居建龍，張 明

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院蘇州分院，江蘇 蘇州 215128

球罐儲(chǔ)藏量大，鋼材消耗量較小、占地面積較小，基礎(chǔ)工程簡(jiǎn)單。廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金等部門，用來作為液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氨、液氮及其他介質(zhì)的儲(chǔ)存。球罐的質(zhì)量既關(guān)系企業(yè)生產(chǎn)，又關(guān)系人身安全。一旦發(fā)生事故將是災(zāi)難性的，給企業(yè)和國(guó)家?guī)砭薮蟮呢?cái)產(chǎn)損失。因此，必須按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定認(rèn)真開展球罐的定期檢驗(yàn)和缺陷修復(fù)、評(píng)定工作， 確保企業(yè)安全生產(chǎn)。本文通過對(duì)一例液化石油氣球罐全面檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行了原因分析，提出了預(yù)防措施，確保了該液化石油氣球罐的安全運(yùn)行。

1 球罐概況簡(jiǎn)介

某燃?xì)夤竟庹緝?nèi) 1 臺(tái)1000m3液化石油氣球罐于1996 年4月投入運(yùn)行。2009年 12 月對(duì)這臺(tái)球罐進(jìn)行第三次全面檢驗(yàn)，球罐各項(xiàng)主要技術(shù)參數(shù)如下所示。

2 球罐全面檢驗(yàn)

在了解球罐的使用情況和審查相關(guān)資料的基礎(chǔ)上， 依據(jù)《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》、《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》以及現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件、設(shè)計(jì)圖樣制訂檢驗(yàn)方案。主要檢驗(yàn)項(xiàng)目為宏觀檢查、 壁厚測(cè)定、 無損檢測(cè)、 硬度測(cè)定、 安全附件檢查、 耐壓試驗(yàn)等。

2.1 宏觀檢查

制作檢驗(yàn)樣板對(duì)成型尺寸進(jìn)行檢查：錯(cuò)邊量3mm～6mm。棱角度4m～7.5m；焊縫咬邊超標(biāo)；焊縫成型不良，余高最高達(dá)6mm，焊縫過渡不圓滑。

2.2 超聲波測(cè)厚檢查

該球罐原設(shè)計(jì)壁厚38mm，實(shí)測(cè)最大厚度39.2mm，最小厚度36.4mm。

2.3 無損檢測(cè)

1）表面磁粉探傷檢查

對(duì)對(duì)接焊縫內(nèi)外表面及熱影響區(qū)進(jìn)行100%磁粉探傷檢查，內(nèi)外表面共發(fā)現(xiàn)裂紋45處，大部分分布在內(nèi)表面下極板與赤道帶環(huán)向焊縫下熔合線處，最長(zhǎng)50mm，最短4mm。如圖1所示。

2）滲透探傷

對(duì)球罐的人孔和接管的角焊縫以及支柱角焊縫進(jìn)行 100%滲透探傷檢測(cè)， 均未發(fā)現(xiàn)缺陷。

3）超聲波探傷

對(duì)對(duì)接焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷檢測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)缺陷。（探測(cè)面為外表面）

圖1

2.4 硬度測(cè)定

焊道硬度 HB180-214；

熱影響區(qū) HB167-215；

母 材 HB143-185 ；

裂紋處HB185-215；

由此可見，裂紋處、焊道及熱影響區(qū)硬度局部偏高。

2.5 安全附件檢查

球罐的安全閥、壓力表均在校驗(yàn)有效期內(nèi)，緊急切斷閥、溫度計(jì)以及液位計(jì)， 均能符合相關(guān)規(guī)程要求。

3 缺陷處理

宏觀檢查中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)邊量和棱角度超標(biāo)部位，屬于原始制造缺陷。多年的使用經(jīng)驗(yàn)證明，在此處無其他缺陷的情況下，保留原始狀態(tài)。依據(jù) 《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》對(duì)所有裂紋進(jìn)行打磨消除，打磨后遺留下的凹坑就成了球罐的新缺陷。裂紋打磨后形成凹坑的深度如果在壁厚余量范圍內(nèi)，則該凹坑允許存在。否則，將凹坑按其外接矩形規(guī)則化為長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、短軸長(zhǎng)度及深度分別為2A （mm）、2B（mm）及C（mm）的半橢球形凹坑，計(jì)算無量綱參數(shù)Co，如果Co＜0.10，則該凹坑在允許范圍內(nèi)。否則，進(jìn)行補(bǔ)焊，經(jīng)過補(bǔ)焊合格后方可安全使用。

4 裂紋產(chǎn)生的原因

從裂紋產(chǎn)生的位置、 大小、 硬度測(cè)試值以及球罐使用情況分析看，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的主要原因是應(yīng)力腐蝕。

4.1 安裝方面的原因

宏觀檢查中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)邊量和棱角度超標(biāo)部位，由于結(jié)構(gòu)的不連續(xù)，在此會(huì)產(chǎn)生很大的集中應(yīng)力。球罐在野外安裝，受天氣影響大，焊接多采用手工焊，環(huán)境十分惡劣，加之設(shè)備大熱處理較不均勻等因素，焊接接頭可能產(chǎn)生晶粒粗大.而這種致密性和塑性較差的焊縫區(qū)以及淬硬性較強(qiáng)的熔合區(qū)在一定載荷下便會(huì)產(chǎn)生微裂紋，這種微裂紋雖然不足以使焊接接頭失效，但日積月累，并在高載荷（如高溫，耐壓試驗(yàn)）作用下就有擴(kuò)展開裂的危險(xiǎn).

4.2 使用方面的原因

根據(jù)使用單位提供的資料發(fā)現(xiàn)，該罐中的液化石油氣來源于不同的廠家， 所以很難保證水分和 H2S 含量控制在合理范圍內(nèi)。從大量的實(shí)驗(yàn)證明：在20℃左右，H2S對(duì)鋼材最敏感，事實(shí)上，在用球罐的運(yùn)行溫度正在此區(qū)域。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)證明，H2S含量在5000mg/m3以上就可發(fā)生H2S的應(yīng)力腐蝕，因此H2S含量越高，在拉應(yīng)力的作用下腐蝕就越快，該罐的H2S含量偏高，又為應(yīng)力腐蝕創(chuàng)造了一個(gè)必要條件。

4.3 應(yīng)力腐蝕

運(yùn)行介質(zhì)中具備了H2S的應(yīng)力腐蝕環(huán)境。我們知道，應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生必須同時(shí)具備3個(gè)條件，一是拉應(yīng)力；二是腐蝕介質(zhì)；三是敏感的金屬。一旦發(fā)生應(yīng)力腐蝕并產(chǎn)生較長(zhǎng)的裂紋，由于裂紋尖端部位應(yīng)力集中以及滲入裂紋內(nèi)部吸附物質(zhì)的鍥入作用，繼續(xù)在介質(zhì)中腐蝕，促使裂紋的擴(kuò)展，直到材料斷裂為止。可想而知，應(yīng)力腐蝕一旦發(fā)生，腐蝕速度是相當(dāng)快的，而這臺(tái)球罐正好為應(yīng)力腐蝕創(chuàng)造了條件。加上運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)造成裂紋的擴(kuò)展快，范圍大，在內(nèi)表面下極板與赤道帶環(huán)向焊縫下熔合線處出現(xiàn)多處裂紋，主裂紋平直為穿晶裂紋，個(gè)別部位有裂紋分枝，為穿晶沉晶混合型裂紋，內(nèi)部均充滿腐蝕產(chǎn)物，顏色為灰黑相間16MnR 低合金高強(qiáng)度鋼、H2S 含量超標(biāo)的介質(zhì)和高硬度、高應(yīng)力的環(huán)境足以引起 H2S的應(yīng)力腐蝕裂紋。因此，認(rèn)為該球罐裂紋是以應(yīng)力腐蝕為誘因的脆性斷裂。

5 預(yù)防措施

1）降低H2S對(duì)焊接接頭的侵蝕.使用單位應(yīng)盡量避免劣質(zhì)低價(jià)的液化石油進(jìn)入球罐， 內(nèi)表面加涂層（采用熱噴涂鋁和環(huán)氧樹脂）、嚴(yán)格控制水分和 H2S 的含量等措施， 可以有效地預(yù)防應(yīng)力腐蝕破裂；

2）磨平焊縫，把球罐內(nèi)表面焊縫余高磨平，使表面光滑平整，不僅仍能保證其強(qiáng)度而且釋放一大部分峰值應(yīng)力；

3）補(bǔ)焊要特別注意，小裂紋以打磨為主，并以表面無損檢測(cè)確認(rèn)裂紋已清除；確要補(bǔ)焊需嚴(yán)格的工藝措施和必要的局部熱處理，并且以無損檢測(cè)來保證補(bǔ)焊質(zhì)量；

4）企業(yè)在球罐的繼續(xù)使用過程中， 盡量降低球罐的操作壓力， 減少壓力波動(dòng)， 加強(qiáng)在線檢驗(yàn)。

[1]李景辰，馮鋏中，沈行道，等.壓力容器基礎(chǔ)知識(shí).

[2]TSGR7001-2004 壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則.

[3]GB/T19624-2004 在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定.