一臺液化石油氣球罐裂紋的原因分析及處理

2009年5月，筆者所在研究院在對省內某單位2000m3液化石油氣球罐進行定期檢驗時，發現該球罐存在裂紋缺陷多處，已不能正常安全使用。

一、設備基本參數

設計壓力為1.77MPa，設計溫度為50℃，介質為液化石油氣，直徑為15700mm，材質為16MnR，設計厚度48mm。投入運行1年零5個月，使用參數：工作壓力為0.8MPa，使用溫度≤50℃，使用介質為液化石油氣。

二、缺陷基本情況

在射線檢測抽查中發現裂紋4處，長度分別為30mm(1)、10 mm(2)、17mm(3)、17mm(4)，位置分別在赤道焊縫T形接頭部位和下溫帶焊縫的T形接頭部位（圖1）。

后根據《壓力容器定期檢驗規則》對該球罐進行100%超聲波檢測，對超聲波檢測發現缺陷的部位進行射線檢測復查，共計發現裂紋4處，條形缺陷3處（Ⅲ、Ⅳ級片）。其中裂紋缺陷在焊縫中的與圖2基本相似。分別出現在上、下極板Y形接頭部位和上溫帶焊縫上，分別如圖3所示。

長度分別為10mm(5)，15mm(6)，20mm(7)，7mm(8)，條形缺陷分別出現在下溫帶焊縫和下半球經向焊縫上，方向基本與焊縫方向平行，為縱向缺陷。長度分別為20mm（9），35mm（10），和24mm（11）。

三、缺陷分析

條形缺陷屬于制造缺陷。

該球罐使用過程中無超溫、超壓現象；最高使用壓力未超過0.8MPa，最高使用溫度未超過50℃，（由受檢單位提供的設備運行記錄），屬于正常使用。

該球罐發現的裂紋均位于焊縫內部，未延伸到焊縫表面，屬于埋藏缺陷，故該球罐裂紋缺陷的產生與使用介質無關。

經金相檢測，該球罐母材及焊縫金相為正常珠光體組織(山東省特種設備檢驗研究院)。

該球罐正常使用時間僅為1年零5個月，所發現埋藏裂紋缺陷最長為30mm，該球罐在使用過程中未發現產生此類缺陷的誘因，故分析認為該球罐裂紋缺陷的產生與使用過程無關。

經查看竣工資料，該球罐焊接完成36小時后進行射線檢測，查看射線檢測報告和底片，未發現上述裂紋缺陷，該裂紋應為延遲裂紋。

由竣工資料發現，該球罐現場安裝時間為：2007年12月至2008年1月，施工現場位于我市濱海開發區，冬季氣溫低且風大（當地的小氣候），正常的焊前預熱和后熱是否能達到預計的效果？個人分析認為可能是在這一環節出現了問題。

四、預防措施

一是嚴格按評定工藝規范施工，并根據現場實際情況從嚴控制，確保組裝質量。

二是采取措施嚴格控制延遲裂紋的出現。

五、整改方案

第一，將超標缺陷從近側表面用磨光機或碳弧氣刨去除干凈，并用著色檢測確認。

第二，焊前將施焊區域150mm范圍內預熱至150℃，焊接完成后立即用石棉被覆蓋表面，并在背面用小火繼續加熱至250℃，保溫1小時后，停止加熱，自然冷卻。

第三，用E5015焊條補焊，焊接工藝按施工單位評定工藝執行。

第四，焊接完成36小時后對返修部位進行100%射線檢測，按JB/T4730.2-2005《承壓設備無損檢測》標準，Ⅱ級合格。

第五，無損檢測合格后，對返修部位進行局部消除應力熱處理，加熱范圍應以返修部位為中心1500mm半徑范圍內為加熱范圍，并考慮溫度梯度的影響。熱處理溫度(650±20)℃，升溫速度＜50℃/h，保溫時間不小于2小時，緩冷至400℃以下時自然冷卻。降溫速度＜50℃/h。

第六，熱處理后對返修部位（熱處理范圍內的焊縫）進行100%磁粉檢測，合格后進行耐壓試驗，合格后對內表面焊縫進行100%磁粉檢測，合格后，維修工程結束。

整個維修過程應按照《特種設備安全監察條例》的規定，辦理相應手續并在法定檢驗檢測機構的監督檢驗下進行，完工后由法定檢測機構出具監督檢驗報告。

（作者單位：山東省特種設備檢驗研究院濰坊分院）

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