大型液氨球罐定期檢驗的技術問題探討

袁猛

摘 要：該文詳細地論述大型（6000m3）液氨球罐的缺陷（表面裂紋）檢測、原因分析及修復。針對球罐表面缺陷修復處理，通過無量綱參數計算及強度校核，著重闡述了壓力容器定期檢驗的重要性，從而為球罐的安全使用，提供理論依據。

關鍵詞：球罐 檢驗 裂紋 缺陷 處理

中圖分類號：TQ05 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-0-01

球罐是球形壓力容器，通常用作易燃、易爆、有毒有害介質的貯罐。為確保球罐的安全使用，必須按期進行定期檢驗。定期檢驗是確保壓力容器安全使用的重要環節，通過檢驗可以及早發現壓力容器制造缺陷及運行過程中受介質、載荷、溫度和環境等因素的影響而產生的腐蝕、沖蝕、應力腐蝕開裂、疲勞開裂和材料劣化等缺陷隱患，及時處理，從源頭上消除不安全因素。該公司的兩臺6000 m3液氨球罐，由南化集團設計院設計，大連冰山集團金州重型機械有限公司制造，中國化學工程第三建設公司安裝，2005年1月投入運行。在4年多的使用過程中，兩臺球罐均在赤道焊接接頭內表面下方的熔合線及熱影響區產生了多處表面裂紋。該文就兩臺液氨球罐投入運行以來兩次定期檢驗中發現裂紋的過程、裂紋產生原因、修復處理等技術問題進行探討。

1 球罐的技術參數

兩臺球罐由球殼、人孔蓋和支柱等部件組成，球殼為桔瓣式結構，共有62塊球片，采用現場組對焊接而成，焊縫總長755 m，其中縱縫593 m，環縫162 m。直徑22600 mm，腐蝕裕度1.5 mm，充裝系數0.9，實際操作溫度27.5 ℃，支撐形式為12根支柱。球罐現場組焊好后，采用正壓內燃旋轉反射式工藝進行整體熱處理。

2 定期檢驗

2.1 首次定期檢驗

按照99版《壓力容器安全技術監察規程》第一百三十三條第9款規定，球形貯罐使用σb≥540 MPa材料制造的，投用一年后應開罐檢驗，查資料得16 MnR材料抗拉強度σb在470-600 MPa之間，根據球罐投用后的生產及介質特性狀況，在兩臺球罐投用一年多后，我們申請并在2006年6月-9月進行了球罐首次定期檢驗，檢驗單位為云天化壓力容器檢測站。采用單罐隔離系統方式進行檢驗。我們編制了檢測的相關技術方案后，按規范步驟實施，每個球罐檢驗用時32 d。

2.2 第二次定期檢驗

第二次定期檢驗于2009年7-9月進行，檢驗單位是云南省石油化工鍋爐壓力容器檢測中心，檢驗內容增加了球罐耐壓試驗。本次檢驗對首次兩臺球罐修復處理缺陷部位進行了重點檢驗，未發現上次處理的位置有缺陷（表面裂紋）存在，V4101A罐Ⅲ級非圓形埋藏缺陷未擴展。在V4101A罐內表面做磁粉探傷，發現在內表面赤道環向焊縫的熔合線上及熱影響區（非上次發現部位）有9條裂紋，裂紋最大長度10 mm，V4101B罐內表面磁粉探傷，在內表面赤道環向焊縫的熔合線上及熱影響區（非上次發現部位），新發現8條裂紋，裂紋最大長度16 mm。

3 缺陷產生原因分析

表面裂紋分布位置集中在內表面赤道環向焊縫的熔合線及熱影響區，形貌呈線狀。分析裂紋產生的原因。

①材質的焊接性②組裝時的拘束應力③腐蝕開裂④疲勞裂紋⑤擴展裂紋。

4 裂紋缺陷修復

V4101A罐，首次開罐磁粉探傷檢測發現的表面裂紋。經對裂紋缺陷產生原因分析，修復方案確定按照《壓力容器定期檢驗規則》規定，用砂輪仔細打磨圓滑（最大打磨深度3.3 mm）后，消除了所有裂紋。第二次開罐檢驗采用熒光磁粉檢測發現的9條裂紋，經打磨處理（最大打磨深度7 mm）后，裂紋消除。兩臺球罐兩次裂紋修復處理消除后，對打磨形成的深度≥2 mm的凹坑，按照TSG特種設備安全技術規范《壓力容器定期檢驗規則》第四十條計算，凹坑無量綱參數G0＜0.1，且打磨凹坑半寬B＞3C時，打磨凹坑在允許范圍內不需補焊。

5 強度校核

V4101A/B罐在兩次檢驗中測出的球殼最小壁厚為S=43.5 mm，按GB150-1998《鋼制壓力容器》進行強度校核。

6 耐壓試驗

2009年7-9月球罐定期檢驗完成后，分別進行了耐壓試驗，試驗壓力按最高工作壓力1.0 MPa×1.25倍，選取試驗壓力1.25 MPa，液壓試驗前按GB12337-98《鋼制球形貯罐》第3.8.2條進行應力校核。耐壓試驗升壓速度按0.5 MPa/10 min，升至1.0 MPa時，保壓10 min；繼續按此升壓速度升至1.25 MPa，保壓30 min；緩慢降壓到1.0 MPa時，保壓10 min。在試驗中，我們與檢驗方共同檢查各部位未見滲漏、異常變形及響聲，液壓試驗合格。

7 氣密性檢漏試驗

檢驗及耐壓試驗結束后，進行了氨檢漏性試驗。按照使用實際最高工作壓力為0.9 MPa，通常在0.8 MPa的情況，我們確定兩臺球罐的氣氨檢漏試驗壓力為1.0 MPa，經試驗，氣氨檢漏合格。

8 安全分析

強度校核及液壓試驗結果反映出該兩臺球罐在現有狀況下，符合強度要求。盡管兩臺球罐在兩次開罐檢驗中發現較多的缺陷（表面裂紋），但罐體材料組織沒有明顯損傷，對發現的全部缺陷進行分析及必要的修復處理后，經無量綱參數計算，打磨凹坑在允許范圍內不需補焊。因此兩臺球罐可以繼續使用。

9 結語

壓力容器在使用過程中，由于長期受壓力和腐蝕，難免使其承壓部件產生各種缺陷。這些缺陷如果不能及早發現并采取措施消除，任其發展擴大，必將在繼續使用過程中惡化，導致嚴重的爆炸事故。從我們公司兩臺球罐兩次定期檢驗中均發現內表面裂紋來看，如果我們不在球罐使用一年多后開罐檢驗和及時處理，那這么多的內表面裂紋，在液氨介質的腐蝕和交變載荷的作用下，裂紋的擴散將導致設備強度失效、造成嚴重事故的發生。因此在壓力容器管理中，必須重視定期檢驗工作。只有嚴格進行定期檢驗，才能及早發現設備潛在危險的缺陷和問題，掌握制造、安裝質量以及缺陷的發展情況，及時消除隱患和修復處理，防患于未然，改善設備的安全狀況，為壓力容器的安全運行提供保障。

參考文獻

[1] 國家質量技術監督檢驗檢疫總局.固定式壓力容器安全技術監察規程.TSG R0004[S].2009-12-01.

[2] 國家質量技術監督檢驗檢疫總局.壓力容器定期檢驗規則TSG R7001[S].2004-09-23.

[3] 國家標準.鋼制球形儲罐GB12337-1998[S].1998.

[4] 國家標準.鋼制壓力容器GB150-1998[S].1998-10-01.

注釋

注1：公式引自TSG特種設備安全技術規范 TSG R7001-2004.壓力容器定期檢驗規.第四十條（二）.

注2：公式引自國家標準.鋼制壓力容器.GB150-1998，公式5-5，1998-10-01.

注3：公式引自國家標準.鋼制球形貯罐.GB12337-1998，公式（4），1998.