安徽省特種設備檢測院淮北分院 禚獻成

液化石油氣儲罐裂紋分析及修復

安徽省特種設備檢測院淮北分院 禚獻成

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，安全生產(chǎn)越來越受到人們的重視。工業(yè)發(fā)展在帶來更好的物質(zhì)生活條件的同時，還會帶來嚴重的災害。而壓力容器就是這種易發(fā)生災害的特種設備。液化石油氣儲罐是Ⅲ類壓力容器，如果液化石油氣儲罐發(fā)生事故，可能會給人民的生命財產(chǎn)帶來難以估量的損失。因此對液化石油氣儲罐進行檢驗，提前發(fā)現(xiàn)問題，并解決問題，將是保證這一安全性的重要手段。

一、概述

某液化氣站有50m3液化石油氣儲罐一臺，2007年2月制造，2007年7月投入運行，2010年12月進行全面檢驗，發(fā)現(xiàn)液相管角焊縫上出現(xiàn)一條裂紋。該罐的主要參數(shù)如下：

容器內(nèi)徑：2 400mm； 容器長：11 500mm；

容器面積：50m3； 容器材質(zhì)：16MnR；

公稱壁厚：筒體，14mm；封頭，16mm；設計壓力：1.77MPa；

操作壓力：0.8 MPa； 設計溫度：50℃；

操作溫度：50℃； 介質(zhì)：液化石油氣；

容器類別：Ⅲ類。

二、缺陷狀況

在對其內(nèi)部進行100%MT檢驗時，于液相管角焊縫上發(fā)現(xiàn)一條100mm的裂紋。裂紋一端連著一弧坑，裂紋長度約占焊縫總長度的三分之一，如圖1。隨后對焊縫裂紋進行打磨，磨至與筒體持平時，還能看到清晰的裂紋，當磨至7mm時發(fā)現(xiàn)空洞，證實是未焊透，如圖2。

圖1 打磨前

圖2 打磨后

三、裂紋產(chǎn)生的原因

1. 對焊縫進行硬度測試，為HB146-150，硬度在正常范圍內(nèi)。排除因硬度過高產(chǎn)生裂紋的因素。

2. 從圖上可以看出，焊縫的一端連著弧坑，底部未焊透。制造廠往往對焊縫的表面質(zhì)量把關不嚴，只對筒體的對接焊縫嚴格做射線探傷或超聲波探傷檢查，而對那些接管角焊縫重視不足，所以接管角焊縫常存在弧坑、未焊透等缺陷。

3. 由于原油的質(zhì)量越來越差，原油中的硫化氫越來越高，致使壓力容器很多都在濕硫化氫的環(huán)境中使用，因腐蝕而生成的原子氫滲入鋼中，并在局部聚集，致使鋼材內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。在濕硫化氫環(huán)境中，硫化氫會發(fā)生電離，使水具有酸性，硫化氫在水中的離解反應式為：

硫化氫 ＝ H+＋ HS－HS－＝ H+＋ S2－

而發(fā)生的硫化氫電化學腐蝕過程：

其中，Had為鋼表面吸附的氫原子，[H]為鋼中的擴散氫

陽極反應產(chǎn)物： Fe2＋＋ S2－→ FeS ↓

由于焊縫上存在弧坑，從而很容易發(fā)生局部腐蝕，隨著腐蝕的加劇，弧坑越來越接近焊縫的缺陷位置。同時[H]在筒體表面游動，不斷地滲入內(nèi)部，而由于弧坑的存在，在應力引導下，它更容易進入有缺陷的位置，并不斷地在缺陷位置聚集，從而使接頭焊縫開裂，產(chǎn)生裂紋。而隨著[H]聚集越來越多，壓力越大，裂紋沿著焊縫缺陷處不斷向表面方向擴展，從而形成現(xiàn)在裂紋的形態(tài)。它遵循下述規(guī)律：潛伏期—裂紋出現(xiàn)期—裂紋擴展期，斷裂。這種破壞帶有較大的突然性，較難預測。

四、缺陷處理

1. 角焊縫未焊透也將影響到在用壓力容器的安全狀況等級評定，因為它是事故的隱患，危害性很大。檢查發(fā)現(xiàn)有裂紋的接管角焊縫必須返修合格。

2. 修復的焊接。

（1）參與修復施焊的焊工必須持有國家技術質(zhì)量監(jiān)督部門頒發(fā)的焊工合格證，在有效期間擔任合格項目范圍內(nèi)的焊接工作。施焊前認真對焊工進行培訓和考試，合格后方可進行罐的修補焊接。

（2）用碳弧氣刨或砂輪打磨方法清除裂紋，清根、開坡口，施焊前應將焊縫表面和兩側(cè)至少20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹、水分及其他有害雜質(zhì)清除干凈。

（3）焊接前必須進行預熱，須準確，預熱溫度為75～100℃。

（4）根據(jù)合格的焊接工藝評定制訂焊接工藝卡，嚴格按工藝卡規(guī)定的焊接工藝參數(shù)進行焊接。焊條選用E5015或E4315，Φ3.2mm，焊接電流90～120A，電壓22～26V。

（5）焊接修補后，使用預熱裝置立即進行后熱消氫處理，后熱溫度為200～230℃，并用保溫棉覆蓋修補部位內(nèi)外兩側(cè)，保溫時間0.5小時。

（6）焊接完成后應將焊縫及邊緣打磨光滑，余高為0～2.5mm。經(jīng)外觀檢查、磁粉探傷、X射線探傷、超聲波探傷合格后，才能確認焊縫返修合格。所有無損檢測均按JB/T4730《承壓設備無損檢測》進行，X射線探傷Ⅱ級合格，且不允許存在表面或近表面的條狀夾渣。超聲波探傷Ⅰ級合格。磁粉檢測不允許有任何可見磁痕顯示，Ⅰ級合格。

（7）水壓試驗合格后投用。

五、結(jié)論與建議

1. 接管角焊縫出現(xiàn)裂紋主要是存在未焊透、弧坑等缺陷。

2. 為控制液化石油氣中的硫化氫含量，生產(chǎn)廠家應按照有關質(zhì)量標準的規(guī)定，研制并制訂新的脫硫、脫水工藝，最大限度地減少硫化氫含量。

3. 罐體在預制過程中，管接頭處焊接時，應制定合理的焊接工藝，并嚴格執(zhí)行。同時加強罐體出廠前的檢查，盡量把發(fā)現(xiàn)問題這一環(huán)節(jié)控制在使用之前，以確保設備安全運行。

4. 罐體在進行檢驗過程中，管接頭處焊縫的無損檢測是必不可少的，應給予足夠的重視。