李 寧，白 鑫

（河北省特種設備監(jiān)督檢驗研究院滄州分院，河北 滄州 061001）

氨氣是一種具有強烈刺激性的氣體，同時還具有腐蝕性和毒性，因此在其生產(chǎn)、存儲和運輸?shù)倪^程中都具有較高的危險性。氨氣緩沖罐是為了安全存儲和運輸氨氣而研制的一種壓力設備，不僅能夠在內部緩沖裝置的作用下保證罐內壓力穩(wěn)定在安全的范圍內，而且通過向緩沖罐中添加冷卻劑，實現(xiàn)了對氨氣的及時有效冷卻，防止出現(xiàn)溫度過高導致的緩沖罐系統(tǒng)失控問題。同時氨氣緩沖罐的密封性能良好，有效避免了氨氣泄漏產(chǎn)生的風險，保證了工作人員和工作環(huán)境的安全性。本文將對一起因工人操作不當導致的車間著火事故進行分析，詳細介紹氨氣緩沖罐在直接接觸火焰后的一系列檢測和評估情況。

1 氨氣緩沖罐介紹

氨氣緩沖罐是化工企業(yè)的重要組成壓力容器，在運行過程中承受著高壓和介質腐蝕的作用，壓力容器的使用安全關系著化工企業(yè)的安全運行。氨氣緩沖罐失效十分常見，表現(xiàn)有氨應力腐蝕開裂、腐蝕減薄等，主要的原因為氨氣與金屬發(fā)生一系列的反應，加上高壓的作用導致壓力容器焊縫開裂等。Q345R 是一種合金鋼，主要用于鍋爐壓力容器，其工藝性能和力學性能較穩(wěn)定，屬于低合金鋼，被廣泛用于石油、化工、電站、鍋爐等行業(yè)，一般用于制作反應器、換熱器、分離器、導氣管、液化氣罐、鍋爐氣包及液化石油氣瓶等。同時，Q345R 用于壓力容器時，一般在常溫下使用，如遇到突然的高溫，容易造成材料劣化，強度降低，從而造成特種設備使用安全隱患。

某化工廠工程車間的氨氣緩沖罐（特種設備使用證登記號容1500639（19），產(chǎn)品編號R18674）因員工操作不當車間發(fā)生著火，導致此氨氣緩沖罐北側直接接觸火焰，持續(xù)時間長達15 min。該壓力容器于2015年正式投入運行，均在常溫下使用，經(jīng)過3次壓力容器定期檢驗，未發(fā)現(xiàn)過超標缺陷，此次著火后，經(jīng)過磁粉探傷，也未發(fā)現(xiàn)焊縫裂紋?，F(xiàn)該設備用戶自行報廢處理。

本文采用一系列理化檢驗方法對該容器的著火側與背火側進行分析，判斷母材及焊縫的性能有無下降，并根據(jù)分析結果提出相關建議，以避免特種設備使用事故的發(fā)生。

2 理化檢驗

2.1 宏觀觀察

此氨氣緩沖罐著火側如表1所示，背火側如圖2所示，從圖1與圖2的宏觀對比可以看出，氨氣緩沖罐并未發(fā)生明顯的鼓包、變形等宏觀缺陷。

圖1 氨氣緩沖罐著火側宏觀圖

圖2 氨氣緩沖罐背火側宏觀圖

2.2 金相檢驗

在氨氣緩沖罐筒體著火側通過現(xiàn)場金相光學顯微鏡（400X）觀察，結果如圖3所示。由圖3可知：氨氣緩沖罐筒體母材顯微組織為珠光體和鐵素體，并未發(fā)生任何由于高溫導致的珠光體球化、組織粗大等組織缺陷，組織仍保持原有的區(qū)域形態(tài)，根據(jù)GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》，該組織平均晶粒度為11級。

圖3 氨氣緩沖罐筒體著火側現(xiàn)場金相圖（400X）

在氨氣緩沖罐筒體背火側金相現(xiàn)場金相分析，通過現(xiàn)場金相光學顯微鏡（400X）下觀察，結果如圖4所示。由圖4可知：氨氣緩沖罐筒體母材顯微組織為珠光體和鐵素體，也未發(fā)生任何由于高溫導致的珠光體球化、組織粗大等組織缺陷，組織仍保持原有的區(qū)域形態(tài)，根據(jù)GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》，該組織平均晶粒度為10.5級。

圖4 氨氣緩沖罐筒體背火側現(xiàn)場金相圖（400X）

通過對該壓力容器著火側與背火側的筒體母材金相組織可知，火災并未造成該壓力容器母材金相組織晶粒變得粗大，也并未因為高溫造成珠光體組織發(fā)生球化等組織的變化。

2.3 掃描電鏡（SEM）分析

為了進一步分析該壓力容器金相組織由于火災有無發(fā)生組織變化，采用掃描電鏡SEM（5 000X）分別對著火側筒體母材和背火側筒體母材進行取樣分析，結果如圖5與圖6所示。

圖5 著火側筒體母材掃描電鏡SEM（5 000X）圖

圖6 背火側筒體母材掃描電鏡SEM（5 000X）圖

由圖5可知：著火側組織的珠光體依舊為片層狀，未發(fā)生任何改變，同時也沒有發(fā)現(xiàn)有過熱、過燒的跡象。圖6為背火側筒體的SEM 形貌，由圖6可以看出：組織與圖5 的類似，也并未發(fā)現(xiàn)任何組織的異常與改變。通過圖5與圖6的對比可知，經(jīng)過此次短暫的火災，并未對該壓力容器的筒體母材造成組織的劣化。

2.4 焊縫的力學性能測試

對筒體與封頭連接的焊縫進行室溫拉伸性能測試，在著火側和背火側處分別取樣，試樣厚度為12 mm，拉伸試樣夾持端長度為25 mm（便于安裝）。按照GB/T 228.1—2021 《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》制備拉伸試樣，利用萬能液壓試驗機對試樣進行拉伸試驗，結果如圖7所示。由圖7可知：在室溫條件下，著火側與背火側的封頭與筒體焊縫連接焊縫的抗拉強度差別不大，并且通過查詢GB/T 713—2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》，Q345R 的抗拉強度在500～630 MPa，著火側抗拉強度為582 MPa，背火側抗拉強度為605 MPa，均在合格范圍內。

圖7 著火側與背火側焊縫抗拉強度對比圖

2.5 硬度測試

根據(jù)GB/T 17394.1—2014《里氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》，用里氏硬度計在現(xiàn)場檢測著火側筒體母材里氏硬度為409、412、407，背火側筒體母材的里氏硬度為426、403、408，兩側的硬度也均無太大差別。

3 未發(fā)生材質劣化原因分析

經(jīng)過一系列的檢測得出結論，該氨氣緩沖罐母材、焊縫的力學性能并未為因火災導致材料力學性能、物理性能下降。具體原因分析如下。

1）該企業(yè)發(fā)現(xiàn)著火事故后，及時切斷火源，該氨氣緩沖罐并未長時間在火焰中炙烤，材料并未發(fā)生過熱或者過燒。

2）Q345R 的常規(guī)使用溫度上限為475℃，其相變溫度為600～720℃，由于此次事故火焰較小，加之燃燒時間短，氨氣緩沖罐處于開放空間，該容器受燃燒時的溫度并未達到使材料發(fā)生劣化的極端溫度，所以材料并未發(fā)生明顯的高溫劣化。

4 結論與建議

1）著火側與背火側宏觀外形完好，未發(fā)生形變。

2）著火側與背火側筒體母材顯微組織正常，未發(fā)現(xiàn)珠光體球化現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)過熱過燒等異?，F(xiàn)象。

3）著火側與背火側筒體與封頭焊縫抗拉強度為582 MPa 與605 MPa，焊縫力學性能正常。

4）著火側與背火側筒體母材的里氏硬度相差不大，里氏硬度檢測未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

根據(jù)以上結論，給出以下建議。

1）嚴格運行管理，以防止由人員操作不當引起的火災導致容器發(fā)生過熱。

2）應用新材料、新技術、新工藝，對氨氣緩沖罐外表面進行刷涂處理等工藝，防止設備銹蝕，消除應力集中，增加設備的使用強度。

3）對壓力部件的焊接接頭進行檢查，常規(guī)無損探傷、硬度檢測與厚度檢測，加強對筒體與封頭等測量點的維護，加強對母材的質量檢查，以便盡早發(fā)現(xiàn)母材及焊縫的腐蝕隱患與開裂隱患。

4）采用壓力容器壽命管理系統(tǒng)，記錄使用溫度與使用時間，評估設備的剩余壽命，避免其超期運行。

5 結語

氨氣緩沖罐具有穩(wěn)定性高、安全性高、節(jié)省空間的顯著優(yōu)點，廣泛應用于氨氣、液化氣等一些化工產(chǎn)品和危險品的儲存和運輸中。此起著火事故對氨氣緩沖罐的外觀漆面造成了一定損壞，但是在多項理化檢測，如宏觀觀察、金相檢驗、掃描電鏡（SEM）分析、焊縫的力學性能測試、硬度測試等，均未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。為了更加有效地保障生產(chǎn)的安全性，用戶對該設備進行了報廢處理。在氨氣緩沖罐的使用過程中，一定要嚴格規(guī)范工作人員的操作流程，對氨氣緩沖罐進行定期檢測，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并進行處理，根據(jù)氨氣緩沖罐的使用周期對其使用情況進行詳細記錄，避免出現(xiàn)氨氣緩沖罐超期運行的情況，保障使用安全。