LNG 子母罐定期檢驗缺陷分析及處理

趙世強，張金陽，李飛杰

（西安特種設備檢驗檢測院，陜西西安 710065）

0 引言

LNG 子母罐因具有建設周期短、設施造價低等特點，已成為許多管輸天然氣的補充氣源或城市調峰、應急氣源。LNG 子母罐開罐檢驗需要搭設腳手架扒出夾層珠光砂，檢驗準備階段、檢驗及設備恢復階段周期長、費用高。

1 LNG 子母罐定期檢驗

某公司在用的2 臺子母罐各由7 個子罐和1 個母罐組成，見圖1、圖2。子罐：設計壓力0.55 MPa，設計溫度-196 ℃，內徑3800 mm，主體材料0Cr18Ni9，容積263.3 m3，類別屬于第Ⅲ類壓力容器，2008 年8 月建造。子罐間連接管道和母罐在現場組焊，建成后于2008 年12 月投入使用。2019 年5 月發現B 罐夾層中可燃氣體含量不斷增加，于2019 年9 月扒出夾層珠光砂開罐進行內部檢驗。

圖1 子母罐結構示意

圖2 子罐罐頂布局

2 檢驗中發現的問題

2.1 泄漏

B 罐頂部氣相管接壓力變送器出母罐部位（保溫管內）經泄漏性試驗發現有泄漏點。

2.2 連接管道管件壁厚異常

（1）A 罐頂連接管道變徑（Ф108/Ф89）×5 mm 測厚異常，最小壁厚2.47 mm。

（2）A 罐底進液總管Ф159×5（6）mm彎頭（第1、第2 個）壁厚異常，最小壁厚分別為3.60 mm、3.70 mm；B 罐罐底進液總管Ф159×5（6）mm 彎頭（第1、第2 個）壁厚異常，最小壁厚分別為3.56 mm、3.81 mm。

（3）B 罐底部進液總管（（Ф219/Ф219）×5（6）mm）兩個三通管件減薄異常，最小壁厚3.64 mm、3.37 mm。

2.3 連接管道焊縫缺陷超標

連接管道焊縫經100%RT 檢測,有18 個焊口（32 張片子）存在未焊透、未熔合超標缺陷。

2.4 深孔、裂紋

（1）A 罐進液總管環焊縫DJY-34 下側焊縫熱影響區小孔Ф2 mm，深約1.5 mm。

（2）A 罐8#子罐環焊縫B1-1（B2），距離縱焊縫（逆）550 mm 處，凹槽內表面裂紋長4 mm。

（3）A 罐進液總管DJY-27 焊縫表面裂紋長約4 mm。

（4）B 罐3#子罐環焊縫B1-12（B13）距離縱焊縫（順）2760 mm 處表面裂紋長4～5 mm（圖3）。

圖3 子罐環焊縫表面裂紋

（5）B 罐BOG 管-8#焊縫下側熱影響區表面裂紋長2～3 mm（圖4）。

圖4 BOG 管表面裂紋

（6）B 罐泵后回流管環焊縫LNG-BH10，環焊縫下側母材表面裂紋長40 mm（圖5）。

圖5 泵后回流管母材表面裂紋

3 缺陷分析及處理

3.1 泄漏

氣相管接壓力變送器出母罐部位泄漏點為針孔，屬制造缺陷，當時泄漏試驗未檢出，經長期使用顯露出來。此缺陷消除補焊后經氣密試驗合格。

3.2 連接管道管件壁厚異常

查運行記錄，管道內外側介質均無腐蝕性特性，可以排除腐蝕減薄可能性；管內介質流速很小，可以排除沖刷減薄可能性。與使用單位、安裝單位負責人溝通后，判斷為安裝時質量把控不嚴，對外購管件進廠未進行嚴格復檢，管件安裝時已存在壁薄問題。為確保設備安全運行，更換全部壁厚異常管件。

3.3 連接管道焊縫缺陷超標

兩臺子母罐在安裝組焊時，連接管道進行了100%RT、100%PT 檢測，檢測單位和監理單位相關人員把關不嚴，未進行安裝監檢，連接管道焊縫超標屬安裝組焊時產生的缺陷，未發現新生缺陷。焊縫缺陷（未焊透、未熔合）超標嚴重的18 個焊口返修處理。

3.4 深孔、裂紋

深孔屬制造缺陷，打麿消除后補焊處理，PT 合格。裂紋（B罐泵后回流管母材表面裂紋除外）打麿1～2 mm 即可消除，此類裂紋一是屬于制造過程產生的缺陷，PT 檢測時未發現；二是焊接時產生應力，設備長時間運行后應力釋放產生。

3.5 B 罐泵后回流管母材表面裂紋

打麿約2 mm 后裂紋未消除，且開口變大（圖6），此段管道更換處理。

圖6 泵后回流管母材表面裂紋

管道規格Ф89×4 mm，材料：0Cr18Ni9（GB/T 14976—2002），對更換的管段委托西安摩爾石油工程實驗室進行機械性能試驗及微觀檢測。

3.5.1 理化性能分析

（1）化學成分。取樣，采用直讀光譜儀對其化學成分進行分析。由結果可知，該不銹鋼管的P 含量（0.039%）高于GB/T 14976—2002 要求（≤0.035%）上限0.004%，依據GB/T 222—2006，鋼的化學成分允許偏差，不銹鋼成品化學成分允許上偏差為0.005，因此，該不銹鋼管的P 含量合格；該不銹鋼管的C、Si、Mn、S、Cr、Ni 等元素含量均滿足要求。

（2）力學性能。取樣進行拉伸試驗，采用縱向板狀拉伸試樣，標距內直徑為20 mm，試驗溫度為室溫，由試驗結果可知，該不銹鋼管的抗拉強度、屈服強度、伸長率均滿足GB/T 14976—2002 要求。

（3）金相組織。在不銹鋼的母材和焊縫區域取樣，金相顯微鏡下觀察其金相組織，母材組織為奧氏體，焊縫組織為柱狀晶（圖7、圖8）。管道所用材料符合設計要求，未發生材料用錯。

圖7 不銹鋼母材金相組織

圖8 焊縫組織

3.5.2 微觀分析

（1）裂紋金相分析。裂紋間隙存在氧化產物，形貌見圖9、圖10。

圖9 裂紋間隙氧化物（1）

圖10 裂紋間隙氧化物（2）

對上述試樣金相浸蝕后，發現裂紋兩側存在沿晶微裂紋。不銹鋼管外壁也存在沿晶微裂紋（圖11、圖12）。

圖11 裂紋兩側的沿晶微裂紋

圖12 金相浸蝕后外壁微裂紋形貌

（2）能譜分析。對裂紋間隙的腐蝕產物進行能譜分析，分析位置見圖13，分析結果見表1。由結果可知，裂紋表面腐蝕產物中Fe 和O 含量較高，推測為Fe 的氧化物。

表1 裂紋間隙能譜分析結果

圖13 裂紋間隙能譜分析位置

通過以上分析可知：宏觀分析裂紋間隙存在氧化產物，裂紋兩側存在沿晶微裂紋；微觀分析表明，裂紋表面均為熔融的晶粒狀，且覆蓋有腐蝕產物；能譜分析表明，裂紋表面和裂紋間隙腐蝕產物的Fe 和O 含量較高，推測為Fe 的氧化物，而使用環境無產生Fe 的氧化物的條件，因此判定該不銹鋼管裂紋屬于折疊裂紋，可能是在熱軋時形成，出廠時未檢出，使用過程中裂紋擴展至外表面，檢驗中被發現。

4 結束語

LNG 子母罐常規檢驗中發現的問題：泄漏、子罐焊縫表面裂紋、連接管道管件減薄異常、連接管道深孔缺陷、連接管道射線檢測缺陷超標及連接管道母材表面裂紋等，對這些缺陷產生的原因進行深入分析并提出整改建議，以消除設備安全隱患。