液化石油氣儲罐缺陷成因及處理方法

李鵬飛

(六安市特種設備監督檢驗中心, 六安 237000)

液化石油氣儲罐缺陷成因及處理方法

李鵬飛

(六安市特種設備監督檢驗中心, 六安 237000)

對某液化石油氣儲罐定期檢驗時，經磁粉檢測發現其封頭拼接焊縫存在多處缺陷磁痕顯示。分析了缺陷形成原因并制定了相應處理方法；對缺陷進行了打磨、補焊、消除應力熱處理；最后進行耐壓試驗，試驗結果驗證了處理方法的有效性。

裂紋；液化石油氣；儲罐；定期檢驗；磁粉檢測；熱處理

液化石油氣在運輸、儲存、充裝過程中常有事故發生，故必須加強液化石油氣儲存容器等特種設備的監管和定期檢驗工作。

筆者就液化石油氣儲罐在定期安檢中發現缺陷的形成原因，進行了必要的分析，并就此問題提供了相關的解決方案，為液化石油氣的安全運輸和存儲提供了安全保障。

1 案例分析

六安市轄區某液化氣公司站內一臺50 m3液化石油氣儲罐，是由淮南某化機廠于1996年12月制造，并于1997年8月投入使用的；在2015年12月9日實施定期檢驗過程中，經磁粉檢測，發現排污側封頭上A12焊縫距A13焊縫700 mm的M處有缺陷磁痕顯示，磁痕連續長度為45 mm[1-2](見圖1)。經100%磁粉檢測后，發現封頭焊縫存在多處裂紋，筆者就其中最長裂紋M進行了分析。裂紋細節及尖端見圖2，儲罐具體參數見表1。

圖1 儲罐展開示意

名稱參數設計壓力/MPa1．8設計溫度/℃50工作壓力/MPa1．62工作溫度/℃50工作介質液化石油氣公稱直徑/mm2400公稱厚度/mm16(筒體)/18(封頭)容積/m350容器類別ⅢMC主體材料16MnR鋼

圖2 裂紋細節及尖端

2 裂紋的形成機理、檢測過程與原因分析

2.1 裂紋形成機理

(1) 濕H2S破壞及損傷機理：在含水和硫化氫環境中,碳鋼和低合金鋼所發生的損傷，包括氫鼓泡、氫致開裂、應力導向氫致開裂和硫化物應力腐蝕開裂4種形式。

① 氫鼓泡：金屬表面硫化物腐蝕產生的氫原子擴散進入鋼中，在鋼中的不連續處(如夾雜物、裂隙等)聚集并結合生成氫分子，當氫分壓超過臨界值時會引發材料的局部變形，形成鼓泡；② 氫致開裂：氫鼓泡在材料內部不同深度形成時，鼓泡長大導致相鄰的鼓泡不斷連接，形成臺階狀裂紋；③ 應力導向氫致開裂：在焊接殘余應力或其他應力作用下，氫致開裂沿厚度方向不斷相連并形成穿透導致表面的開裂；④ 硫化物應力腐蝕開裂：由于金屬表面硫化物腐蝕過程中產生的原子氫的吸附，而在高應力區(焊縫和熱影響區)聚集形成的一種開裂[3]。

(2) 應力腐蝕開裂：應力腐蝕是金屬材料在腐蝕介質和應力(主要是拉應力)共同作用下產生的一種腐蝕破壞形式。應力腐蝕是金屬材料、腐蝕介質和應力三個因素相互關聯作用的結果。應力腐蝕的表現形態主要是形成不斷擴展的裂紋，是一種在應力作用下的局部腐蝕[4]。

(3) 美國腐蝕工程師協會(NACE)認為，在存有液相水的情況下，H2S的氣相分壓大于0.000 35 Pa時，就存在H2S對設備的腐蝕和破壞的危險性。

2.2 裂紋缺陷檢測過程

2.2.1 硬度測定

(1) 將缺陷部位焊縫、熱影響區、母材區域機械打磨，并用砂紙打磨至符合標準規定的表面粗糙度。

(2) 在焊縫、熱影響區和母材部位采用便攜式硬度計分別測定五次，取平均值作為各部位的硬度值，各檢測部位硬度分別為：焊縫255 HB，熱影響區246 HB，母材180 HB。

2.2.2 磁粉檢測(交叉磁軛法)

(1) 通過多次磁粉檢測，發現缺陷處均有磁痕顯示。

(2) 通過局部目視檢測，發現焊縫處及周圍有打磨痕跡，通過查閱相關定期檢驗報告，均未提及曾經在檢驗過程中出現缺陷并消除的記錄。

(3) 局部機械打磨，通過目視檢測，疑似為焊縫內部存在夾渣。

(4) 對焊縫繼續打磨，并穿插進行磁粉檢測，直至焊縫原缺陷部位未見缺陷磁痕顯示；在罐體外表面進行磁粉檢測，未見缺陷磁痕顯示，打磨結束。

2.3 原因分析

(1) 熱處理不當導致硬度異常。儲罐主體材料為16MnR鋼，是低合金高強度鋼，焊接裂紋敏感性較強，焊后熱處理是為了細化組織晶粒，提高焊縫的斷裂韌性，降低焊縫的殘余應力。有研究證明[5]，焊接部位和熱影響區的布氏硬度高于240 N·mm-2時，材料有開裂傾向，硬度的增高說明殘余應力較大，進而說明熱處理措施沒有達到相關要求。

(2) 通過現場檢測和資料審查，結合打磨過程中缺陷的形態，判斷出缺陷可能是制造過程中遺留下來的。出廠之前，制造過程中焊縫存在的缺陷并被發現，經制造單位處理后未對焊縫補焊過程中造成的夾渣進行處理；出廠后，在盛裝液化石油氣的情況下運行了近20 a，介質中含有濕H2S，同時存在焊接殘余應力，在夾渣的存在下，形成了裂紋。

(3) 濕H2S應力腐蝕開裂，在開罐檢驗的過程中發現，罐體內表面有大量銹蝕，殘液含水量較高,介質中的H2S含量超過了規定范圍。

3 處理方案

3.1 對裂紋進行打磨消除并補焊

(1) 對缺陷部位先做磁粉檢測，后做超聲檢測，確定缺陷位置，用機械打磨機做機械打磨；打磨的同時進行磁粉檢測，直至缺陷完全消除，磁粉檢測未見缺陷磁痕顯示。

(2) 打磨完成后對打磨部位表面進行預處理，然后按照焊接工藝規程，對缺陷部位進行補焊，最后對補焊的棱角部分打磨至圓滑過渡。

(3) 補焊后，釋放應力24 h，然后對補焊位置做磁粉檢測；在確定沒有缺陷后對補焊位置做局部熱處理。

3.2 局部熱處理

(1) 方法：電加熱式局部消除焊接應力。

(2) 工藝要點：① 對返修部位長度和寬度方向二側各加50 mm進行電加熱;② 局部溫度上升至400 ℃時，加熱區的溫度上升速率一般情況下大于55 ℃·h-1，小于220 ℃·h-1，最高加熱到630 ℃;③ 保溫時，加熱區域內的最低溫度與最高溫度之差不能大于80 ℃，保持恒溫600 ℃的情況要1 h左右;④ 為了防止焊接件表面過度氧化，加熱區的空氣在保溫和升溫的過程中應該得到有效地控制;⑤ 電加熱溫度大于400 ℃的情況下，加熱區溫度下降的速度應大于55 ℃·h-1，小于280 ℃·h-1;⑥ 返修部位停止加熱，溫度應小于等于400 ℃，然后在空氣中冷卻。3.3 耐壓試驗

缺陷處理完畢后，進行耐壓試驗(試驗壓力為2.25 MPa)。試驗水為清潔水，環境溫度為15 ℃，符合特種設備安全技術規范的規定，水壓試驗曲線見圖3。(1) 首先用水泵將清潔水注滿，安裝好閥門墊片并隔斷其他無關管道的罐體，打開壓力表和一個

圖3 水壓試驗曲線示意

安全閥。

(2) 用試壓泵緩慢升壓，壓力表有動作后關閉所有安全閥，升壓至2.25 MPa時停止升壓，保壓30 min，觀察罐體情況。

(3) 30 min后緩慢泄壓至設計壓力1.8 MPa，并保壓30 min，觀察罐體情況。

(4) 保壓30 min后，緩慢降壓至0.1 MPa左右，以便液化石油氣置換。

(5) 試驗過程中無異常的響聲，試驗后無滲漏、無可見的異常變形，說明試驗成功，壓力容器符合要求，可以投入運行。

4 結語

(1) 壓力容器的制造，應該嚴格按照生產工藝進行；制造過程中，需要同時進行無損檢測，發現缺陷后要有效、及時地處理。

(2) 對焊接壓力容器的焊工要經常培訓及考核，確保焊接水平能夠達到要求，焊后熱處理參數要符合要求。

(3) 使用單位應選擇優質氣源供應商，嚴格控制液化石油氣中H2S含量。

(4) 配合特種設備檢驗機構認真做好容器的定期檢驗工作，加強管理，建立齊全的設備檔案,并做好容器的運行記錄。

[1] TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術監察規程[S].

[2] TSG R7001-2013 壓力容器定期檢驗規則[S].

[3] GB/T 30579-2014 承壓設備損傷模式識別[S].

[4] 劉金山.壓力容器檢驗員培訓教材[M].北京：中國特檢協會，2014.

[5] 黃嗣羅,張建勛，陳宗強，等.濕H2S環境用16MnR焊接接頭抗氫誘發裂紋的實驗研究[J].焊接技術，2004,33(2)：8-10.

Reasons and Treatment of Defects of LPG Storage Tank

LI Peng-fei

(Lu′an Special Equipment Supervision and Inspection Center, Lu′an 237000, China)

At the periodic inspection of a liquefied petroleum gas tank, magnetic testing of the head butt welds gave indications of magnetic marks of multiple defects. The defect areas were ground and supplemented with welding, and heat treatment was undertaken to eliminate stress. Finally, the pressure test was carried out. The defect formation was analyzed and the corresponding treatment measures were formulated.

Crack; Liquefied petroleum gas; Tank; Periodic inspection; Magnetic particle inspection; Heat treatment

2016-08-27

李鵬飛(1989-)，男，本科，助理工程師，主要從事承壓類特種設備檢驗檢測工作。

李鵬飛，E-mail: 346265152@qq.com。

10.11973/wsjc201703019

TG115.28

B

1000-6656(2017)03-0077-03