石油液化氣球罐應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)氫腐蝕的檢測(cè)

楊在東 王世龍 馬海軍

摘要：在含有H2S介質(zhì)的環(huán)境中使用的容器檢驗(yàn)應(yīng)當(dāng)注意氫腐蝕。2006年9月在某煉油廠的4臺(tái)400m3 石化液化氣的球罐檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的氫鼓泡現(xiàn)象。鼓泡散布內(nèi)壁，在氣液相交界面較為集中和嚴(yán)重，屬無法修復(fù)的材料劣化。使用10年時(shí)間需停用，在煉油工藝裝置中載有含H2S成份介質(zhì)的壓力容器尚有很多，而在平常的檢驗(yàn)檢測(cè)當(dāng)中，最多見的是均勻腐蝕，及易疏忽氫腐蝕所造成的材料劣化，所以氫腐蝕應(yīng)當(dāng)引起檢驗(yàn)檢測(cè)人員的高度重視。

關(guān)鍵詞：球罐 檢驗(yàn)檢測(cè) 缺陷 氫腐蝕 結(jié)束語

1 檢驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象

①球罐概況：安裝時(shí)間：1996年，容積：400m3，規(guī)格：Φ9200×32mm，材質(zhì)：16MnR，設(shè)計(jì)壓力：1.8MPa，設(shè)計(jì)溫度：-9∽50℃，介質(zhì)：石油液化氣、原料氣。

②檢驗(yàn)檢測(cè)異常狀況：罐體外壁測(cè)厚為32mm，將其厚度減薄到20mm左右。面積大小不一，其中面積最大為1500mm×150mm，最小的僅為點(diǎn)狀，并且100mm×100mm的點(diǎn)比較多。這些點(diǎn)在氣液相交界面分布著，主要集中在鋼板中部，焊縫兩側(cè)邊緣的點(diǎn)比較少。

2 檢測(cè)缺陷

①對(duì)板材外壁缺陷部位利用超聲波進(jìn)行檢測(cè)，在各個(gè)方向利用5P10×10K1斜探頭進(jìn)行掃查，同時(shí)在22mm-28mm范圍內(nèi)出現(xiàn)族狀波反射，并且這些波此起彼伏，并能進(jìn)入Ⅲ區(qū)，如果探頭稍微移動(dòng)，在這種情況下就會(huì)出現(xiàn)連接、復(fù)蓋等現(xiàn)象，進(jìn)而使得某個(gè)波的指示長(zhǎng)度在一定程度上無法測(cè)出，如圖一所示。

②外壁硬度值HB=118-124。

③對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行宏觀檢查，如果外壁存在缺陷，在這種情況下，其相對(duì)應(yīng)的內(nèi)壁就會(huì)出現(xiàn)鼓泡。并且這些鼓泡大小不一，甚至也沒有鼓泡。

④內(nèi)壁鼓泡上磨出平面，厚度為6-10mm，與外壁測(cè)厚點(diǎn)吻合。

⑤內(nèi)壁鼓泡上磨出平面用斜探頭探測(cè)，在各個(gè)方向掃查，均有族狀波反射，最大波集中在9-10mm處如圖三所示。最大波幅進(jìn)入Ⅲ區(qū)，通過直探頭進(jìn)行探測(cè)，此時(shí)底波徹底消失，如圖四所示。

⑥鼓泡上磨出平面上打硬度均無顯示。

⑦對(duì)于缺陷部位來說，在進(jìn)行內(nèi)、外壁表面磁粉探傷時(shí)，通常情況無任何反映。

3 鼓包缺陷原因

①通過審查資料可知：在安裝球罐前，通常情況下需要對(duì)球殼板進(jìn)行驗(yàn)收，并且在坡口上顯示磁粉探傷磁痕，通過對(duì)金相和硫印進(jìn)行分析可知，冶金條狀缺陷是磁痕顯示部分，條狀缺陷中心、四周分別呈現(xiàn)暗色和明亮色。通過對(duì)暗條狀缺陷進(jìn)行能譜分析，其分析結(jié)果顯示，其成份主要是非金屬夾雜物MnS，通過能譜對(duì)白亮環(huán)進(jìn)行分析，其分析結(jié)果表明：其成份主要是Fe，同時(shí)含有一定量的稀土鑭（La）。

②在硫化氫環(huán)境中，受腐蝕、電解等作用的影響，在一定程度上導(dǎo)致鋼浸漬產(chǎn)生氫，在儲(chǔ)存介質(zhì)中，由于含有硫化物，使得放氫反應(yīng)正好受到抑制。H+H=H2↑，根據(jù)該反應(yīng)式可知，在反應(yīng)過程中，如果氫原子不能迅速結(jié)合，在這種情況下會(huì)成為氫分子而排出，進(jìn)而導(dǎo)致部分氫原子擴(kuò)散到金屬內(nèi)部。由于氫分子不能擴(kuò)散，但是通過積累就會(huì)形成內(nèi)壓，進(jìn)而使得微觀缺陷內(nèi)壓力在一定程度上大大提高。根據(jù)權(quán)威資料顯示，其壓力可達(dá)104MPa，受內(nèi)壓的影響和制約，進(jìn)一步脹大這些微觀孔隙。

4 檢驗(yàn)檢測(cè)需要注意的問題

①對(duì)球殼板進(jìn)行驗(yàn)收。在驗(yàn)收球殼板的過程中，關(guān)于坡口磁粉探傷，由于GB50094沒有相應(yīng)的要求，根據(jù)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)可知，通常情況下需要對(duì)球殼板驗(yàn)收作坡口磁粉檢測(cè)。

②驗(yàn)收過程中，不論采用球殼板驗(yàn)收，還是采用壓力容器檢驗(yàn)，通常情況下，都需要根據(jù)制造要求進(jìn)行驗(yàn)收，同時(shí)通過減薄的方式對(duì)測(cè)厚點(diǎn)進(jìn)行布置。另外，根據(jù)材料中存在冶金條狀缺陷的實(shí)際情況，必要的情況下，適當(dāng)增加測(cè)厚點(diǎn)數(shù)。因此，增加中部檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量完全有必要。

對(duì)于金屬材料來說，不論其存在的缺陷是冶金缺陷，還是非金屬夾物，如果介質(zhì)含有H2S，在這種情況下，金屬材料就會(huì)受到H2S的浸蝕。在檢測(cè)過程中，為了便于對(duì)H2S浸蝕材料的速率進(jìn)行監(jiān)控，通常情況下，需要精確固定某些測(cè)厚點(diǎn)的位置，進(jìn)而在一定程度上進(jìn)行下次檢驗(yàn)時(shí)，便于有一個(gè)精確的計(jì)算和明確的比較。

在氫損傷的作用下，會(huì)在不同程度上產(chǎn)生晶間裂紋，進(jìn)而使得超聲波的傳播速度進(jìn)一步降低。所以，需要對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行固定，一方面需要對(duì)所測(cè)厚度進(jìn)行記錄，另一方面利用對(duì)比法測(cè)定出該材料的聲速，進(jìn)而在一定程度上便于進(jìn)行下次檢測(cè)時(shí)，對(duì)比分析聲速的變化，同時(shí)推斷出產(chǎn)生的氫損傷。

③由于產(chǎn)生氫損傷，通常情況下會(huì)使底面回波的衰減進(jìn)一步增加，應(yīng)該將底面回波的幅度嚴(yán)格記錄在固定的檢測(cè)點(diǎn)部位，進(jìn)而在一定程度上便于下次檢測(cè)時(shí)，對(duì)比分析底波衰減情況。

④在對(duì)球殼板進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，如果測(cè)厚減薄點(diǎn)現(xiàn)象比較明顯或者坡口上磁探存在磁痕堆積現(xiàn)象，在這種情況下，需要采取相應(yīng)的措施，進(jìn)而在一定程度上增加材料的金相、硫印等，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行能譜分析，進(jìn)一步全面了解金屬材料的冶金缺陷，同時(shí)更加準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)材料的安全性能。

⑤在用壓力容器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在檢測(cè)過程中，如果發(fā)生異常測(cè)厚點(diǎn)，在這種情況下，應(yīng)當(dāng)通過增加縱波直探頭、橫波斜探頭的方式進(jìn)一步對(duì)板材進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)異常測(cè)厚點(diǎn)的來源進(jìn)行判斷，判明其源于微觀缺陷，還是分層，以及氫腐蝕等。與設(shè)備完好部位相比，微觀缺陷波形幾乎沒有任何差別。

⑥對(duì)壓力容器內(nèi)壁進(jìn)行宏觀檢測(cè)時(shí)，通常情況下，宏觀檢查的對(duì)象只集中在內(nèi)壁，但是，在檢查焊縫的過程中，需要注意，對(duì)于內(nèi)表面的腐蝕狀況，需要借助肉眼進(jìn)行檢查。

⑦在檢測(cè)過程中，對(duì)在用壓力容器，需要對(duì)內(nèi)壁焊縫進(jìn)行磁粉探傷。必要的情況下，需要局部增加母材的內(nèi)表面磁粉探傷，進(jìn)而在一定程度上防止發(fā)生氫腐蝕現(xiàn)象。

⑧當(dāng)測(cè)厚點(diǎn)存在異常情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)增加內(nèi)外表面的硬度檢測(cè)并與完好部位比較。

5 結(jié)束語

在以往的石油液化氣球罐檢測(cè)中很多廠家，對(duì)球罐內(nèi)壁都末制作防腐內(nèi)襯。認(rèn)為選材準(zhǔn)確，生產(chǎn)工藝參數(shù)，如壓力和溫度不會(huì)到達(dá)氫腐蝕條件。其實(shí)在制作安裝時(shí)，對(duì)材料球殼板的驗(yàn)收如測(cè)厚或超聲波檢測(cè)僅作球殼板數(shù)的20%的比例抽查，超聲為格子線掃查，測(cè)厚為每張球殼板十多個(gè)點(diǎn)。即是如此，如有時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了某些點(diǎn)有壁厚有薄點(diǎn)或超聲反映有缺陷，但其未超過板材超聲波允許標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，板料并不一定100%滿足資料顯示要求。在生產(chǎn)使用中，常常只考慮正常運(yùn)轉(zhuǎn)的工藝參數(shù)，在開車、停車、安裝、卸載、開罐清洗等諸多因素中是否在某些環(huán)節(jié)中，滿足或達(dá)到氫蝕條件都是個(gè)不定因素。所以，對(duì)含有H2S介質(zhì)的環(huán)境中使用的在用壓力容器檢驗(yàn)時(shí)，氫腐蝕、氫脆及氫鼓泡還當(dāng)引起高度重視。

有關(guān)資料顯示，凡是體心立方晶格金屬都會(huì)被氫強(qiáng)烈地脆化，而面心立方晶格沒有氫脆。采用面心立方晶格的鋁材對(duì)球罐內(nèi)壁進(jìn)行了噴鋁內(nèi)襯。雖有一定的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，但對(duì)延長(zhǎng)設(shè)備壽命，避免嚴(yán)重的氫腐蝕危害必將起到很大的作用。

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作者簡(jiǎn)介：楊在東（1983-），男，陜西志丹人，助理工程師，研究方向：壓力容器、管道的檢測(cè)技術(shù)；王世龍（1965-），男，陜西延安人，工程師，研究方向：鍋爐，壓力管道檢測(cè)技術(shù)。