鍋爐檢驗中發現問題分析及整改措施

姜穎華 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 設備概況

該鍋爐如圖1 所示型號為WNS6-1.25-YQ 是由杭州富藍鍋爐容器有限公司于2016 年05 月生產制造。它的額定壓力為1.25 MPa、額定出力為6 t/h、出口溫度為193.3℃、燃料種類為天然氣，工作介質為水和蒸汽，鍋爐水處理形式為鍋外。該鍋爐已辦理使用注冊登記，設備注冊代碼為11003402072016080002、設備產品編號為160024、設備使用證號為鍋皖B70307。

圖1 鍋爐（2 號爐）

2 檢驗檢測過程

2.1 鍋爐資料審查

該鍋爐2016 年8 月5 日由杭州藍天鍋爐制造有限公司安裝工程隊開始安裝（安裝許可證編號：TS3133003-2020），2016 年8 月5 日到 2016 年 9 月 22 日進行了安裝監檢并出具了安裝監檢報告（S2016GA011），使用至今剛滿三年。鍋爐出廠資料齊全，現場檢查時發現該鍋爐銘牌清晰可見、安全閥和壓力表校驗報告完整無缺。

2.2 鍋爐現場檢驗發現的問題

現場檢驗該鍋爐時發現該鍋爐回燃室內84 根煙管中有46 根煙管管口出現縱向裂紋，如圖2 所示，出現裂紋的煙管占總煙管數幾近半數。其中部分裂紋已經穿透焊縫向管板延伸，如圖3 所示。

圖2 煙管管口出現縱向裂紋情況

圖3 裂紋穿透焊縫向管板延伸情況

發現這種情況后馬上聯系使用單位的分管領導到達現場進行問題情況說明，該鍋爐不得繼續使用，停爐做進一步的檢驗檢測。現場情況交底會后使用單位也高度重視此問題，同意進一步檢驗檢測，按照要求割取樣品送專業機構做硬度測試和金相分析。

2.3 煙管和管板樣品的選取

現場檢驗檢測發現鍋爐前后煙管和管板均有裂紋，所以在樣品的割取上要前后均覆蓋。樣品的割取部位選擇要具有典型性，必須是發生裂紋的部位，最終選取一根前后均出現裂紋的煙管及與此煙管相接觸的并出現裂紋穿透焊縫延伸到管板的前后管板割取樣品。煙管割取的樣品如圖4 所示，前后管板割取的樣品如圖5 和圖6 所示。

圖4 割取的煙管前端部位和后端部位樣品

圖5 割取的前管板樣品

圖6 割取的后管板樣品

2.4 硬度測試

使用單位將割取的樣品送通用標準技術服務（上海）有限公司做硬度測試。該公司出具的測試報告（報告編號：SHIN1909063875ML_CN）上測試的硬度數值如圖7 所示。

圖7 送檢樣品的硬度測試數值

從圖7 可以看出，該公司對煙管樣品硬度測試采用的是維氏硬度在測試力為0.1 千克力即0.9807 N 條件下測量出來的硬度值。觀察煙管的前后端樣品所測的6 個硬度值，最低值為142，最高值為156。參照《抗拉強度和維氏硬度對照表》，以140 維氏硬度對照抗拉強度為450 MPa 和145 維氏硬度對照抗拉強度為465 MPa 為范圍，采用插值法計算出維氏硬度142 對應的抗拉強度為456 MPa。同理，根據以155 維氏硬度對照抗拉強度為490 MPa 和160 維氏硬度對照抗拉強度為510 MPa 為范圍，采用插值法計算出維氏硬度156 對應的抗拉強度為493 MPa。查詢該鍋爐的設計圖紙（編號為：14005-1-0）看到煙管采用的是材質為20 鋼，厚度為3.5 mm，直徑為63.5 mm 的螺紋鋼管。設計圖紙上看到該煙管執行的標準為GB 3087-2008《低中壓鍋爐用無縫鋼管》，根據此標準表5 的規定可以看到20 鋼的標準抗拉強度為410 MPa 到550 MPa之間。該煙管的實測抗拉強度值雖然處于要求范圍內，但是整體水平處于下風。

另外從圖7 看出，該公司對管板樣品硬度測試采用的是維氏硬度在測試力為0.3 千克力即2.942 N 條件下測量出來的硬度值。觀察前后管板兩個樣品所測的6 個硬度值，最低值為139，最高值為151。參照《抗拉強度和維氏硬度對照表》，以135 維氏硬度對照抗拉強度為430 MPa 和140 維氏硬度對照抗拉強度為450 MPa 為范圍，采用插值法計算出維氏硬度139 對應的抗拉強度為447 MPa。同理，根據以150 維氏硬度對照抗拉強度為480 MPa 和155 維氏硬度對照抗拉強度為490 MPa 為范圍，采用插值法計算出維氏硬度151 對應的抗拉強度為483 MPa。查詢該鍋爐的設計圖紙（編號為：14005-1-0）看到管板采用的是厚度為14 mm 的Q345R 鋼板。設計圖紙上看到該管板執行的標準為GB 713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》，根據此標準表2 的規定可以看到厚度為14 mm的Q345R 鋼板的標準抗拉強度為510 MPa 到640 MPa 之間。該鍋爐的管板抗拉強度大幅度下降，已經無法滿足GB 713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》的要求。

2.5 金相分析

該公司按照GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗方法》的要求采用3%硝酸酒精溶液浸蝕從使用單位提供的割取樣品上經過鑲嵌清潔打磨拋光后采集到的金相樣品，在顯微鏡下放大200 倍觀察金相組織形貌得到4 個樣品的金相組織均為鐵素體和珠光體。如圖8、圖9、圖10、圖11 所示。

圖8 煙管前端金相組織

圖9 煙管后端金相組織

圖10 前管板金相組織

圖11 后管板金相組織

使用單位鍋爐煙管和管板長期處于高溫過熱環境下，從圖8 和圖9 觀察，煙管前后端金相組織里已經開始析出較多的滲碳體，且多呈現三角狀等尖銳形狀，從而材料的抗拉強度值下降造成煙管材質劣化，性能下降。從圖10 和圖11 觀察，在長期過熱的使用環境下管板金相組織里已經大量析出滲碳體且相互之間串聯成線，造成管板材料抗拉強度大幅度下降，已經不再滿足標準的要求。在現場實地檢驗檢測測量煙管管口超出管板長度時發現伸出量超標，過長的伸出量會產生過大的冷熱變形拘束力。該拘束力造成材質劣化的煙管產生縱向的裂紋，時間一長該裂紋繼續發展穿透煙管和管板之間的焊縫，使與之相鄰的材質劣化更加嚴重的管板也隨之產生裂紋。

綜合以上分析可知，長期的高溫使用環境是造成該鍋爐回燃室內煙管中大面積煙管管口出現縱向裂紋并發生穿透焊縫向管板延伸情況的罪魁禍首。

3 檢查意見及整改措施

（1）出具《特種設備（承壓類）定期檢驗意見通知書2》，該鍋爐停止運行；

（2）該鍋爐已不具備維修使用價值，建議使用單位將其報廢更新。

4 結束語

鍋爐作為承壓類特種設備中的一種，在上海局集團公司管轄范圍內使用臺數較多，其危險性相對于上海局集團公司管內的壓力容器和壓力管道等其他承壓類特種設備的危險性要大得多。今后上海局集團公司管內各鍋爐使用單位的特種設備管理人員應加強鍋爐的使用監管和日常的維護保養工作，保障鍋爐的安全穩定運行，這也是維持良好的設備運行環境和鐵路總體安全的一個不可或缺的重要方面。希望本文能對上海局集團公司管內的各鍋爐使用單位及其特種設備管理人員和操作人員起到參考和借鑒的作用。