大型液氨球罐定期檢驗(yàn)的技術(shù)問(wèn)題探討

袁猛

摘 要：該文詳細(xì)地論述大型（6000m3）液氨球罐的缺陷（表面裂紋）檢測(cè)、原因分析及修復(fù)。針對(duì)球罐表面缺陷修復(fù)處理，通過(guò)無(wú)量綱參數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核，著重闡述了壓力容器定期檢驗(yàn)的重要性，從而為球罐的安全使用，提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：球罐 檢驗(yàn) 裂紋 缺陷 處理

中圖分類號(hào)：TQ05 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（b）-0-01

球罐是球形壓力容器，通常用作易燃、易爆、有毒有害介質(zhì)的貯罐。為確保球罐的安全使用，必須按期進(jìn)行定期檢驗(yàn)。定期檢驗(yàn)是確保壓力容器安全使用的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)檢驗(yàn)可以及早發(fā)現(xiàn)壓力容器制造缺陷及運(yùn)行過(guò)程中受介質(zhì)、載荷、溫度和環(huán)境等因素的影響而產(chǎn)生的腐蝕、沖蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、疲勞開(kāi)裂和材料劣化等缺陷隱患，及時(shí)處理，從源頭上消除不安全因素。該公司的兩臺(tái)6000 m3液氨球罐，由南化集團(tuán)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，大連冰山集團(tuán)金州重型機(jī)械有限公司制造，中國(guó)化學(xué)工程第三建設(shè)公司安裝，2005年1月投入運(yùn)行。在4年多的使用過(guò)程中，兩臺(tái)球罐均在赤道焊接接頭內(nèi)表面下方的熔合線及熱影響區(qū)產(chǎn)生了多處表面裂紋。該文就兩臺(tái)液氨球罐投入運(yùn)行以來(lái)兩次定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)裂紋的過(guò)程、裂紋產(chǎn)生原因、修復(fù)處理等技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 球罐的技術(shù)參數(shù)

兩臺(tái)球罐由球殼、人孔蓋和支柱等部件組成，球殼為桔瓣式結(jié)構(gòu)，共有62塊球片，采用現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接而成，焊縫總長(zhǎng)755 m，其中縱縫593 m，環(huán)縫162 m。直徑22600 mm，腐蝕裕度1.5 mm，充裝系數(shù)0.9，實(shí)際操作溫度27.5 ℃，支撐形式為12根支柱。球罐現(xiàn)場(chǎng)組焊好后，采用正壓內(nèi)燃旋轉(zhuǎn)反射式工藝進(jìn)行整體熱處理。

2 定期檢驗(yàn)

2.1 首次定期檢驗(yàn)

按照99版《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第一百三十三條第9款規(guī)定，球形貯罐使用σb≥540 MPa材料制造的，投用一年后應(yīng)開(kāi)罐檢驗(yàn)，查資料得16 MnR材料抗拉強(qiáng)度σb在470-600 MPa之間，根據(jù)球罐投用后的生產(chǎn)及介質(zhì)特性狀況，在兩臺(tái)球罐投用一年多后，我們申請(qǐng)并在2006年6月-9月進(jìn)行了球罐首次定期檢驗(yàn)，檢驗(yàn)單位為云天化壓力容器檢測(cè)站。采用單罐隔離系統(tǒng)方式進(jìn)行檢驗(yàn)。我們編制了檢測(cè)的相關(guān)技術(shù)方案后，按規(guī)范步驟實(shí)施，每個(gè)球罐檢驗(yàn)用時(shí)32 d。

2.2 第二次定期檢驗(yàn)

第二次定期檢驗(yàn)于2009年7-9月進(jìn)行，檢驗(yàn)單位是云南省石油化工鍋爐壓力容器檢測(cè)中心，檢驗(yàn)內(nèi)容增加了球罐耐壓試驗(yàn)。本次檢驗(yàn)對(duì)首次兩臺(tái)球罐修復(fù)處理缺陷部位進(jìn)行了重點(diǎn)檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)上次處理的位置有缺陷（表面裂紋）存在，V4101A罐Ⅲ級(jí)非圓形埋藏缺陷未擴(kuò)展。在V4101A罐內(nèi)表面做磁粉探傷，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)表面赤道環(huán)向焊縫的熔合線上及熱影響區(qū)（非上次發(fā)現(xiàn)部位）有9條裂紋，裂紋最大長(zhǎng)度10 mm，V4101B罐內(nèi)表面磁粉探傷，在內(nèi)表面赤道環(huán)向焊縫的熔合線上及熱影響區(qū)（非上次發(fā)現(xiàn)部位），新發(fā)現(xiàn)8條裂紋，裂紋最大長(zhǎng)度16 mm。

3 缺陷產(chǎn)生原因分析

表面裂紋分布位置集中在內(nèi)表面赤道環(huán)向焊縫的熔合線及熱影響區(qū)，形貌呈線狀。分析裂紋產(chǎn)生的原因。

①材質(zhì)的焊接性②組裝時(shí)的拘束應(yīng)力③腐蝕開(kāi)裂④疲勞裂紋⑤擴(kuò)展裂紋。

4 裂紋缺陷修復(fù)

V4101A罐，首次開(kāi)罐磁粉探傷檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的表面裂紋。經(jīng)對(duì)裂紋缺陷產(chǎn)生原因分析，修復(fù)方案確定按照《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》規(guī)定，用砂輪仔細(xì)打磨圓滑（最大打磨深度3.3 mm）后，消除了所有裂紋。第二次開(kāi)罐檢驗(yàn)采用熒光磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的9條裂紋，經(jīng)打磨處理（最大打磨深度7 mm）后，裂紋消除。兩臺(tái)球罐兩次裂紋修復(fù)處理消除后，對(duì)打磨形成的深度≥2 mm的凹坑，按照TSG特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》第四十條計(jì)算，凹坑無(wú)量綱參數(shù)G0＜0.1，且打磨凹坑半寬B＞3C時(shí)，打磨凹坑在允許范圍內(nèi)不需補(bǔ)焊。

5 強(qiáng)度校核

V4101A/B罐在兩次檢驗(yàn)中測(cè)出的球殼最小壁厚為S=43.5 mm，按GB150-1998《鋼制壓力容器》進(jìn)行強(qiáng)度校核。

6 耐壓試驗(yàn)

2009年7-9月球罐定期檢驗(yàn)完成后，分別進(jìn)行了耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力按最高工作壓力1.0 MPa×1.25倍，選取試驗(yàn)壓力1.25 MPa，液壓試驗(yàn)前按GB12337-98《鋼制球形貯罐》第3.8.2條進(jìn)行應(yīng)力校核。耐壓試驗(yàn)升壓速度按0.5 MPa/10 min，升至1.0 MPa時(shí)，保壓10 min；繼續(xù)按此升壓速度升至1.25 MPa，保壓30 min；緩慢降壓到1.0 MPa時(shí)，保壓10 min。在試驗(yàn)中，我們與檢驗(yàn)方共同檢查各部位未見(jiàn)滲漏、異常變形及響聲，液壓試驗(yàn)合格。

7 氣密性檢漏試驗(yàn)

檢驗(yàn)及耐壓試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行了氨檢漏性試驗(yàn)。按照使用實(shí)際最高工作壓力為0.9 MPa，通常在0.8 MPa的情況，我們確定兩臺(tái)球罐的氣氨檢漏試驗(yàn)壓力為1.0 MPa，經(jīng)試驗(yàn)，氣氨檢漏合格。

8 安全分析

強(qiáng)度校核及液壓試驗(yàn)結(jié)果反映出該兩臺(tái)球罐在現(xiàn)有狀況下，符合強(qiáng)度要求。盡管兩臺(tái)球罐在兩次開(kāi)罐檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)較多的缺陷（表面裂紋），但罐體材料組織沒(méi)有明顯損傷，對(duì)發(fā)現(xiàn)的全部缺陷進(jìn)行分析及必要的修復(fù)處理后，經(jīng)無(wú)量綱參數(shù)計(jì)算，打磨凹坑在允許范圍內(nèi)不需補(bǔ)焊。因此兩臺(tái)球罐可以繼續(xù)使用。

9 結(jié)語(yǔ)

壓力容器在使用過(guò)程中，由于長(zhǎng)期受壓力和腐蝕，難免使其承壓部件產(chǎn)生各種缺陷。這些缺陷如果不能及早發(fā)現(xiàn)并采取措施消除，任其發(fā)展擴(kuò)大，必將在繼續(xù)使用過(guò)程中惡化，導(dǎo)致嚴(yán)重的爆炸事故。從我們公司兩臺(tái)球罐兩次定期檢驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面裂紋來(lái)看，如果我們不在球罐使用一年多后開(kāi)罐檢驗(yàn)和及時(shí)處理，那這么多的內(nèi)表面裂紋，在液氨介質(zhì)的腐蝕和交變載荷的作用下，裂紋的擴(kuò)散將導(dǎo)致設(shè)備強(qiáng)度失效、造成嚴(yán)重事故的發(fā)生。因此在壓力容器管理中，必須重視定期檢驗(yàn)工作。只有嚴(yán)格進(jìn)行定期檢驗(yàn)，才能及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在危險(xiǎn)的缺陷和問(wèn)題，掌握制造、安裝質(zhì)量以及缺陷的發(fā)展情況，及時(shí)消除隱患和修復(fù)處理，防患于未然，改善設(shè)備的安全狀況，為壓力容器的安全運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.TSG R0004[S].2009-12-01.

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[3] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).鋼制球形儲(chǔ)罐GB12337-1998[S].1998.

[4] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).鋼制壓力容器GB150-1998[S].1998-10-01.

注釋

注1：公式引自TSG特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范 TSG R7001-2004.壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī).第四十條（二）.

注2：公式引自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).鋼制壓力容器.GB150-1998，公式5-5，1998-10-01.

注3：公式引自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).鋼制球形貯罐.GB12337-1998，公式（4），1998.