀材料，可以避免在锅炉检验前、后以及检验过程中对锅炉压力容器造成损耗。
2）采用X射线对增加耐应力腐蚀材料的压力容器进行检测，且根据调和均值F1反映的数值可知，采用该检测方法的检测结果较为具体，且对操作人员的技术要求不高。
3）化工厂在锅炉压力容器中增加耐应力腐蚀材料，每年可以节省检查费用12 800元/台，更换压力容器的费用8.5万元/台。
参考文献
[1]孙健.锅炉检验中管道裂纹分析及改善[J].中国质量监督，2023（9）：90-91.
[2]杨乔.新型奥氏体耐热合金的应力腐蚀性能[J].材料保护，2018（51）：23-26.
[3]熊丽萍.蒸汽锅炉水处理剂的应用研究[J].云南化工，2020（47）：117-119.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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耐应力腐蚀材料在锅炉压力容器检验中的设计与应用分析论文
人参与 2024-10-24 10:38:26 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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