鋼制液化石油氣球罐裂紋缺陷的修復

中國石化勝利油建工程有限公司

鋼制液化石油氣球罐裂紋缺陷的修復

丁善福中國石化勝利油建工程有限公司

以某國外天然氣工程項目2000m3液化石油氣球罐為例，通過對現場施工工藝和現場施工條件進行分析，冷裂紋形成條件充分，未采取相應的預防措施是這次裂紋產生的根本原因。根據缺陷的位置、深度及長度，確定從內部還是從外部清除缺陷。對于深度大于25mm的缺陷，應優先選擇從球罐內部清除；否則應從外部清除缺陷。當缺陷清除干凈后，應將返修焊接位置使用砂輪打磨至露出金屬光澤，并繼續打磨約1mm左右，直至將增碳層打磨清除干凈。打磨清除缺陷后，應采用MT的方法對刨槽部位進行檢測。

球罐；裂紋；缺陷；修復；溫度

某國外天然氣項目一期工程，主要包括海上來氣海底管道、氣體處理廠、外輸管道和裝卸設施等，其中有4臺2000m3液化氣球罐在現場組焊。在前2臺球罐的施工中，出現多處焊接裂紋缺陷，對此，施工項目部通過分析焊接裂紋性質和產生原因，確定了裂紋修復方案，實施后效果較好，缺陷全部清除干凈。

1 技術參數

2000m3液化石油氣球罐技術參數為：設計壓力1.77MPa，設計溫度-5～55℃，焊接接頭系數1.0，水壓試驗壓力2.3MPa，容積2026m3，設備凈重331662kg。液化石油氣球罐外形尺寸?15700mm，球罐本體為三帶混合式結構，材質為SA—537 Cl.2，壁厚50mm。

2 焊接缺陷及原因分析

前2臺球罐焊接完成后，分別進行了100%γ射線檢測和超聲檢測，結果發現多處焊接裂紋缺陷，裂紋走向以縱向為主，但也有橫向裂紋，裂紋主要集中在上極帶與赤道帶相焊接的上極環縫及極板焊縫上，并多靠近內側。

材料屬于低合金高強鋼，根據現場自然條件、施工實際情況和裂紋分布情況，可以確定裂紋性質為冷裂紋。冷裂紋的產生主要有三大要素：材料的淬硬性、擴散氫含量及結構剛性。通過對現場施工工藝和現場施工條件進行分析，冷裂紋形成條件充分，未采取相應的預防措施是這次裂紋產生的根本原因。

（1）材質SA537為低合金高強度調質鋼，查閱鋼板質量證明書，實際鋼板屈服強度和抗拉強度均較高，鋼材的淬硬傾向較大，容易產生焊接冷裂紋。

（2）由于現場處于海邊，濕度較大，在未采取后熱的情況下，焊縫中的氫來不及逸出，從而促進裂紋形成。

（3）球罐壁厚50mm，環縫又處在拘束度較高的部位，尤其是上極板環縫處拘束應力較大，導致此處裂紋出現較多。

焊接裂紋的產生是以上綜合因素造成的，根據現有資料情況，由于未考慮到現場施工條件和結構剛性，工藝措施制定欠妥當，如沒有預熱和后熱的要求，加上組焊時可能存在強力組對情況，導致了焊接裂紋的出現。

3 修復措施

3.1 UT定位確認

為了更準確地清除缺陷，用UT確認缺陷的位置、深度及長度，并經檢驗員認可。

3.2 缺陷清除

（1）根據缺陷的位置、深度及長度，確定從內部還是從外部清除缺陷。對于深度大于25mm的缺陷，應優先選擇從球罐內部清除；否則應從外部清除缺陷。

（2）當缺陷清除干凈后，應將返修焊接位置使用砂輪打磨至露出金屬光澤，并繼續打磨約1mm左右，直至將增碳層打磨清除干凈。然后繼續打磨修整成寬度均勻、表面平整、便于施焊的凹槽，長度應不小于50mm，且有一定的坡口角度，包括兩端也需要坡度，坡度控制在50°左右。

（3）打磨清除缺陷后，應采用MT的方法對刨槽部位進行檢測，如果發現缺陷未清除干凈，應繼續打磨并經MT確認，直至把缺陷清除干凈為止。

3.3 焊縫修復

3.3.1 預熱

（1）施焊部位焊接前進行預熱，預熱采用電加熱法，加熱在施焊側的背面進行，加熱范圍以缺陷中心為基準，每側不小于100mm。

（2）預熱溫度不低于150℃，并在施焊側以焊接部位為中心50mm范圍內采用紅外線測溫儀（槍）進行測溫。

（3）預熱充分，保證鋼板內外溫度均勻。（4）焊接過程中不得撤除電加熱裝置。（5）最高預熱溫度不得大于250℃。

3.3.2 施焊工藝要求

（1）焊接前應用磨光機徹底清除返修處及其兩側邊緣20mm范圍內的氧化物、熔渣和金屬粉末等雜物。

（2）返修焊接參數見表1。

表1 返修焊接參數

（3）施焊過程中，不得在焊縫外母材上引弧；每條焊道起弧位置應錯開，起弧點應用磨光機進行打磨，避免弧坑缺陷。

（4）焊接采用多層多道焊，焊條擺寬不得大于12mm。

（5）焊道層間溫度為150～250℃，返修焊接過程中應采用紅外線測溫儀（槍）測量層間溫度。

（6）焊接過程中應仔細進行層間清理，避免產生新的焊接缺陷。返修焊接時盡量避開與原焊道熱影響區的疊加。

（7）焊接時，焊層不宜過厚，每層不宜超過3mm。

（8）焊接完成后立即用保溫巖棉覆蓋焊道，覆蓋范圍應為焊道四周至少各加100mm，并在背面采用電加熱帶（片）加熱進行后熱處理，后熱溫度為300～350℃，后熱時間2h。

（9）返修焊接宜一次完成，焊接過程不得隨意中斷；如因特殊原因中斷焊接時，應立即進行后熱處理；再次施焊前應先檢查焊層表面，確認無裂紋后進行預熱，達到預熱溫度后方可繼續焊接。

（10）焊接完成后，應將焊縫表面的飛濺物和熔渣等清除干凈，并打磨返修焊縫，使其與原焊道外形基本一致并與母材圓滑過渡，然后進行焊縫外觀自檢，自檢合格后做好詳細的返修記錄。

（11）返修焊接完成后，應將原焊縫以外部分的返修焊縫打磨至與母材齊平，并用記號筆做出標記，以方便后續無損檢測工作。

3.4 焊縫打磨

球罐焊接全部合格后，在焊后熱處理之前，應對環縫內外表面進行焊縫余高的打磨。

4 結語

按照上述制定的措施，兩臺球罐返修后完全清除了裂紋缺陷，經無損檢測全部合格。在此基礎上，對后2臺球罐的組裝和焊接施工方案進行了優化完善，有針對性地制定了施工技術措施并付諸實施。目前該工程4臺2000m3液化氣球罐經過焊后熱處理、試壓等工序后，已通過業主驗收。此次缺陷返修方案的實施也為今后在該地區球罐施工積累了經驗，為今后類似項目的工程建設提供了參考和指導。

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.065