液化石油氣儲罐氫鼓泡檢驗案例分析

張義磊 孫一華

（泰安市特種設備檢驗研究院）

0 前言

液化石油氣儲罐是存儲液化石油氣的壓力容器，其保有量與日俱增。由于其存儲介質成分復雜，具有易燃、易爆等特性，且工作環(huán)境較為惡劣，因此可能存在的失效模式較多，給檢驗人員的檢驗、檢測工作帶來一定的困難。對某臺液化石油氣儲罐進行檢驗時，發(fā)現(xiàn)罐內存在一些異形缺陷。通過理論分析和實物檢驗的方式，確定了缺陷生成的原因，可為檢驗人員的檢驗、檢測和使用單位的安全管理工作提供參考。

1 設備基本情況

某液化氣站的一臺液化石油氣儲罐，是該站內附屬的殘液罐，制造日期為2001 年，設計使用年限為20 a，其具體參數(shù)如表1 所示。

表1 儲罐參數(shù)

2 檢驗情況

使用單位于2019 年12 月1 日申請設備檢驗，該儲罐已接近設計使用年限，因此應重點關注，檢驗人員根據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)案規(guī)程》編制了其專用的檢驗方案，該檢驗方案與其他壓力容器的通用檢驗方案相比，突出了以下幾點。

（1）資料審查

該設備移裝后首次檢驗，因此對于其設計、制造、安裝竣工資料（包含前一使用單位的安裝、竣工資料）、修理改造資料、日常使用維護資料和定期檢驗資料年度檢查資料等，應進行詳細、徹底的審查。

（2）檢驗項目和方法

由于其介質為液化石油氣，制造材料為16MnR，綜合考慮其失效模式，較有可能發(fā)生的損傷是腐蝕減薄和環(huán)境開裂。因此在檢驗方案中，增加了測厚的點數(shù)，并對內壁所有縱、環(huán)焊縫采用100%埋藏缺陷檢測和表面無損檢測的方式，對所有的角接焊縫采用100%滲透檢測。

3 檢驗中發(fā)現(xiàn)的問題

根據(jù)專用檢驗方案，對該液化石油氣儲罐進行檢驗。經審查，其資料齊全，設計、制造和歷年的定期檢驗報告均保存良好，且在整個使用過程中該儲罐并未經過修理和改造，但是使用單位未按要求對其進行年度檢查。

對儲罐內進行宏觀檢查時，發(fā)現(xiàn)其封頭下半部分有15 個顏色為白色，直徑為30～60 mm，高度為5～15 mm 的異形缺陷，初步判斷為鼓泡缺陷。對該缺陷周圍增加測厚點數(shù)，發(fā)現(xiàn)其附近內壁往外測壁厚僅有 6±2 mm；而在同樣的位置，從外壁向內壁測得的壁厚為10±2 mm。打磨鼓泡的位置，并用滲透檢測進行無損檢測后可知，有些鼓泡內部存在30～50 mm長度不等的潛在裂紋。

4 缺陷成因分析

查閱使用單位留存的檔案資料，對該壓力容器筒體及封頭的材料、元素含量和力學性能進行分析。從資料中可以發(fā)現(xiàn)，封頭材料中Mn 元素的含量比筒體材料稍高，而且其抗拉強度、屈服強度均比筒體材料高。16MnR 是我國自主研發(fā)的一種壓力容器專用鋼材，大多數(shù)液化石油氣儲罐都采用16MnR 這種材料制造，其最大缺點是具有較高的濕H2S 腐蝕敏感性。

本次檢驗的液化石油氣貯罐使用時間為 18 a，查閱歷年的檢驗報告，未發(fā)現(xiàn)任何關于氫鼓泡的記錄和其他任何危害儲罐使用安全的缺陷。從前述液化石油氣的成分分析，其中含有的少量硫化氫容易與水分相結合，形成濕硫化氫氛圍，產生濕硫化氫破壞。這臺壓力容器長年處于濕硫化氫環(huán)境中，使得16MnR材料和H2S 反應生成的氫向鋼中擴散，在鋼材的非金屬夾雜物、分層和其他不連續(xù)處聚集形成氫分子，由于鋼組織內部的氫分子很難逸出，使其產成強大內壓，導致其周圍組織屈服，形成表面層下平面孔穴結構（即氫鼓泡）。與此同時，在材料內部不同深度形成氫鼓泡時，鼓泡長大會導致相臨的鼓泡不斷連接，形成臺階狀裂紋。對其他筒體和封頭進行了仔細檢測后可知，在沒有分層的板材部位均未發(fā)現(xiàn)氫鼓泡缺陷。說明該儲罐是因為封頭材料分層且液化石油氣中的硫化氫含量超標而產生氫鼓泡開裂。

5 缺陷處理及措施

根據(jù)TSG 21—2016 標準中關于定期檢驗的規(guī)定，本次檢驗將該壓力容器的安全技術等級評定為5 級。鼓泡的點數(shù)較多，打磨深度較大，鋼板分層的面積較大，且該壓力容器使用時間長，維修性價比低，因此建議使用單位立即停止使用該壓力容器，同時向監(jiān)察部門辦理報廢手續(xù)。為了防止設備再次發(fā)生氫鼓泡現(xiàn)象，建議用戶和廠方采取以下改進措施：（1）嚴格控制液化石油氣中H2S 和水的含量；（2）采用涂層的方法使罐體內表面形成保護膜，將鋼板與硫化氫環(huán)境隔絕，防止鋼材受損；（3）選用低硫磷的抗硫化氫腐蝕的專用鋼材制造設備；（4）嚴格控制分層鋼板的使用。

6 總結

在檢驗中發(fā)現(xiàn)，該設備缺陷是由制造時的鋼板分層缺陷和使用過程中的應力腐蝕介質含量超標共同作用產生的。特種設備的監(jiān)督管理覆蓋了設計、制造、使用、檢驗等全過程，只有在每個環(huán)節(jié)都嚴格按照國家標準執(zhí)行，才能預防事故發(fā)生。