臥式液化石油氣容器儲罐裂紋分析及防止

邵洪波

中國石油天然氣管道第二工程有限公司培訓(xùn)中心

臥式液化石油氣容器儲罐裂紋分析及防止

邵洪波

中國石油天然氣管道第二工程有限公司培訓(xùn)中心

一般壓力容器類出現(xiàn)裂紋多數(shù)源于焊縫及其熱影響區(qū)本文已多年施工一線的焊接、管理經(jīng)驗分析裂紋產(chǎn)生的原因，通過材料復(fù)檢、合理焊接工藝、焊后熱處理等工藝有效防止裂紋產(chǎn)生。

臥式容器儲罐；裂紋分析；防止

前言

隨著工程焊接技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代壓力容器也已發(fā)展成典型的全焊結(jié)構(gòu)。壓力容器的焊接成為壓力容器制造過程中最重要最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量直接影響壓力容器的質(zhì)量。壓力容器由于受材質(zhì)選擇、制造安裝、現(xiàn)場焊接等環(huán)節(jié)的不規(guī)范行為造成不少容器殼體焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋，給壓力容器的安全運行埋下隱患。本文就80m3臥式液化石油氣罐裂紋產(chǎn)生原因及防止措施作簡單分析，供同類工程參考。

一、80m3臥式液化石油氣罐基本參數(shù)

容積--80m3；結(jié)構(gòu)型式--臥式；材質(zhì)--Q345 R；直徑--φ2800mm；壁厚--18mm；介質(zhì)--液化石油氣；設(shè)計壓力--1.77Mpa；焊接材料--焊條E5015， 埋弧焊絲H10Mn2焊絲+HJ431焊劑。

二、裂紋產(chǎn)生的原因分析

2.1 材質(zhì)因素

氫含量的增加，使材料脆性升高，硬度增加導(dǎo)致韌性下降，擴(kuò)散氫量對冷裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展起了決定性的作用，含氫量較高，而預(yù)熱溫度不足的情況下，肯定產(chǎn)生裂紋。合金元素對熱裂紋中的結(jié)晶裂紋產(chǎn)生有很大影響，硫、磷的微量存在也都會增高結(jié)晶裂紋的傾向。

2.2 組裝因素

壓力容器在組裝過程中，如果各種尺寸達(dá)不到規(guī)范要求而進(jìn)行強(qiáng)力組裝，就會產(chǎn)生約束應(yīng)力，焊后應(yīng)力無法釋放，是產(chǎn)生裂紋的重要因素。在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和丁字縫等部位常會出現(xiàn)這種情況。

2.3 焊接因素

焊接形成的小缺陷，如表面氣孔、弧坑裂紋等容易產(chǎn)生微裂紋，在壓力容器加壓使用時裂紋容易擴(kuò)張。焊接順序不合理，易使球體內(nèi)的應(yīng)力不能盡最大的釋放，而后的殘余應(yīng)力就很大，從而比較容易形成冷裂紋、熱裂紋。焊接采用的焊接方法、焊接線能量的大小、焊接的預(yù)熱、后熱對裂紋的產(chǎn)生也起到很大作用。

2.4 機(jī)械損傷因素

組裝臨時工夾具部位，其硬度高于其他部位，殘余應(yīng)力也較高，容易產(chǎn)生裂紋。容器板料在運輸、壓制、組裝過程中的碰傷等部位也是容易產(chǎn)生裂紋的地方。

三、施工對策

3.1.材料復(fù)驗

3.1.1 材料表面不允許有裂紋氣泡、夾雜等缺陷；

3.1.2 對容器板進(jìn)行逐張按GB713-2008驗收。

3.1.3 對進(jìn)廠的Q345R進(jìn)行復(fù)驗，其復(fù)驗數(shù)值包括C、P、S的含量必須在質(zhì)保書規(guī)定范圍內(nèi)。

3.1.4 對焊接選用的J507焊條，H10M2焊絲進(jìn)行復(fù)驗，一方面要保證其強(qiáng)度必須與Q345R匹配，另一方面特別強(qiáng)調(diào)要采用低氫焊材， 復(fù)合復(fù)驗結(jié)果。通過復(fù)驗，主要板材、焊材的化學(xué)成份、機(jī)械性能、含氫量等參數(shù)均達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 組裝

組裝時嚴(yán)禁進(jìn)行強(qiáng)力組裝，組裝方法是先利用工裝夾具組對好，然后進(jìn)行整體的間隙、錯邊量和棱角度的測量和調(diào)整，直至完全符合規(guī)范要求，最后進(jìn)行整體定位。定位要在小坡口側(cè)，采用與本體焊接相同的工藝。

3.3 焊接

首先根據(jù)Q345 R這種鋼材形成裂紋的機(jī)理，制定合適焊接工藝參數(shù)，控制線能量輸入。線能量過大會產(chǎn)生輸入的熱量多，晶界低熔相的熔化越嚴(yán)重，晶界處于液態(tài)的時間越長，液化裂紋的傾向就增大，熱影響區(qū)過熱，使晶粒粗大，會降低焊縫的抗裂性能。線能量過小會產(chǎn)生一方面增加焊縫金屬應(yīng)變率，增加結(jié)晶裂紋的傾向；降低冷卻時間，會使熱影響區(qū)淬硬，也不利于氫的逸出，增加裂紋傾向。因此制定了線能量的上下限焊接工藝參數(shù)。在制定焊接順序時，盡量使用大多數(shù)焊縫能在較小剛度的條件下焊接，使焊縫受力較小。

80m3臥式液化石油氣罐的焊接順序如下：先內(nèi)側(cè)后外側(cè)，先縱向后環(huán)縫方向。現(xiàn)場焊接時，嚴(yán)格焊接工藝規(guī)范。焊前要對坡口進(jìn)行清理。對每個焊工的線能量進(jìn)行不停的測量，控制好線能量。焊接收弧時要填滿弧坑，避免弧坑裂紋的產(chǎn)生。在焊縫邊上MT檢驗確定為咬邊或裂紋等缺陷需修補(bǔ)時，為避免應(yīng)力集中，修補(bǔ)長度不得小于50mm，補(bǔ)后焊縫表面應(yīng)進(jìn)行打磨，修補(bǔ)處要進(jìn)行記錄，以后要確認(rèn)表面沒有缺陷存在。

對焊縫內(nèi)部缺陷進(jìn)行修補(bǔ)時應(yīng)符合下列要求：①應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生缺陷的原因，選用適用的焊接方法，并制訂修補(bǔ)工藝。②修補(bǔ)前宜采用超聲檢測確定缺陷的位置和深度，確定修補(bǔ)側(cè)。③當(dāng)內(nèi)部缺陷的清除采用碳弧氣刨時，應(yīng)采用砂輪清除滲碳層，打磨成圓滑過渡，并經(jīng)滲透檢測或磁粉檢測合格后方可進(jìn)行焊接修補(bǔ)。氣刨深度不應(yīng)超過板厚的2/3，當(dāng)缺陷仍未清除時，應(yīng)焊接修補(bǔ)后，從另一側(cè)氣刨。④修補(bǔ)長度不得小于50mm。⑤焊縫修補(bǔ)時，如需預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)取要求值的上限，有后熱處理要求時，焊后應(yīng)立即進(jìn)行后熱處理；線能量應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)，焊短焊縫時，線能量不應(yīng)取下限值。⑥同一部位修補(bǔ)不宜超過兩次，對經(jīng)過兩次修補(bǔ)仍不合格的焊縫，應(yīng)采取可靠的技術(shù)措施，并經(jīng)單位技術(shù)總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后方可修補(bǔ)。⑦焊接修補(bǔ)的部位、次數(shù)和檢測結(jié)果應(yīng)做記錄。⑧各種缺陷清除和焊接修補(bǔ)后均應(yīng)進(jìn)行MT或PT檢測。⑨焊縫內(nèi)部缺陷修補(bǔ)后，應(yīng)進(jìn)行RT檢測或UT檢測。

3.4 預(yù)熱、后熱

焊前預(yù)熱、層間加熱、及容器的整體熱處理。焊前預(yù)熱可以有效防止冷裂紋，消除應(yīng)力，整體熱處理主要消除應(yīng)力，從而降低冷裂、脆斷的傾向，整體熱處理的溫度應(yīng)控制在600℃-640℃，恒溫1小時。

四、結(jié)論

由于對壓力容器裂紋產(chǎn)生的機(jī)理和原因做了充分的分析，制定了一套科學(xué)的壓力容器制造和現(xiàn)場安裝的施工方案，并且在每一步施工環(huán)節(jié)中都采取了相應(yīng)的針對措施，嚴(yán)格質(zhì)量控制和測量驗收，在后期容器焊縫中一次合格率提高了，而且無一張裂紋，在熱處理后的MT檢測中也無一處表面裂紋。這同時也證實了Q345 R材料用在容器上的使用已經(jīng)相當(dāng)成熟。

邵洪波，男，本科學(xué)歷，電焊高級技師，國際焊接工程師，中石油集團(tuán)公司專家，長期從事焊接，培訓(xùn)管理工作。