鍋爐檢驗中發(fā)現(xiàn)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(shè)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(chǎn)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(zhì)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(shè)備注冊代碼為11003402072016080002、設(shè)備產(chǎn)品編號為160024、設(shè)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(jiān)檢并出具了安裝監(jiān)檢報告（S2016GA011），使用至今剛滿三年。鍋爐出廠資料齊全，現(xiàn)場檢查時發(fā)現(xiàn)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(xiàn)場檢驗發(fā)現(xiàn)的問題

現(xiàn)場檢驗該鍋爐時發(fā)現(xiàn)該鍋爐回燃室內(nèi)84 根煙管中有46 根煙管管口出現(xiàn)縱向裂紋，如圖2 所示，出現(xiàn)裂紋的煙管占總煙管數(shù)幾近半數(shù)。其中部分裂紋已經(jīng)穿透焊縫向管板延伸，如圖3 所示。

圖2 煙管管口出現(xiàn)縱向裂紋情況

圖3 裂紋穿透焊縫向管板延伸情況

發(fā)現(xiàn)這種情況后馬上聯(lián)系使用單位的分管領(lǐng)導(dǎo)到達現(xiàn)場進行問題情況說明，該鍋爐不得繼續(xù)使用，停爐做進一步的檢驗檢測。現(xiàn)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(yè)機構(gòu)做硬度測試和金相分析。

2.3 煙管和管板樣品的選取

現(xiàn)場檢驗檢測發(fā)現(xiàn)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(fā)生裂紋的部位，最終選取一根前后均出現(xiàn)裂紋的煙管及與此煙管相接觸的并出現(xiàn)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(shù)服務(wù)（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(shù)值如圖7 所示。

圖7 送檢樣品的硬度測試數(shù)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(yīng)的抗拉強度為456 MPa。同理，根據(jù)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(yīng)的抗拉強度為493 MPa。查詢該鍋爐的設(shè)計圖紙（編號為：14005-1-0）看到煙管采用的是材質(zhì)為20 鋼，厚度為3.5 mm，直徑為63.5 mm 的螺紋鋼管。設(shè)計圖紙上看到該煙管執(zhí)行的標準為GB 3087-2008《低中壓鍋爐用無縫鋼管》，根據(jù)此標準表5 的規(guī)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(nèi)，但是整體水平處于下風(fēng)。

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(yīng)的抗拉強度為447 MPa。同理，根據(jù)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(yīng)的抗拉強度為483 MPa。查詢該鍋爐的設(shè)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(shè)計圖紙上看到該管板執(zhí)行的標準為GB 713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》，根據(jù)此標準表2 的規(guī)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(jīng)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(jīng)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(huán)境下，從圖8 和圖9 觀察，煙管前后端金相組織里已經(jīng)開始析出較多的滲碳體，且多呈現(xiàn)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(zhì)劣化，性能下降。從圖10 和圖11 觀察，在長期過熱的使用環(huán)境下管板金相組織里已經(jīng)大量析出滲碳體且相互之間串聯(lián)成線，造成管板材料抗拉強度大幅度下降，已經(jīng)不再滿足標準的要求。在現(xiàn)場實地檢驗檢測測量煙管管口超出管板長度時發(fā)現(xiàn)伸出量超標，過長的伸出量會產(chǎn)生過大的冷熱變形拘束力。該拘束力造成材質(zhì)劣化的煙管產(chǎn)生縱向的裂紋，時間一長該裂紋繼續(xù)發(fā)展穿透煙管和管板之間的焊縫，使與之相鄰的材質(zhì)劣化更加嚴重的管板也隨之產(chǎn)生裂紋。

綜合以上分析可知，長期的高溫使用環(huán)境是造成該鍋爐回燃室內(nèi)煙管中大面積煙管管口出現(xiàn)縱向裂紋并發(fā)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(shè)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(jié)束語

鍋爐作為承壓類特種設(shè)備中的一種，在上海局集團公司管轄范圍內(nèi)使用臺數(shù)較多，其危險性相對于上海局集團公司管內(nèi)的壓力容器和壓力管道等其他承壓類特種設(shè)備的危險性要大得多。今后上海局集團公司管內(nèi)各鍋爐使用單位的特種設(shè)備管理人員應(yīng)加強鍋爐的使用監(jiān)管和日常的維護保養(yǎng)工作，保障鍋爐的安全穩(wěn)定運行，這也是維持良好的設(shè)備運行環(huán)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(nèi)的各鍋爐使用單位及其特種設(shè)備管理人員和操作人員起到參考和借鑒的作用。