液化石油氣球罐應(yīng)力腐蝕裂紋分布情況淺析

＊王鵬 葉棟

（臺州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心 浙江 318000）

液化石油氣球罐應(yīng)力腐蝕裂紋分布情況淺析

＊王鵬 葉棟

（臺州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心 浙江 318000）

應(yīng)力腐蝕裂紋是影響在役壓力容器安全運(yùn)行的一類較大缺陷，在液化石油氣球罐中存在較大幾率的應(yīng)力腐蝕裂紋，因此有必要開展應(yīng)力腐蝕裂紋的相關(guān)研究工作。本文介紹了在役液化石油氣球罐應(yīng)力腐蝕裂紋的檢出分布情況，總結(jié)規(guī)律，并探討TSG21-2016中的相關(guān)規(guī)定。

液化石油氣球罐；應(yīng)力腐蝕裂紋；規(guī)律

1.前言

應(yīng)力腐蝕裂紋是對在役壓力容器安全危害最大的一類缺陷，在液化石油氣球罐中出現(xiàn)的幾率較大，開展此類相關(guān)研究非常有必要。我市共有12臺球罐，均由我中心承擔(dān)定期檢驗(yàn)工作，由于各種因素，這12臺球罐在歷次定期檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了多處裂紋，具有較典型的意義。為了總結(jié)規(guī)律，防范事故的發(fā)生，指導(dǎo)球罐定期檢驗(yàn)工作并為我中心今后其他類似檢驗(yàn)工作提供借鑒。

2.應(yīng)力腐蝕裂紋分布情況

裂紋圖1

裂紋圖2

這12臺液化石油氣球罐建成于1990到2004年間，大多經(jīng)歷兩次以上定期檢驗(yàn)。這12臺球罐材質(zhì)為16MnR，工作壓力為1．2MPa，規(guī)格分別為4臺100M3Φ6100×22mm，1臺200M3Φ7100×26mm，5臺400M3Φ9200×32mm，2臺1000M3Φ12300×40mm，結(jié)構(gòu)為足球桔瓣式，A為上極板，B為上溫帶，C為赤道帶，D為下溫帶，E為下極板。

現(xiàn)選取這12臺球罐2次定期檢驗(yàn)中較為典型的裂紋分布情況：

?

400-5 無 無1000-1 有 4mm 多條 C5D5、B8B9、C3C4 有 4mm 6條 DE內(nèi)外表面熔合線1000-2 無 有 5mm 多條C8D7、B4C5、C8D9內(nèi)表面

3.應(yīng)力腐蝕裂紋

材料在環(huán)境和應(yīng)力的共同作用下引起的破裂，稱為環(huán)境破裂即腐蝕破裂。應(yīng)力腐蝕破裂是最嚴(yán)重的一種。一般來講，金屬構(gòu)件在一定的應(yīng)力和特定的腐蝕環(huán)境的協(xié)同作用下，造成的低應(yīng)力脆性破壞，稱為應(yīng)力腐蝕破裂。應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生往往在容器外觀無明顯變化的情況下發(fā)生，具有較強(qiáng)的隱蔽性；大量研究結(jié)果表明16MnR在濕H2S介質(zhì)中使用有強(qiáng)烈的應(yīng)力腐蝕傾向，而16MnR容器在經(jīng)整體焊后熱處理后，其抗SSCC性能可達(dá)到安全水平。

4.應(yīng)力腐蝕裂紋的分布規(guī)律及原因分析

對以上分布情況進(jìn)行總結(jié)，可得出以下幾條規(guī)律：

(1)陷檢出率較高，第一次檢出裂紋7臺，檢出率58．3%。第二次檢出裂紋6臺，檢出率50%。原因有以下幾點(diǎn)：

①材質(zhì)為16MnR，具有應(yīng)力腐蝕傾向。

②球罐為現(xiàn)場組焊，熱處理不良、組裝不合理導(dǎo)致殘余應(yīng)力過大。

③容器使用介質(zhì)為液化石油氣，含濕H2S，存在應(yīng)力腐蝕環(huán)境。

(2)球罐環(huán)縫出現(xiàn)裂紋的概率較高。檢出環(huán)縫裂紋共14處，占檢出比例為77．8%；檢出縱縫裂紋共4處，占檢出比例為22．2%；環(huán)縫裂紋檢出率是縱縫的3．5倍，反應(yīng)出球罐環(huán)縫應(yīng)力腐蝕裂紋出現(xiàn)概率較高。主要由于球罐球殼板組裝時拼接應(yīng)力不同，縱焊縫組裝條件較好，拼接應(yīng)力較??；環(huán)縫組裝條件較差，拼接應(yīng)力較大，甚至?xí)霈F(xiàn)強(qiáng)力組裝的現(xiàn)象，存在較大的殘余應(yīng)力。

(3)球罐各處裂紋檢出時間不一致。如編號為400-4的球罐，在第一次檢驗(yàn)時未檢出裂紋，而在第二次檢驗(yàn)時卻發(fā)現(xiàn)2條深2mm的裂紋；編號為1000-2的球罐，在第一次檢驗(yàn)未檢出裂紋，而在第二次檢驗(yàn)時卻發(fā)現(xiàn)多條深5mm的裂紋。可以看出應(yīng)力腐蝕裂紋孕育期或可檢出時間很難明確判定，給球罐的安全使用帶來很大的安全隱患。

(4)裂紋經(jīng)消除后大多不會再次出現(xiàn)。第一次檢驗(yàn)時檢出裂紋的7臺球罐，在第二次檢驗(yàn)時在同一位置未檢出裂紋的有6臺，未檢出率85．7%，可以看出裂紋大幅下降，消除缺陷后基本未產(chǎn)生增生缺陷，主要由于裂紋產(chǎn)生后，經(jīng)修理和重新熱處理，該位置的殘余應(yīng)力顯著降低，破壞了應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生的條件，從而降低了缺陷產(chǎn)生的幾率。在第二次定期檢驗(yàn)時在同一位置檢出裂紋的僅有1臺，且檢出的裂紋數(shù)量僅為2條。經(jīng)調(diào)查分析，原因有兩個：首先，該球罐所用氣體硫化氫含量及水汽含量較高，造成了應(yīng)力腐蝕開裂的充分環(huán)境因素；其次，裂紋數(shù)量的減少說明該處返修時，可能熱處理不均勻，殘余應(yīng)力較大，造成了應(yīng)力腐蝕裂紋的必要條件。

(5)出現(xiàn)裂紋的部位均為內(nèi)表面。外表面磁粉檢測過程中未發(fā)現(xiàn)裂紋，在用超聲檢測復(fù)合檢測，在內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)裂紋處，同樣也存在裂紋。

5.探討

首次進(jìn)行定期檢驗(yàn)時，設(shè)計(jì)壓力大于等于1．6Mpa的第Ⅲ類壓力容器，對容器表面缺陷的檢測，檢測長度不少于每條對接焊縫長度的20%；在檢測中發(fā)現(xiàn)裂紋，檢測人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)可能存在的缺陷，增加檢測比例；如擴(kuò)檢中仍發(fā)現(xiàn)裂紋，則應(yīng)對全部焊接接頭進(jìn)行檢測。已發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面焊接接頭存在裂紋的部位，應(yīng)對其相應(yīng)的外表面處附加超聲檢測，以確定缺陷深度及類型。

通過分析這12臺球罐應(yīng)力腐蝕裂紋分布規(guī)律及原因后，發(fā)現(xiàn)該條款對表面焊接接頭檢測比例的規(guī)定，由于各人理解的差異性，容易造成漏檢。我們知道，決定應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生與否，在于是否存在應(yīng)力腐蝕環(huán)境和拉應(yīng)力?！豆倘菀?guī)》規(guī)定，要求先進(jìn)行表面無損檢測，對表面無損檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷部位，認(rèn)為有必要時，才進(jìn)行埋藏缺陷檢測。由于對規(guī)程理解的差異性，檢測比例出入很大，容易造成漏檢的情況發(fā)生。建議在今后的《固容規(guī)》修改單修訂時，考慮應(yīng)力腐蝕裂紋的分布規(guī)律，增加“對有應(yīng)力腐蝕傾向的壓力容器，一般應(yīng)進(jìn)行內(nèi)表面100%磁粉檢測，外表面20%超聲檢測”的規(guī)定，增加缺陷的檢出率。

[1]盧志明．典型壓力容器用鋼在濕硫化氫環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開裂研究．

[2]白金亮,王春燕,周建軍,郭志軍．LPG球罐腐蝕開裂失效分析．石油化工設(shè)備技術(shù),2001,22(3):15-17．

[3]TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》．

[4]陳學(xué)東,蔣家羚,楊鐵成,胡久韶,艾志斌．濕H2S環(huán)境下典型壓力容器用鋼應(yīng)力腐蝕開裂門檻值的估算．壓力容器,2004,21(3):1-5．

[5]畢鳳琴．典型石油石化用低合金鋼濕H_2S應(yīng)力腐蝕行為研究．大慶石油學(xué)院,2008．

[6]何沛,虞敵衛(wèi)．石油鉆桿過渡段抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂行為研究．上海金屬,1993(1):30-35．

[7]石仲謀,陳建華,劉保平．液化石油氣鋼瓶腐蝕穿孔失效分析．石油化工設(shè)備,1999(05)．

[8]M G Fontana N;左景伊．D Greene腐蝕工程Secon d Edition,1982．

[9]徐堅(jiān),戴新民,夏再筑．腐蝕金屬學(xué)及耐腐蝕金屬材料．浙江科學(xué)技術(shù)出版社,1981．

(責(zé)任編輯：李田田)

Analysis of Stress Corrosion Cracking Defect Distribution Situation for Liquefied Petroleum Gas Sphere

Wang Peng,Ye Dong

（Taizhou Special Equipment Monitoring and Inspection Center, Zhejiang, 318000）

Stress corrosion cracking is one big defect form infuencing the safe operation of pressure vessels in service and there is great rate of stress corrosion cracking in liquefed petroleum gas sphere, therefore, it is necessary to carry out the relevant research work about liquefed petroleum gas sphere stress corrosion cracking. In this paper, it has introduced the detection and distribution situation of stress corrosion cracking of liquefed petroleum gas sphere in service and concluded the law, besides, discussed the relevant regulations of TSG 21-2016.

liquefed petroleum gas sphere；stress corrosion cracking；law

T < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A

王鵬（1984～)，男，臺州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心；研究方向：壓力容器應(yīng)力腐蝕。

葉棟（1985～)，男，臺州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心；研究方向：壓力容器應(yīng)力腐蝕。