马凌波，李凯旋
新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院新疆乌鲁木齐830011
摘要：介绍了锅炉在工作中容易产生的四种缺陷：腐蚀、裂纹、变形和磨损，分析了多种无损检测技术在实际应用中的优点和缺点，以便根据实际情况选择合适的检测方法。
关键词：锅炉；缺陷；无损检测
引言
作为一种能量转换装置，锅炉在日常生活和国民经济中具有非常重要的地位。它已广泛应用于发电、机械、食品加工、采矿、供暖、石油、保温和纺织等行业。锅炉需要消耗大量的燃料，目前，锅炉一般选取煤、石油、生物质和天然气等为燃料，其中生物质材料作为世界的第四大能源，是一种低污染的可再生能源。锅炉往往需要长时间的连续运行，在工作中接触腐蚀性介质和承受较高的温度及压力，导致其存在着失效、爆炸的风险。一旦发生爆炸，后果不堪设想，因此必须要了解锅炉的常见缺陷，从而尽量减少缺陷的产生。
1.锅炉中的常见缺陷
1.1腐蚀
在日常工作中，腐蚀是锅炉最常见的一种缺陷。从腐蚀机理来说，可以划分为电化学腐蚀和化学腐蚀两种；从腐蚀环境来说，可分为大气腐蚀、氧腐蚀和烟气腐蚀等；而根据腐蚀破坏的形式来说，可分为局部腐蚀和均匀腐蚀。一般来说，局部腐蚀的腐蚀速度较快，且难以及时发现，常导致设备发生重大的安全事故。锅炉在日常生产中，往往同时受到多种腐蚀因素的影响。例如，省煤器的腐蚀速率与温度、硫酸浓度和煤灰冲刷等因素有关，导致其管材内外表面遭受不同的腐蚀破坏形式。此外，为了节省开支，可以选择较为便宜的锅炉燃料；然而，较便宜的燃料往往具有更高的腐蚀性。有趣的是，燃料不仅可以影响当前锅炉的腐蚀速率，而且还能留下一定腐蚀记忆从而对锅炉下一次运行时的腐蚀速率产生影响。
1.2裂纹
锅炉承压部件裂纹根据来源一般可分为：焊接裂纹、疲劳裂纹、腐蚀裂纹、过载裂纹、蠕变裂纹和原材料裂纹等。锅炉在运行过程中产生的裂纹，其分布、大小和形貌并不相同，且绝大部分的裂纹需要借助仪器设备才能检测出来。一旦发现锅炉中出现了裂纹，就需要立即停止使用该设备，并汇报上级处理。断裂力学理论可以分析材料的裂纹在不同加载条件下的扩展变化。针对已存在裂纹的构件，可以通过建立合适的断裂准则来评估构件的使用寿命。以现场采集的数据为基础，计算了锅炉汽包裂纹的临时尺寸，并预测了不同长度裂纹的年扩展量，从而为汽包的安全运行提供一定的指导。
1.3变形
锅炉中常见的变形主要包括：蠕变变粗、筒体鼓包或膨胀、管板鼓起和受外压部件的扁瘪或内陷等。有限元法可以用来模拟多种因素对锅炉部件变形的影响，能为锅炉的设计和安全运行提出合理建议。水冷壁管在高温高压条件下长期工作，是锅炉中比较容易发生故障的薄弱之处。因此，针对Ｗ型火焰锅炉水冷壁管存在大面积变形的情况，建立水冷壁三维有限元模型，通过合理简化模型和边界条件，进行了温度场、热应力和热屈曲分析，发现水冷壁结垢是造成膨胀变形的最主要原因。基于板粱结合和实体建模法建立有限元模型，研究发现风载对秸秆锅炉变形的影响较小，而锅炉自重、锅桶热膨胀位移和吊挂件重量是引起锅炉变形的主要因素。
1.4磨损
一般来说，受热面由于承受烟气重刷很难完全避免均匀磨损，但可以通过一定的方法来预防。局部磨损经常发生在局部烟气流速较高的部位。影响锅炉磨损的因素主要包括以下几种：结构设计不合理、燃料特性、烟气速度、冲刷角度、受热面温度和磨损时间等。由于锅炉易受磨损，许多科研工作者探讨了磨损机理并预测了磨损可能存在的部位。建立水冷壁颗粒系数两相磨损模型，并基于气固流动特性的计算结果，系统分析了防磨粱对水冷壁磨损分布特性的影响。
2.锅炉中的无损检测技术
2.1射线检测
射线检测主要用来检测锅炉中焊接接头的内部缺陷，如气孔、未焊透和裂纹等。用于无损检测的射线包括Ｘ射线、高能射线和γ射线等，其中Ｘ射线最为常用。射线检测适合检测厚度比较薄的构件和对接焊缝，它能较为直观地反映缺陷的大小、位置、性质和形状，并且因为有底片，可以长期保存结果。对于体积类缺陷（如缩孔），由于在Ｘ射线透照方向的厚度差较为明显，因此检出率比较高；而对于面积型缺陷（如裂纹），只有当射线照射方向与裂纹方向平行时，才能准确检验出来。由于射线检测成本高、检测速度慢，且在检测过程中需要接近构件的两面，因而在实际应用中会受到一定的限制。此外，射线对人体有害，在检测过程中需要做好注意安全防护措施。
2.2超声波检测
超声波检测适用范围较广，其是基于超声波直线传播的原理来完成对锅炉部件的检测。用于检测的超声波频率一般为0.4MHz～25MHz，其中1MHz～5MHz频率被广泛使用。与射线检测相反，超声波检测在检测过程中无法得到视觉图像，其适合检测厚度较大的构件且对面积缺陷的检出率较高。超声波检测具有速度快、价格低、检验效率高、重量轻、方便携带及对人体无危害等优点。然而，构件的外形、晶粒度、表面粗糙度及材质会对检测的可靠性产生影响。
2.3磁粉检测
磁粉检测适合对铁磁性材料表面或者近表面的缺陷进行检验。在锅炉中大多采用铁磁性材料，且许多潜在性失效（如疲劳裂纹）的产生和发展都是从构件表面开始的，因此适合将磁粉检测技术应用于锅炉的日常检测中。磁粉检测具有工艺简单、检测灵敏度高、成本较低和检测速度快的优点；但由于检测深度1mm～2mm之间，因此只可以确定缺陷的形状、大小和位置，难以确定缺陷的高度。
2.4渗透检测
渗透检测通常用来检测具有表面开口缺陷的构件（不包括疏松多孔类材料），即使是形状比较复杂的缺陷，也可仅通过一次操作就基本完成全面检测。渗透检测的设备简单，易于操作，但存在检测耗费时间长、检测灵敏度较低、部分试剂价格较贵和有毒的问题。根据渗透剂的染料成分，一般可分为着色法、荧光法和荧光着色法这三类；而根据显像剂类型，可分为湿式显像和干式显像这两种。在使用过程中，要根据构件的情况、检测量、水源和电源等条件来选择合适的渗透探伤方法。如：在不方便寻找水源和电源的环境中，可以选择溶剂去除型着色法。
2.5声发射检测
一般来说，动态的缺陷是锅炉安全隐患的主要原因。然而传统的无损检测（如磁粉检测）只能检测静态缺陷。声发射技术不需要逐一扫描锅炉的缺陷部位，只需要几个固定的传感器就能完成部件的检测。基于声发射技术，可以获得在受力情况下锅炉部件缺陷的产生、运动和发展情况，从而提供缺陷随时间、温度和压力等变量而变化的实时信息。声发射检测技术灵敏度高，不受材料限制，可实现在线检测。然而声发射检测存在以下问题：①检测的设备较为昂贵；②对天气环境要求较高；③不能定性的分析缺陷。因此，声发射检测技术需要与其他检测技术相配合，以便更好地掌握部件缺陷的详细信息。
结语
锅炉在日常生活和国民经济中有着非常重要的地位，已广泛应用于发电、机械、食品加工、采矿、供暖、石油、保温和纺织等行业。锅炉是一种密闭的容器，工作环境比较恶劣，容易产生腐蚀、裂纹、变形和磨损等缺陷，因此需要及时发现缺陷，防止锅炉破损。无损检测技术能及时发现锅炉中存在的问题，避免事故的发生。
参考文献
[1]李琰，鲁金涛，杨珍，等．燃煤锅炉烟气侧高温腐蚀研究进展[J]．腐蚀科学与防护技术，2016，28（2）：167-172．
[2]胡传顺，杨锦伟，梁会军，等．余热锅炉省煤器管腐蚀原因分析[J]．腐蚀科学与防护技术，2005，17（5）：366-368．