陳福海（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

球罐上極板拼縫缺陷無(wú)損檢測(cè)及處理探討

陳福海
（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

球罐在使用過程的安全性非常重要。文中闡述了氮?dú)馇蚬奚蠘O板拼縫缺陷的無(wú)損檢測(cè)過程，對(duì)缺陷的形成原因進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，缺陷產(chǎn)生于安裝、制造和使用過程。最后提出了缺陷的處理措施和注意要點(diǎn)。

球罐；裂紋；無(wú)損檢測(cè)；TOFT

1 前言

球罐在石油化工工業(yè)上是一種重要的儲(chǔ)存設(shè)備。與圓筒形容器相比其主要優(yōu)點(diǎn)是：受力均勻；在同樣壁厚條件下，球罐的承載能力最高，在相同內(nèi)壓條件下，球形容器所需壁厚僅為同直徑、同材料的圓筒形容器壁厚的1/2（不考慮腐蝕裕度）；在相同容積條件下，球形容器的表面積最小，由于壁厚、表面積小等原因，一般要比圓筒形容器節(jié)約30%～40%的鋼材。因而越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于石油、化工、冶金等行業(yè)。

在石油化工行業(yè)，球罐主要用于儲(chǔ)存液化石油氣、液化天然氣、丙烯等易燃易爆甚至有毒的介質(zhì)，球罐一旦發(fā)生事故必將影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)、造成一定的經(jīng)濟(jì)損失甚至造成人員傷亡。因此，分析并找出導(dǎo)致球罐失效、引發(fā)事故的缺陷顯得十分重要。在全面檢驗(yàn)中，最為常見的缺陷形式是裂紋，產(chǎn)生的形式與部位各不一樣，為進(jìn)一步了解在役球罐的缺陷情況，需要對(duì)在用球罐使用過程中產(chǎn)生的裂紋進(jìn)行檢驗(yàn)[1]。

2 球罐技術(shù)參數(shù)

福州某單位一臺(tái)400m3氮?dú)馇蚬抻?006年4月投入使用，于2012年5月進(jìn)行了第二次全面檢驗(yàn)[2]，從投入使用至第二次全面檢驗(yàn)已使用了6年。球罐技術(shù)參數(shù)如下所示：

3 缺陷無(wú)損檢測(cè)

在2009年5月進(jìn)行第一次全面檢驗(yàn)時(shí)檢驗(yàn)人員對(duì)該球罐進(jìn)行超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該球罐上極板拼縫F2×7焊縫存在兩段長(zhǎng)約30mm，間距100mm，深28mm，當(dāng)量幅度SL+12dB的埋藏缺陷。檢驗(yàn)人員經(jīng)過判定這兩段埋藏缺陷分別為氣孔和夾渣。2012年5月第二次全面檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)人員在對(duì)這兩處缺陷用超聲波檢測(cè)進(jìn)行復(fù)核發(fā)現(xiàn)，兩處缺陷均已擴(kuò)展成裂紋,總長(zhǎng)約480mm，深24～36mm，當(dāng)量幅度SL+16dB，缺陷位置如圖1所示。

表1 400m3氮?dú)馇蚬拗饕夹g(shù)參數(shù)

圖1 400m3氮?dú)馇蚬奚蠘O板拼縫裂紋位置示意圖

該處缺陷經(jīng)TOFD檢測(cè)[3]，缺陷可分為裂紋、氣孔和夾渣三種類型，最大缺陷自身高度為13mm，TOFD檢測(cè)圖譜如圖2所示。

圖2 400m3氮?dú)馇蚬奚蠘O板拼縫裂紋TOFD掃查圖譜

為確認(rèn)超聲及TOFD檢測(cè)的準(zhǔn)確性，采用氣刨對(duì)焊縫缺陷部位進(jìn)行了解剖。為增強(qiáng)顯示效果，解剖后對(duì)缺陷進(jìn)行表面磁粉檢測(cè)。缺陷解剖后可以很明顯的觀察到多條斷斷續(xù)續(xù)的裂紋并伴有夾渣，如圖3所示。

圖3 400m3氮?dú)馇蚬奚蠘O板拼縫裂紋開挖后的圖像

4 缺陷成因分析

由于介質(zhì)為氮?dú)?，沒有腐蝕性，因此不存在應(yīng)力腐蝕環(huán)境。根據(jù)長(zhǎng)期檢驗(yàn)球罐的經(jīng)驗(yàn)，該缺陷主要應(yīng)該是在安裝、制造和運(yùn)行過程中產(chǎn)生的。經(jīng)分析，其具體原因如下。

4.1 安裝、制造過程

球罐焊接時(shí)要求表面不允許存在裂紋、氣泡、折疊和夾雜等缺陷，球殼板不得有分層。球罐組對(duì)點(diǎn)焊完成，焊接順序應(yīng)該先縱后環(huán)，先赤道帶后上下溫帶再上下極板，每條焊縫先焊大坡口側(cè)后焊小坡口側(cè)，并且采用多層多道焊焊接。球罐整體焊接時(shí)，焊工分布按對(duì)稱焊接原則，要求同工藝、等速度。第一次全面檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)氣孔和夾渣等埋藏缺陷，從缺陷的深度來(lái)看缺陷處于焊縫根部是該球罐焊接時(shí)沒有嚴(yán)格按照焊接操作規(guī)程進(jìn)行，清根時(shí)未處理干凈。

15MnNbR鋼是在16MnR的基礎(chǔ)上添加Ni、Nb、V等合金元素，具有優(yōu)良的綜合性能，其強(qiáng)度和韌性優(yōu)于16MnR鋼，而焊接性能與16MnR鋼相近，是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)球殼板常用的材料。球罐容積大、殼體壁薄、球殼板剛度小，對(duì)其進(jìn)行焊后整體熱處理有助于消除由于組裝和焊接引起的殘余應(yīng)力，而該鋼焊接接頭在560～620℃溫度范圍內(nèi)選擇SR處理溫度可行。第二次全面檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩處缺陷均已擴(kuò)展成裂紋，是球罐焊后整體熱處理工藝欠妥,焊接引起的殘余應(yīng)力沒有得到消除。

4.2 運(yùn)行過程

球罐在該處焊縫留存多處條形缺陷，條形缺陷的存在會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，應(yīng)力集中會(huì)使條形缺陷的尖端開裂[4]，球罐在運(yùn)行過程中，在原先氣孔和夾渣等埋藏缺陷處會(huì)受到應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力作用，當(dāng)受力達(dá)到某一臨界值時(shí)，這些埋藏缺陷會(huì)突然失穩(wěn)擴(kuò)展，形成裂紋。裂紋擴(kuò)展過程中把鄰近的缺陷串聯(lián)起來(lái)形成較長(zhǎng)的裂紋。由解剖后缺陷圖像來(lái)看該缺陷是多個(gè)間隔不大的條形缺陷之間由裂紋連串起來(lái)。

5 處理措施與注意要點(diǎn)

5.1 處理措施

為防止此類缺陷的發(fā)生和進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)該采取以下措施：（1）應(yīng)對(duì)該處進(jìn)行缺陷消除處理,缺陷消除處理完成后應(yīng)用表面檢測(cè)確認(rèn)缺陷完全消除；（2）對(duì)缺陷消除部位進(jìn)行補(bǔ)焊填滿,補(bǔ)焊后應(yīng)使用超聲波檢測(cè)和射線檢測(cè)(或TOFD檢測(cè))對(duì)補(bǔ)焊部位進(jìn)行埋藏缺陷檢測(cè),使用表面檢測(cè)對(duì)補(bǔ)焊部位表面進(jìn)行表面缺陷檢測(cè)。檢測(cè)合格后還應(yīng)對(duì)該部位進(jìn)行局部熱處理。

5.2 檢驗(yàn)人員注意要點(diǎn)

為避免漏檢或錯(cuò)檢，檢驗(yàn)人員在檢驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)注意以下三個(gè)方面：（1）每種無(wú)損檢測(cè)方法都存在優(yōu)缺點(diǎn)，在使用時(shí)應(yīng)選擇合適的方法及時(shí)機(jī)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題及缺陷時(shí)，應(yīng)采用多種檢測(cè)手段進(jìn)行驗(yàn)證和判斷，才能得到正確的結(jié)果；（2）進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)前應(yīng)了解焊接工藝，分析可能產(chǎn)生的缺陷。儀器設(shè)備在檢驗(yàn)前應(yīng)校驗(yàn)是否符合要求，檢測(cè)時(shí)應(yīng)認(rèn)真、仔細(xì)，嚴(yán)格按照工藝卡進(jìn)行；（3）檢測(cè)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)新的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，在檢驗(yàn)檢測(cè)時(shí)，使新的檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)得到更好的運(yùn)用。

6 結(jié)語(yǔ)

球罐缺陷的產(chǎn)生主要在于制造過程和運(yùn)行過程。為避免缺陷的產(chǎn)生，球罐的安裝、焊接應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行；使用過程應(yīng)嚴(yán)格控制在允許參數(shù)內(nèi)運(yùn)行。

缺陷處理時(shí)，應(yīng)確認(rèn)缺陷完全消除及補(bǔ)焊后進(jìn)行有效的檢測(cè)手段來(lái)發(fā)現(xiàn)是否產(chǎn)生新生缺陷。

檢測(cè)手段的選擇，應(yīng)根據(jù)合適的方法及時(shí)機(jī)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題及缺陷時(shí)，采用多種檢測(cè)手段進(jìn)行驗(yàn)證和判斷，才能得到正確的結(jié)果。

[1]王成艷，竇雪飛，王成軍，劉寶,液化氣球罐裂紋分析及處理[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2014,35(2):34-36.

[2]TSG R7001-2013 壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[3]NB/T 47013.10-2010 衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)[S].

[4]翁?hào)|山，07MnCrMoVR球罐焊縫裂紋成因分析[J].質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督,2013,6:1 6-18.

Discussion on NDT and Processing with Spherical Tank Plate Flat-fell Seam Defects

CHEN Fu-Hai
(Fujian Boiler & Pressure Vessel Inspection Institute, Fuzhou 350008, Fujian, China)

The safety of the spherical tank in use process is very important. The NDT process with spherical tank plate flat-fell seam defects is expounded in this paper, and the reasons for the formation of defects are analyzed. The analysis results show that the defects in the process of the installation, manufacture and use. The treatment measures and attention points of the defects are finally proposed.

Spherical tank; Crack; NDT; TOFT

2015-01-14

陳福海，男，福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，檢驗(yàn)員，助理工程師