液化石油氣球罐的全面檢驗和缺陷分析

居建龍，張 明

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院蘇州分院，江蘇 蘇州 215128

球罐儲藏量大，鋼材消耗量較小、占地面積較小，基礎工程簡單。廣泛應用于石油、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、液氮及其他介質的儲存。球罐的質量既關系企業生產，又關系人身安全。一旦發生事故將是災難性的，給企業和國家帶來巨大的財產損失。因此，必須按照國家有關規定認真開展球罐的定期檢驗和缺陷修復、評定工作， 確保企業安全生產。本文通過對一例液化石油氣球罐全面檢驗中發現的缺陷進行了原因分析，提出了預防措施，確保了該液化石油氣球罐的安全運行。

1 球罐概況簡介

某燃氣公司供氣站內 1 臺1000m3液化石油氣球罐于1996 年4月投入運行。2009年 12 月對這臺球罐進行第三次全面檢驗，球罐各項主要技術參數如下所示。

2 球罐全面檢驗

在了解球罐的使用情況和審查相關資料的基礎上， 依據《壓力容器安全監察規程》、《壓力容器定期檢驗規則》以及現行的有關標準、技術條件、設計圖樣制訂檢驗方案。主要檢驗項目為宏觀檢查、 壁厚測定、 無損檢測、 硬度測定、 安全附件檢查、 耐壓試驗等。

2.1 宏觀檢查

制作檢驗樣板對成型尺寸進行檢查：錯邊量3mm～6mm。棱角度4m～7.5m；焊縫咬邊超標；焊縫成型不良，余高最高達6mm，焊縫過渡不圓滑。

2.2 超聲波測厚檢查

該球罐原設計壁厚38mm，實測最大厚度39.2mm，最小厚度36.4mm。

2.3 無損檢測

1）表面磁粉探傷檢查

對對接焊縫內外表面及熱影響區進行100%磁粉探傷檢查，內外表面共發現裂紋45處，大部分分布在內表面下極板與赤道帶環向焊縫下熔合線處，最長50mm，最短4mm。如圖1所示。

2）滲透探傷

對球罐的人孔和接管的角焊縫以及支柱角焊縫進行 100%滲透探傷檢測， 均未發現缺陷。

3）超聲波探傷

對對接焊縫進行100%超聲波探傷檢測，均未發現缺陷。（探測面為外表面）

圖1

2.4 硬度測定

焊道硬度 HB180-214；

熱影響區 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、壓力表均在校驗有效期內，緊急切斷閥、溫度計以及液位計， 均能符合相關規程要求。

3 缺陷處理

宏觀檢查中發現的錯邊量和棱角度超標部位，屬于原始制造缺陷。多年的使用經驗證明，在此處無其他缺陷的情況下，保留原始狀態。依據 《壓力容器定期檢驗規則》對所有裂紋進行打磨消除，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，則該凹坑允許存在。否則，將凹坑按其外接矩形規則化為長軸長度、短軸長度及深度分別為2A （mm）、2B（mm）及C（mm）的半橢球形凹坑，計算無量綱參數Co，如果Co＜0.10，則該凹坑在允許范圍內。否則，進行補焊，經過補焊合格后方可安全使用。

4 裂紋產生的原因

從裂紋產生的位置、 大小、 硬度測試值以及球罐使用情況分析看，導致裂紋產生的主要原因是應力腐蝕。

4.1 安裝方面的原因

宏觀檢查中發現的錯邊量和棱角度超標部位，由于結構的不連續，在此會產生很大的集中應力。球罐在野外安裝，受天氣影響大，焊接多采用手工焊，環境十分惡劣，加之設備大熱處理較不均勻等因素，焊接接頭可能產生晶粒粗大.而這種致密性和塑性較差的焊縫區以及淬硬性較強的熔合區在一定載荷下便會產生微裂紋，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）作用下就有擴展開裂的危險.

4.2 使用方面的原因

根據使用單位提供的資料發現，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。從大量的實驗證明：在20℃左右，H2S對鋼材最敏感，事實上，在用球罐的運行溫度正在此區域。據有關文獻證明，H2S含量在5000mg/m3以上就可發生H2S的應力腐蝕，因此H2S含量越高，在拉應力的作用下腐蝕就越快，該罐的H2S含量偏高，又為應力腐蝕創造了一個必要條件。

4.3 應力腐蝕

運行介質中具備了H2S的應力腐蝕環境。我們知道，應力腐蝕產生必須同時具備3個條件，一是拉應力；二是腐蝕介質；三是敏感的金屬。一旦發生應力腐蝕并產生較長的裂紋，由于裂紋尖端部位應力集中以及滲入裂紋內部吸附物質的鍥入作用，繼續在介質中腐蝕，促使裂紋的擴展，直到材料斷裂為止。可想而知，應力腐蝕一旦發生，腐蝕速度是相當快的，而這臺球罐正好為應力腐蝕創造了條件。加上運行時間長造成裂紋的擴展快，范圍大，在內表面下極板與赤道帶環向焊縫下熔合線處出現多處裂紋，主裂紋平直為穿晶裂紋，個別部位有裂紋分枝，為穿晶沉晶混合型裂紋，內部均充滿腐蝕產物，顏色為灰黑相間16MnR 低合金高強度鋼、H2S 含量超標的介質和高硬度、高應力的環境足以引起 H2S的應力腐蝕裂紋。因此，認為該球罐裂紋是以應力腐蝕為誘因的脆性斷裂。

5 預防措施

1）降低H2S對焊接接頭的侵蝕.使用單位應盡量避免劣質低價的液化石油進入球罐， 內表面加涂層（采用熱噴涂鋁和環氧樹脂）、嚴格控制水分和 H2S 的含量等措施， 可以有效地預防應力腐蝕破裂；

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

3）補焊要特別注意，小裂紋以打磨為主，并以表面無損檢測確認裂紋已清除；確要補焊需嚴格的工藝措施和必要的局部熱處理，并且以無損檢測來保證補焊質量；

4）企業在球罐的繼續使用過程中， 盡量降低球罐的操作壓力， 減少壓力波動， 加強在線檢驗。

[1]李景辰，馮鋏中，沈行道，等.壓力容器基礎知識.

[2]TSGR7001-2004 壓力容器定期檢驗規則.

[3]GB/T19624-2004 在用含缺陷壓力容器安全評定.