液氨儲罐壓力容器設(shè)計

儲罐里面的液氨是經(jīng)過加壓或降溫轉(zhuǎn)化而成的液化氣，它的操作壓力就是大氣溫度下的飽和蒸氣壓。操作溫度和操作壓力隨氣候變化而波動。根椐《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，無保溫或保冷措施的液氨常溫儲罐，設(shè)計溫度取50℃，設(shè)計壓力取液氨在50℃時的飽和蒸氣壓力。多年來對液氨儲罐的設(shè)計回訪發(fā)現(xiàn)，這類儲罐很少發(fā)生強度破壞，大多數(shù)是由腐蝕裂紋引起的腐蝕破壞。根據(jù)多年實踐，材料強度越高，發(fā)生應(yīng)力腐蝕的可能性越大，在綜合考慮操作壓力、殘余應(yīng)力以及安全性和經(jīng)濟性的情況下，應(yīng)盡可能選用強度較低的鋼材，如Q235—B雖然強度低，但其材料本身的雜質(zhì)含量及特性、應(yīng)力大小等因素都不適合液氨這種介質(zhì)，故一般常選用Q245R、Q345R材料，且為正火板，主要是為了防止氨應(yīng)力腐蝕。對導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕的液氨儲罐，其所用鋼板還應(yīng)逐張進(jìn)行超聲波檢測，符合JB/T4730.3—2005《承壓設(shè)備無損檢測》第3部分：超聲檢測中的II級為合格。GB150—1998《鋼制壓力容器》規(guī)定，有應(yīng)力腐蝕的容器應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。應(yīng)力腐蝕裂紋是指腐蝕介質(zhì)和拉伸應(yīng)力共同作用而發(fā)生的延遲破壞現(xiàn)象。

液氨儲罐在卷制、焊接、接管開孔等制作過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力疊加，成為應(yīng)力腐蝕的力學(xué)條件，根椐HG20581—1998《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》可知液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境為同時具備下列兩項條件：①介質(zhì)為液態(tài)氨，含水量不高（≤0.2%）且有可能受空氣（O2或CO2）污染的場合；②使用溫度高于—5℃?？諝庵械腛2、CO2都會促進(jìn)液氨對罐壁材料的腐蝕。不論是氣相或液相中，氨、O2與碳鋼或低合金鋼組成了應(yīng)力腐蝕環(huán)境，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。在含O2的液氨中，鋼表面吸附O2形成氧膜，這時腐蝕電位保持在正值，當(dāng)材料受拉力產(chǎn)生應(yīng)變后，膜被破壞，暴露出來的新鮮表面與有氧膜的金屬表面組成微電池，產(chǎn)生快速溶解。而空氣中的CO2則會導(dǎo)致全面腐蝕，其腐蝕機理為：

通過對各類液氨儲罐的開罐檢查發(fā)現(xiàn)，儲罐內(nèi)表面焊縫區(qū)的腐蝕裂紋比較嚴(yán)重，且多數(shù)出現(xiàn)在環(huán)焊縫上，裂紋斷口沒有塑性變形，呈現(xiàn)出典型的脆性裂紋特征。裂紋多數(shù)為淺而長的表面裂紋，且有明顯的分支，主干裂紋與焊縫方向垂直，尤其在手工電弧焊的引弧處和收弧處、T型接頭處及封頭環(huán)縫與筒體縱焊縫交叉部位，裂紋更嚴(yán)重。磁粉檢測發(fā)現(xiàn)，焊縫裂紋呈樹枝狀，主干裂紋多呈線性，分支較短，端部較尖銳，根部稍寬。應(yīng)力腐蝕裂紋是造成液氨儲罐破壞的主要原因，而焊后熱處理是防止應(yīng)力腐蝕裂紋的好辦法。

液氨儲罐壓力容器安全技術(shù)措施

液氨儲罐應(yīng)裝設(shè)安全閥、壓力表、溫度計等安全附件，且安全附件的選用及安裝應(yīng)符合《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。采用合理的結(jié)構(gòu)和焊接工藝。結(jié)構(gòu)上應(yīng)避免焊縫過多、過于集中，焊縫不對稱、焊縫交叉和焊接順序不合理等造成的應(yīng)力集中。制造時應(yīng)避免強力組焊，防止咬邊、錯邊等缺陷，保證與介質(zhì)接觸的表面盡量光滑。對投入使用前的新儲罐，應(yīng)徹底清除里面的空氣；在充裝排料及檢修等過程中，采取一定的措施避免帶進(jìn)任何空氣。對大型儲罐應(yīng)連續(xù)冷凝氨蒸氣，而不凝氣體大部分是空氣，應(yīng)將其排出。對較小的設(shè)備用抽氣或蒸騰除去儲罐里面的空氣?？傊齼蘩锏目諝馕廴?，可以有效地防止應(yīng)力腐蝕。

新投用的儲罐，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行內(nèi)外部檢驗并進(jìn)行周期性的定期檢驗。對液、氣相界面、引收弧處及T型接頭等易腐蝕部位應(yīng)重點檢驗；對液面以下所有焊縫應(yīng)進(jìn)行100%磁粉或超聲波檢測，若條件允許，應(yīng)對所有焊縫進(jìn)行100%磁粉檢測。對檢驗出的裂紋應(yīng)進(jìn)行評估。因應(yīng)力腐蝕界限斷裂韌度大約只有材料常規(guī)斷裂韌度的1/5，所以應(yīng)根椐斷裂力學(xué)判據(jù)對裂紋進(jìn)行安全等級評估，并給出處理意見及下次檢驗時間。對于不超過1/4壁厚和深度小于4mm的淺裂紋，先進(jìn)行打磨處理后再進(jìn)行補焊。補焊前應(yīng)先預(yù)熱加溫以防止焊接硬化，焊接時宜采用低氫焊條，焊后進(jìn)行探傷復(fù)查，并進(jìn)行去應(yīng)力處理。定期檢測液氨濃度和含水率，發(fā)現(xiàn)水分低于臨界濃度時應(yīng)及時補充水分，使含水率始終保持在≥0.2%的范圍，不符合液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境，可有效地抑制液氨引起的應(yīng)力腐蝕。

結(jié)論

在拉應(yīng)力狀態(tài)下，碳鋼在被空氣污染的液氨環(huán)境中很容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞，所以液氨儲罐應(yīng)嚴(yán)格避免被空氣污染。液氨儲罐焊制完畢應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，以防止應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生導(dǎo)致儲罐破裂。須控制液氨儲罐充裝量，以避免環(huán)境升溫使儲罐爆裂，充裝系數(shù)應(yīng)在圖樣上注明。

（作者單位： 天津海豐化纖織物有限公司）