魯昌盛

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

關(guān)健詞：硫酸罐車(chē)；罐體損壞；原因分析；無(wú)損檢測(cè)；效益評(píng)估

1 引言

貴溪冶煉廠現(xiàn)有G11K型硫酸罐車(chē)193輛，分別于1997年、1999年、2000年、2003年間先后投入使用。由于硫酸極具高腐蝕性和強(qiáng)氧化性，該批自備硫酸罐車(chē)在經(jīng)過(guò)15～21年的使用后，其罐體的人孔頂部便會(huì)因腐蝕嚴(yán)重而出現(xiàn)較大面積的鋼板減薄，以及裂紋、沙眼等，且該類(lèi)故障出現(xiàn)后很難消除、按照傳統(tǒng)方式只能將罐體進(jìn)行報(bào)廢。硫酸運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)因?yàn)樵擃?lèi)故障而出現(xiàn)罐體頂部滲漏，嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)安全運(yùn)行。當(dāng)硫酸罐車(chē)出現(xiàn)類(lèi)似故障時(shí)，破損的罐車(chē)只能長(zhǎng)時(shí)間停留在車(chē)站等待修理，既占用了有限的股道，又影響了硫酸罐車(chē)使用周轉(zhuǎn)率，給工廠的硫酸的發(fā)運(yùn)工作帶來(lái)了極大困難。

為切實(shí)解決硫酸罐車(chē)運(yùn)用過(guò)程中的實(shí)際困難，急需針對(duì)G11K型硫酸罐車(chē)罐體損壞的具體原因進(jìn)行查找和分析，并探尋合適的解決方案。

2 硫酸罐車(chē)的罐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

G11K型硫酸罐車(chē)，用于裝運(yùn)濃度為92.5%及以上的濃硫酸介質(zhì)。該車(chē)為供在中國(guó)準(zhǔn)軌鐵路運(yùn)用的四軸專(zhuān)用鐵路罐車(chē)，采用上裝上卸作業(yè)方式。罐體由封頭、筒體和鞍座等組焊而成。罐體的載重為63t，罐體有效容積為34m3［1］。罐體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 硫酸罐車(chē)罐體結(jié)構(gòu)示意圖

3 G11K型硫酸罐車(chē)罐體損壞的原因分析

（1）G11K型硫酸罐車(chē)罐體損壞的原因主要有：罐車(chē)鋼材選用不當(dāng)、部分罐車(chē)內(nèi)部缺陷數(shù)量多、有時(shí)修理質(zhì)量得不到保證、一年一次的罐體內(nèi)部清洗加速鋼板腐蝕等。其最典型的損壞是：罐體腐蝕減薄、可能出現(xiàn)的腐蝕深孔缺陷、焊縫表面裂紋和焊縫埋藏缺陷，罐體內(nèi)沿焊縫處出現(xiàn)縫隙腐蝕（見(jiàn)圖2），常發(fā)生在罐體的抽酸管、進(jìn)風(fēng)管和人孔的連接處。

圖2 硫酸罐車(chē)罐體焊縫處的縫隙腐蝕

（2）G11K型硫酸罐車(chē)分別于1997年、1999年、2000年生產(chǎn)投入使用，由于使用年限較長(zhǎng)，罐體人孔頂部腐蝕比較嚴(yán)重，出現(xiàn)較大面積的減薄以及裂紋、沙眼，以及貫穿性腐蝕（裂紋、裂口）。人孔周?chē)a(bǔ)板處腐蝕塌陷、穿孔（見(jiàn)圖3：硫酸罐車(chē)罐體腐蝕狀況），經(jīng)實(shí)測(cè)其壁厚3.4—3.7mm左右，不符合鐵路行業(yè)（原鐵道部）廠、段修的標(biāo)準(zhǔn)要求，按鐵路行業(yè)要求，此類(lèi)罐車(chē)應(yīng)予以報(bào)廢處理，報(bào)廢率達(dá)到100%。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，該批次硫酸罐車(chē)人孔周?chē)鷧^(qū)域的大部分罐體都達(dá)到或接近報(bào)廢，需更換新罐體或停用，但通過(guò)后續(xù)對(duì)罐體非人孔蓋周?chē)鷧^(qū)域的其它部位進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其它部位的厚度仍滿(mǎn)足繼續(xù)使用要求。根據(jù)多年硫酸罐車(chē)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，硫酸罐車(chē)承修單位南昌南車(chē)輛段建議對(duì)這批超限的罐車(chē)罐體進(jìn)行報(bào)廢，認(rèn)為繼續(xù)使用將不能保證裝酸和運(yùn)用的安全。站在企業(yè)利益最大化的角度來(lái)看，一輛90%以上部位均狀態(tài)良好的硫酸罐車(chē)僅僅因?yàn)槿丝字車(chē)恍K罐體的壁厚減薄不符合鐵路行業(yè)的規(guī)范就要將其進(jìn)行報(bào)廢，非常浪費(fèi)。

圖3 硫酸罐車(chē)罐體腐蝕狀況圖

（3）針對(duì)罐體人孔周?chē)蚋g減薄的問(wèn)題，以往檢修部門(mén)在罐車(chē)廠修時(shí)對(duì)人孔周?chē)鷧^(qū)域減薄量尚未達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的罐體采用簡(jiǎn)單的貼補(bǔ)補(bǔ)板方法，即在原罐體上貼補(bǔ)一塊相同厚度的板材。因?yàn)樵摅w板與貼補(bǔ)板之間存在空隙，所以在裝酸使用過(guò)程中，此空隙將滯留濃硫酸，在夾層中結(jié)垢形成酸泥，即使采取洗罐也無(wú)法將其排出，長(zhǎng)期在內(nèi)部夾層中對(duì)罐體進(jìn)行腐蝕，加速了補(bǔ)板位置罐體腐蝕，形成塌陷、穿孔，甚至開(kāi)裂。在罐車(chē)廠段修到期后，根據(jù)檢修方要求，每次廠段修前都需要對(duì)罐體進(jìn)行洗罐作業(yè)，洗罐過(guò)程中洗罐水和頂部空氣進(jìn)入夾層空隙與酸泥稀釋混合形成稀硫酸，破壞罐體內(nèi)壁原已形成鈍化的保護(hù)層，造成原人孔周?chē)鷧^(qū)域的罐體板面塌陷，貼補(bǔ)板腐蝕加劇。且罐車(chē)在裝卸酸時(shí)由于操作不當(dāng)使人孔周?chē)霸a(bǔ)板外表面溢流硫酸的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，造成罐體的外表面腐蝕也比較嚴(yán)重，最終導(dǎo)致罐車(chē)人孔周?chē)鷧^(qū)域的罐體厚度檢驗(yàn)不合格而報(bào)廢（見(jiàn)表1）。

表1 G11K罐車(chē)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

（4）從使用時(shí)間上來(lái)看，這批G11K型硫酸罐車(chē)已使用18～20年，根據(jù)罐車(chē)壽命管理使用25年需強(qiáng)制報(bào)廢；根椐鐵總新的文件規(guī)定，《中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局關(guān)于印發(fā)＜罐車(chē)檢修補(bǔ)充技術(shù)要求〉的通知》（運(yùn)輛貨車(chē)函[2017]90號(hào)）的有關(guān)規(guī)定，即使更換罐體也只能使用5～7年就要隨整車(chē)報(bào)廢，既不經(jīng)濟(jì)而且手續(xù)相當(dāng)復(fù)雜，根據(jù)以往的換罐檢修經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，換罐檢修所需時(shí)間太長(zhǎng)，嚴(yán)重影響罐車(chē)的正常周轉(zhuǎn)。

4 修理措施

（1）由于部分罐車(chē)內(nèi)部缺陷數(shù)量多，且存在大量深孔缺陷，因此采用傳統(tǒng)的貼補(bǔ)焊修措施僅能暫時(shí)緩解問(wèn)題，不能從根本上解決原罐體板塌陷問(wèn)題。為了保證硫酸罐車(chē)的安全使用，需采取有效修理措施徹底解決該問(wèn)題。

（2）對(duì)腐蝕部位直接進(jìn)行補(bǔ)焊的方法。由于腐蝕部位往往發(fā)生在罐體上焊接外部構(gòu)件的連接區(qū)域，與硫酸接觸的整個(gè)金屬表面上幾乎以相同速度進(jìn)行的腐蝕，該區(qū)域厚度比正常值減薄一半以上。補(bǔ)焊表面的損傷或較低的粗糙度所產(chǎn)生的應(yīng)力集中，會(huì)使疲勞極限下降，從而也會(huì)降低疲勞強(qiáng)度。所以在罐車(chē)經(jīng)過(guò)幾次洗罐和裝酸后, 連接處又會(huì)出現(xiàn)新的罐體塌陷問(wèn)題, 因此這不是一種有效的罐車(chē)修理方法，需要重新選擇其他維修方法。

（3）通過(guò)維修試驗(yàn)對(duì)比，最終確定采取以下方案。

①?gòu)?017年7月5日起，對(duì)尚未達(dá)到廠修時(shí)間的罐車(chē)，重點(diǎn)對(duì)人孔周?chē)诤駵y(cè)定，若人孔周?chē)摅w板腐蝕減薄厚度小于標(biāo)準(zhǔn)板厚的50%（即4mm），且腐蝕面積不大于5m2時(shí)，可進(jìn)行挖補(bǔ)換板，若超出以上數(shù)據(jù)，則更換罐體；

②對(duì)罐車(chē)的使用狀況分析表明，影響罐體腐蝕疲勞的因素主要有應(yīng)力交變速度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)成分、材料尺寸、加工和熱處理等。硫酸罐車(chē)載荷循環(huán)速度快、裝載的濃硫酸屬于強(qiáng)酸類(lèi)介質(zhì)，容易吸收空氣中的水分造成溫度的升高，都會(huì)使罐體抗腐蝕疲勞強(qiáng)度下降。必須為罐體尋找更耐腐蝕的可焊鋼材，以大大提高其壽命和修理間隔期。進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)表示，同牌號(hào)Q345A低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼對(duì)硫酸有很高的耐腐蝕性，選擇的這種鋼材的試樣及其焊接處的腐蝕速度不會(huì)大于0.2毫米/年；

③采用氧氣乙炔中性焰切割塌陷部位，氧氣乙炔混合比例為1.1～1.2。按切割面積尺寸剪出補(bǔ)板,開(kāi)出坡口并壓彎,用空氣一電弧法倒圓并清理剪切邊緣。吊裝新板放到罐體切割部位上,用空氣一電弧法挖補(bǔ)換板坡口打磨定型；

④新板對(duì)接焊接。施焊前必須按照NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。對(duì)于評(píng)定合格的工藝方派人現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行審查確認(rèn)并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)試板進(jìn)行焊接檢驗(yàn)。另外，施焊時(shí)嚴(yán)格按照焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行，完成新?lián)Q人孔、抽酸管、排氣管開(kāi)孔焊接。焊修時(shí)要嚴(yán)格按焊修工藝施工，如：打止裂孔焊修、用角磨機(jī)代替碳弧氣刨開(kāi)挖裂紋、焊后打磨。尤其是現(xiàn)場(chǎng)工人在處理裂紋時(shí)，直接在裂紋部位覆蓋焊補(bǔ)，會(huì)導(dǎo)致裂紋愈修焊縫情況愈差［2］。焊接完成后按照GB150-2011標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行外觀檢查，應(yīng)符合以下要求：焊縫余高1.5，錯(cuò)邊量0.2 ，咬邊量：0.2，焊縫棱角0.3。外觀缺陷無(wú)裂紋、咬邊、氣孔等。外觀檢查結(jié)果：無(wú)飛濺、無(wú)熔渣等；

⑤罐車(chē)檢驗(yàn)后的無(wú)損檢測(cè)。先進(jìn)的工器具, 既能提升檢修人員的工作效率, 又能提高檢修質(zhì)量［3］。表面無(wú)損檢測(cè)的目的是檢測(cè)罐體及壁板對(duì)接焊縫、角焊縫是否存在表面及近表面開(kāi)口性缺陷、腐蝕穿孔等可能導(dǎo)致泄漏的危險(xiǎn)性缺陷。對(duì)罐體內(nèi)表面對(duì)接焊縫，應(yīng)進(jìn)行100%的磁粉檢測(cè)。每臺(tái)罐車(chē)罐體的對(duì)接焊縫應(yīng)進(jìn)行不少于100%的射線(xiàn)探傷，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)按照NB/T47013-2015標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)Ⅰ級(jí)合格。若出現(xiàn)焊縫超標(biāo)缺陷，則對(duì)其余焊縫進(jìn)行100%的擴(kuò)探，直至將缺陷全部消除（相同位置焊縫返修次數(shù)不得超過(guò)三次）。每臺(tái)罐車(chē)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)認(rèn)證；

⑥耐壓試驗(yàn)。每臺(tái)罐體必須進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)應(yīng)符合硫酸罐車(chē)技術(shù)條件的要求。水壓試驗(yàn)合格后，再經(jīng)鐵路局車(chē)輛段驗(yàn)收合格，方可投入使用。

5 效益評(píng)估

（1）改造費(fèi)用。該項(xiàng)目修理、檢測(cè)費(fèi)用為16518元/車(chē)。

（2） 經(jīng)濟(jì)效益。如果對(duì)腐蝕罐體進(jìn)行報(bào)廢，所帶來(lái)的更換罐體費(fèi)用為125000元/車(chē)。

此次項(xiàng)目實(shí)施后，節(jié)省成本：

125000-16518=108482元/車(chē)

預(yù)計(jì)修補(bǔ)罐體總數(shù)為119車(chē)，因此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益為：

108482×119=12909358元

（3）社會(huì)效益。此次項(xiàng)目的實(shí)施，既延長(zhǎng)罐體的使用壽命，確保了鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)安全和環(huán)保，又有效的盤(pán)活了固定資產(chǎn)，提高了硫酸罐車(chē)的周轉(zhuǎn)率。

6 結(jié)束語(yǔ)

工礦企業(yè)的自備硫酸罐車(chē)使用年限超過(guò)15年后，為保證硫酸的安全運(yùn)輸，每2年至少測(cè)量一次罐體的厚度，每4年至少進(jìn)行一次內(nèi)部探傷檢測(cè)，特別要注意對(duì)人孔部、進(jìn)風(fēng)管、抽酸管和封頭等連接部位的檢查，發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)修復(fù)。修補(bǔ)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理的規(guī)章制度，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)達(dá)到規(guī)范化、合理化［3］。嚴(yán)格執(zhí)行材料進(jìn)場(chǎng)和使用制度，在材料進(jìn)場(chǎng)前和進(jìn)場(chǎng)后實(shí)行抽樣試驗(yàn)和檢測(cè)，杜絕材料和相關(guān)配件與采購(gòu)樣品不符合的現(xiàn)象［4］。另外，濃硫酸具有極強(qiáng)的吸濕性，當(dāng)硫酸罐車(chē)經(jīng)常充滿(mǎn)濃硫酸時(shí)，腐蝕很微弱，但如果經(jīng)常放空，附著在碳鋼罐內(nèi)壁上的薄薄一層濃硫酸會(huì)迅速吸收空氣中水份而變?。?］，稀硫酸對(duì)罐車(chē)的腐蝕非常嚴(yán)重，容易造成罐體貫穿性腐蝕甚至報(bào)廢。因此，對(duì)硫酸罐車(chē)加強(qiáng)管理，減少空放時(shí)間，提高使用周轉(zhuǎn)率，也是十分必要的。