锅炉检验中发现问题分析及整改措施

姜颖华 中国铁路上海局集团有限公司科研所

1 设备概况

该锅炉如图1 所示型号为WNS6-1.25-YQ 是由杭州富蓝锅炉容器有限公司于2016 年05 月生产制造。它的额定压力为1.25 MPa、额定出力为6 t/h、出口温度为193.3℃、燃料种类为天然气，工作介质为水和蒸汽，锅炉水处理形式为锅外。该锅炉已办理使用注册登记，设备注册代码为11003402072016080002、设备产品编号为160024、设备使用证号为锅皖B70307。

图1 锅炉（2 号炉）

2 检验检测过程

2.1 锅炉资料审查

该锅炉2016 年8 月5 日由杭州蓝天锅炉制造有限公司安装工程队开始安装（安装许可证编号：TS3133003-2020），2016 年8 月5 日到 2016 年 9 月 22 日进行了安装监检并出具了安装监检报告（S2016GA011），使用至今刚满三年。锅炉出厂资料齐全，现场检查时发现该锅炉铭牌清晰可见、安全阀和压力表校验报告完整无缺。

2.2 锅炉现场检验发现的问题

现场检验该锅炉时发现该锅炉回燃室内84 根烟管中有46 根烟管管口出现纵向裂纹，如图2 所示，出现裂纹的烟管占总烟管数几近半数。其中部分裂纹已经穿透焊缝向管板延伸，如图3 所示。

图2 烟管管口出现纵向裂纹情况

图3 裂纹穿透焊缝向管板延伸情况

发现这种情况后马上联系使用单位的分管领导到达现场进行问题情况说明，该锅炉不得继续使用，停炉做进一步的检验检测。现场情况交底会后使用单位也高度重视此问题，同意进一步检验检测，按照要求割取样品送专业机构做硬度测试和金相分析。

2.3 烟管和管板样品的选取

现场检验检测发现锅炉前后烟管和管板均有裂纹，所以在样品的割取上要前后均覆盖。样品的割取部位选择要具有典型性，必须是发生裂纹的部位，最终选取一根前后均出现裂纹的烟管及与此烟管相接触的并出现裂纹穿透焊缝延伸到管板的前后管板割取样品。烟管割取的样品如图4 所示，前后管板割取的样品如图5 和图6 所示。

图4 割取的烟管前端部位和后端部位样品

图5 割取的前管板样品

图6 割取的后管板样品

2.4 硬度测试

使用单位将割取的样品送通用标准技术服务（上海）有限公司做硬度测试。该公司出具的测试报告（报告编号：SHIN1909063875ML_CN）上测试的硬度数值如图7 所示。

图7 送检样品的硬度测试数值

从图7 可以看出，该公司对烟管样品硬度测试采用的是维氏硬度在测试力为0.1 千克力即0.9807 N 条件下测量出来的硬度值。观察烟管的前后端样品所测的6 个硬度值，最低值为142，最高值为156。参照《抗拉强度和维氏硬度对照表》，以140 维氏硬度对照抗拉强度为450 MPa 和145 维氏硬度对照抗拉强度为465 MPa 为范围，采用插值法计算出维氏硬度142 对应的抗拉强度为456 MPa。同理，根据以155 维氏硬度对照抗拉强度为490 MPa 和160 维氏硬度对照抗拉强度为510 MPa 为范围，采用插值法计算出维氏硬度156 对应的抗拉强度为493 MPa。查询该锅炉的设计图纸（编号为：14005-1-0）看到烟管采用的是材质为20 钢，厚度为3.5 mm，直径为63.5 mm 的螺纹钢管。设计图纸上看到该烟管执行的标准为GB 3087-2008《低中压锅炉用无缝钢管》，根据此标准表5 的规定可以看到20 钢的标准抗拉强度为410 MPa 到550 MPa之间。该烟管的实测抗拉强度值虽然处于要求范围内，但是整体水平处于下风。

另外从图7 看出，该公司对管板样品硬度测试采用的是维氏硬度在测试力为0.3 千克力即2.942 N 条件下测量出来的硬度值。观察前后管板两个样品所测的6 个硬度值，最低值为139，最高值为151。参照《抗拉强度和维氏硬度对照表》，以135 维氏硬度对照抗拉强度为430 MPa 和140 维氏硬度对照抗拉强度为450 MPa 为范围，采用插值法计算出维氏硬度139 对应的抗拉强度为447 MPa。同理，根据以150 维氏硬度对照抗拉强度为480 MPa 和155 维氏硬度对照抗拉强度为490 MPa 为范围，采用插值法计算出维氏硬度151 对应的抗拉强度为483 MPa。查询该锅炉的设计图纸（编号为：14005-1-0）看到管板采用的是厚度为14 mm 的Q345R 钢板。设计图纸上看到该管板执行的标准为GB 713-2014《锅炉和压力容器用钢板》，根据此标准表2 的规定可以看到厚度为14 mm的Q345R 钢板的标准抗拉强度为510 MPa 到640 MPa 之间。该锅炉的管板抗拉强度大幅度下降，已经无法满足GB 713-2014《锅炉和压力容器用钢板》的要求。

2.5 金相分析

该公司按照GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》的要求采用3%硝酸酒精溶液浸蚀从使用单位提供的割取样品上经过镶嵌清洁打磨抛光后采集到的金相样品，在显微镜下放大200 倍观察金相组织形貌得到4 个样品的金相组织均为铁素体和珠光体。如图8、图9、图10、图11 所示。

图8 烟管前端金相组织

图9 烟管后端金相组织

图10 前管板金相组织

图11 后管板金相组织

使用单位锅炉烟管和管板长期处于高温过热环境下，从图8 和图9 观察，烟管前后端金相组织里已经开始析出较多的渗碳体，且多呈现三角状等尖锐形状，从而材料的抗拉强度值下降造成烟管材质劣化，性能下降。从图10 和图11 观察，在长期过热的使用环境下管板金相组织里已经大量析出渗碳体且相互之间串联成线，造成管板材料抗拉强度大幅度下降，已经不再满足标准的要求。在现场实地检验检测测量烟管管口超出管板长度时发现伸出量超标，过长的伸出量会产生过大的冷热变形拘束力。该拘束力造成材质劣化的烟管产生纵向的裂纹，时间一长该裂纹继续发展穿透烟管和管板之间的焊缝，使与之相邻的材质劣化更加严重的管板也随之产生裂纹。

综合以上分析可知，长期的高温使用环境是造成该锅炉回燃室内烟管中大面积烟管管口出现纵向裂纹并发生穿透焊缝向管板延伸情况的罪魁祸首。

3 检查意见及整改措施

（1）出具《特种设备（承压类）定期检验意见通知书2》，该锅炉停止运行；

（2）该锅炉已不具备维修使用价值，建议使用单位将其报废更新。

4 结束语

锅炉作为承压类特种设备中的一种，在上海局集团公司管辖范围内使用台数较多，其危险性相对于上海局集团公司管内的压力容器和压力管道等其他承压类特种设备的危险性要大得多。今后上海局集团公司管内各锅炉使用单位的特种设备管理人员应加强锅炉的使用监管和日常的维护保养工作，保障锅炉的安全稳定运行，这也是维持良好的设备运行环境和铁路总体安全的一个不可或缺的重要方面。希望本文能对上海局集团公司管内的各锅炉使用单位及其特种设备管理人员和操作人员起到参考和借鉴的作用。