鋼制液化石油氣球罐裂紋缺陷的修復(fù)

中國石化勝利油建工程有限公司

鋼制液化石油氣球罐裂紋缺陷的修復(fù)

丁善福中國石化勝利油建工程有限公司

以某國外天然氣工程項目2000m3液化石油氣球罐為例，通過對現(xiàn)場施工工藝和現(xiàn)場施工條件進行分析，冷裂紋形成條件充分，未采取相應(yīng)的預(yù)防措施是這次裂紋產(chǎn)生的根本原因。根據(jù)缺陷的位置、深度及長度，確定從內(nèi)部還是從外部清除缺陷。對于深度大于25mm的缺陷，應(yīng)優(yōu)先選擇從球罐內(nèi)部清除；否則應(yīng)從外部清除缺陷。當(dāng)缺陷清除干凈后，應(yīng)將返修焊接位置使用砂輪打磨至露出金屬光澤，并繼續(xù)打磨約1mm左右，直至將增碳層打磨清除干凈。打磨清除缺陷后，應(yīng)采用MT的方法對刨槽部位進行檢測。

球罐；裂紋；缺陷；修復(fù)；溫度

某國外天然氣項目一期工程，主要包括海上來氣海底管道、氣體處理廠、外輸管道和裝卸設(shè)施等，其中有4臺2000m3液化氣球罐在現(xiàn)場組焊。在前2臺球罐的施工中，出現(xiàn)多處焊接裂紋缺陷，對此，施工項目部通過分析焊接裂紋性質(zhì)和產(chǎn)生原因，確定了裂紋修復(fù)方案，實施后效果較好，缺陷全部清除干凈。

1 技術(shù)參數(shù)

2000m3液化石油氣球罐技術(shù)參數(shù)為：設(shè)計壓力1.77MPa，設(shè)計溫度-5～55℃，焊接接頭系數(shù)1.0，水壓試驗壓力2.3MPa，容積2026m3，設(shè)備凈重331662kg。液化石油氣球罐外形尺寸?15700mm，球罐本體為三帶混合式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為SA—537 Cl.2，壁厚50mm。

2 焊接缺陷及原因分析

前2臺球罐焊接完成后，分別進行了100%γ射線檢測和超聲檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多處焊接裂紋缺陷，裂紋走向以縱向為主，但也有橫向裂紋，裂紋主要集中在上極帶與赤道帶相焊接的上極環(huán)縫及極板焊縫上，并多靠近內(nèi)側(cè)。

材料屬于低合金高強鋼，根據(jù)現(xiàn)場自然條件、施工實際情況和裂紋分布情況，可以確定裂紋性質(zhì)為冷裂紋。冷裂紋的產(chǎn)生主要有三大要素：材料的淬硬性、擴散氫含量及結(jié)構(gòu)剛性。通過對現(xiàn)場施工工藝和現(xiàn)場施工條件進行分析，冷裂紋形成條件充分，未采取相應(yīng)的預(yù)防措施是這次裂紋產(chǎn)生的根本原因。

（1）材質(zhì)SA537為低合金高強度調(diào)質(zhì)鋼，查閱鋼板質(zhì)量證明書，實際鋼板屈服強度和抗拉強度均較高，鋼材的淬硬傾向較大，容易產(chǎn)生焊接冷裂紋。

（2）由于現(xiàn)場處于海邊，濕度較大，在未采取后熱的情況下，焊縫中的氫來不及逸出，從而促進裂紋形成。

（3）球罐壁厚50mm，環(huán)縫又處在拘束度較高的部位，尤其是上極板環(huán)縫處拘束應(yīng)力較大，導(dǎo)致此處裂紋出現(xiàn)較多。

焊接裂紋的產(chǎn)生是以上綜合因素造成的，根據(jù)現(xiàn)有資料情況，由于未考慮到現(xiàn)場施工條件和結(jié)構(gòu)剛性，工藝措施制定欠妥當(dāng)，如沒有預(yù)熱和后熱的要求，加上組焊時可能存在強力組對情況，導(dǎo)致了焊接裂紋的出現(xiàn)。

3 修復(fù)措施

3.1 UT定位確認(rèn)

為了更準(zhǔn)確地清除缺陷，用UT確認(rèn)缺陷的位置、深度及長度，并經(jīng)檢驗員認(rèn)可。

3.2 缺陷清除

（1）根據(jù)缺陷的位置、深度及長度，確定從內(nèi)部還是從外部清除缺陷。對于深度大于25mm的缺陷，應(yīng)優(yōu)先選擇從球罐內(nèi)部清除；否則應(yīng)從外部清除缺陷。

（2）當(dāng)缺陷清除干凈后，應(yīng)將返修焊接位置使用砂輪打磨至露出金屬光澤，并繼續(xù)打磨約1mm左右，直至將增碳層打磨清除干凈。然后繼續(xù)打磨修整成寬度均勻、表面平整、便于施焊的凹槽，長度應(yīng)不小于50mm，且有一定的坡口角度，包括兩端也需要坡度，坡度控制在50°左右。

（3）打磨清除缺陷后，應(yīng)采用MT的方法對刨槽部位進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)缺陷未清除干凈，應(yīng)繼續(xù)打磨并經(jīng)MT確認(rèn)，直至把缺陷清除干凈為止。

3.3 焊縫修復(fù)

3.3.1 預(yù)熱

（1）施焊部位焊接前進行預(yù)熱，預(yù)熱采用電加熱法，加熱在施焊側(cè)的背面進行，加熱范圍以缺陷中心為基準(zhǔn)，每側(cè)不小于100mm。

（2）預(yù)熱溫度不低于150℃，并在施焊側(cè)以焊接部位為中心50mm范圍內(nèi)采用紅外線測溫儀（槍）進行測溫。

（3）預(yù)熱充分，保證鋼板內(nèi)外溫度均勻。（4）焊接過程中不得撤除電加熱裝置。（5）最高預(yù)熱溫度不得大于250℃。

3.3.2 施焊工藝要求

（1）焊接前應(yīng)用磨光機徹底清除返修處及其兩側(cè)邊緣20mm范圍內(nèi)的氧化物、熔渣和金屬粉末等雜物。

（2）返修焊接參數(shù)見表1。

表1 返修焊接參數(shù)

（3）施焊過程中，不得在焊縫外母材上引弧；每條焊道起弧位置應(yīng)錯開，起弧點應(yīng)用磨光機進行打磨，避免弧坑缺陷。

（4）焊接采用多層多道焊，焊條擺寬不得大于12mm。

（5）焊道層間溫度為150～250℃，返修焊接過程中應(yīng)采用紅外線測溫儀（槍）測量層間溫度。

（6）焊接過程中應(yīng)仔細(xì)進行層間清理，避免產(chǎn)生新的焊接缺陷。返修焊接時盡量避開與原焊道熱影響區(qū)的疊加。

（7）焊接時，焊層不宜過厚，每層不宜超過3mm。

（8）焊接完成后立即用保溫巖棉覆蓋焊道，覆蓋范圍應(yīng)為焊道四周至少各加100mm，并在背面采用電加熱帶（片）加熱進行后熱處理，后熱溫度為300～350℃，后熱時間2h。

（9）返修焊接宜一次完成，焊接過程不得隨意中斷；如因特殊原因中斷焊接時，應(yīng)立即進行后熱處理；再次施焊前應(yīng)先檢查焊層表面，確認(rèn)無裂紋后進行預(yù)熱，達到預(yù)熱溫度后方可繼續(xù)焊接。

（10）焊接完成后，應(yīng)將焊縫表面的飛濺物和熔渣等清除干凈，并打磨返修焊縫，使其與原焊道外形基本一致并與母材圓滑過渡，然后進行焊縫外觀自檢，自檢合格后做好詳細(xì)的返修記錄。

（11）返修焊接完成后，應(yīng)將原焊縫以外部分的返修焊縫打磨至與母材齊平，并用記號筆做出標(biāo)記，以方便后續(xù)無損檢測工作。

3.4 焊縫打磨

球罐焊接全部合格后，在焊后熱處理之前，應(yīng)對環(huán)縫內(nèi)外表面進行焊縫余高的打磨。

4 結(jié)語

按照上述制定的措施，兩臺球罐返修后完全清除了裂紋缺陷，經(jīng)無損檢測全部合格。在此基礎(chǔ)上，對后2臺球罐的組裝和焊接施工方案進行了優(yōu)化完善，有針對性地制定了施工技術(shù)措施并付諸實施。目前該工程4臺2000m3液化氣球罐經(jīng)過焊后熱處理、試壓等工序后，已通過業(yè)主驗收。此次缺陷返修方案的實施也為今后在該地區(qū)球罐施工積累了經(jīng)驗，為今后類似項目的工程建設(shè)提供了參考和指導(dǎo)。

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.065