G11K型硫酸罐車罐體損壞的原因及檢修方法

魯昌盛

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

關(guān)健詞：硫酸罐車；罐體損壞；原因分析；無損檢測；效益評估

1 引言

貴溪冶煉廠現(xiàn)有G11K型硫酸罐車193輛，分別于1997年、1999年、2000年、2003年間先后投入使用。由于硫酸極具高腐蝕性和強氧化性，該批自備硫酸罐車在經(jīng)過15～21年的使用后，其罐體的人孔頂部便會因腐蝕嚴重而出現(xiàn)較大面積的鋼板減薄，以及裂紋、沙眼等，且該類故障出現(xiàn)后很難消除、按照傳統(tǒng)方式只能將罐體進行報廢。硫酸運輸過程中會因為該類故障而出現(xiàn)罐體頂部滲漏，嚴重影響鐵路運輸生產(chǎn)安全運行。當(dāng)硫酸罐車出現(xiàn)類似故障時，破損的罐車只能長時間停留在車站等待修理，既占用了有限的股道，又影響了硫酸罐車使用周轉(zhuǎn)率，給工廠的硫酸的發(fā)運工作帶來了極大困難。

為切實解決硫酸罐車運用過程中的實際困難，急需針對G11K型硫酸罐車罐體損壞的具體原因進行查找和分析，并探尋合適的解決方案。

2 硫酸罐車的罐體結(jié)構(gòu)簡介

G11K型硫酸罐車，用于裝運濃度為92.5%及以上的濃硫酸介質(zhì)。該車為供在中國準軌鐵路運用的四軸專用鐵路罐車，采用上裝上卸作業(yè)方式。罐體由封頭、筒體和鞍座等組焊而成。罐體的載重為63t，罐體有效容積為34m3［1］。罐體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 硫酸罐車罐體結(jié)構(gòu)示意圖

3 G11K型硫酸罐車罐體損壞的原因分析

（1）G11K型硫酸罐車罐體損壞的原因主要有：罐車鋼材選用不當(dāng)、部分罐車內(nèi)部缺陷數(shù)量多、有時修理質(zhì)量得不到保證、一年一次的罐體內(nèi)部清洗加速鋼板腐蝕等。其最典型的損壞是：罐體腐蝕減薄、可能出現(xiàn)的腐蝕深孔缺陷、焊縫表面裂紋和焊縫埋藏缺陷，罐體內(nèi)沿焊縫處出現(xiàn)縫隙腐蝕（見圖2），常發(fā)生在罐體的抽酸管、進風(fēng)管和人孔的連接處。

圖2 硫酸罐車罐體焊縫處的縫隙腐蝕

（2）G11K型硫酸罐車分別于1997年、1999年、2000年生產(chǎn)投入使用，由于使用年限較長，罐體人孔頂部腐蝕比較嚴重，出現(xiàn)較大面積的減薄以及裂紋、沙眼，以及貫穿性腐蝕（裂紋、裂口）。人孔周圍原補板處腐蝕塌陷、穿孔（見圖3：硫酸罐車罐體腐蝕狀況），經(jīng)實測其壁厚3.4—3.7mm左右，不符合鐵路行業(yè)（原鐵道部）廠、段修的標準要求，按鐵路行業(yè)要求，此類罐車應(yīng)予以報廢處理，報廢率達到100%。經(jīng)過檢測，該批次硫酸罐車人孔周圍區(qū)域的大部分罐體都達到或接近報廢，需更換新罐體或停用，但通過后續(xù)對罐體非人孔蓋周圍區(qū)域的其它部位進行測量，發(fā)現(xiàn)其它部位的厚度仍滿足繼續(xù)使用要求。根據(jù)多年硫酸罐車運用經(jīng)驗，硫酸罐車承修單位南昌南車輛段建議對這批超限的罐車罐體進行報廢，認為繼續(xù)使用將不能保證裝酸和運用的安全。站在企業(yè)利益最大化的角度來看，一輛90%以上部位均狀態(tài)良好的硫酸罐車僅僅因為人孔周圍一小塊罐體的壁厚減薄不符合鐵路行業(yè)的規(guī)范就要將其進行報廢，非常浪費。

圖3 硫酸罐車罐體腐蝕狀況圖

（3）針對罐體人孔周圍因腐蝕減薄的問題，以往檢修部門在罐車廠修時對人孔周圍區(qū)域減薄量尚未達到報廢標準的罐體采用簡單的貼補補板方法，即在原罐體上貼補一塊相同厚度的板材。因為原罐體板與貼補板之間存在空隙，所以在裝酸使用過程中，此空隙將滯留濃硫酸，在夾層中結(jié)垢形成酸泥，即使采取洗罐也無法將其排出，長期在內(nèi)部夾層中對罐體進行腐蝕，加速了補板位置罐體腐蝕，形成塌陷、穿孔，甚至開裂。在罐車廠段修到期后，根據(jù)檢修方要求，每次廠段修前都需要對罐體進行洗罐作業(yè)，洗罐過程中洗罐水和頂部空氣進入夾層空隙與酸泥稀釋混合形成稀硫酸，破壞罐體內(nèi)壁原已形成鈍化的保護層，造成原人孔周圍區(qū)域的罐體板面塌陷，貼補板腐蝕加劇。且罐車在裝卸酸時由于操作不當(dāng)使人孔周圍及原補板外表面溢流硫酸的現(xiàn)象也時有發(fā)生，造成罐體的外表面腐蝕也比較嚴重，最終導(dǎo)致罐車人孔周圍區(qū)域的罐體厚度檢驗不合格而報廢（見表1）。

表1 G11K罐車檢驗統(tǒng)計表

（4）從使用時間上來看，這批G11K型硫酸罐車已使用18～20年，根據(jù)罐車壽命管理使用25年需強制報廢；根椐鐵總新的文件規(guī)定，《中國鐵路總公司運輸局關(guān)于印發(fā)＜罐車檢修補充技術(shù)要求〉的通知》（運輛貨車函[2017]90號）的有關(guān)規(guī)定，即使更換罐體也只能使用5～7年就要隨整車報廢，既不經(jīng)濟而且手續(xù)相當(dāng)復(fù)雜，根據(jù)以往的換罐檢修經(jīng)驗來看，換罐檢修所需時間太長，嚴重影響罐車的正常周轉(zhuǎn)。

4 修理措施

（1）由于部分罐車內(nèi)部缺陷數(shù)量多，且存在大量深孔缺陷，因此采用傳統(tǒng)的貼補焊修措施僅能暫時緩解問題，不能從根本上解決原罐體板塌陷問題。為了保證硫酸罐車的安全使用，需采取有效修理措施徹底解決該問題。

（2）對腐蝕部位直接進行補焊的方法。由于腐蝕部位往往發(fā)生在罐體上焊接外部構(gòu)件的連接區(qū)域，與硫酸接觸的整個金屬表面上幾乎以相同速度進行的腐蝕，該區(qū)域厚度比正常值減薄一半以上。補焊表面的損傷或較低的粗糙度所產(chǎn)生的應(yīng)力集中，會使疲勞極限下降，從而也會降低疲勞強度。所以在罐車經(jīng)過幾次洗罐和裝酸后, 連接處又會出現(xiàn)新的罐體塌陷問題, 因此這不是一種有效的罐車修理方法，需要重新選擇其他維修方法。

（3）通過維修試驗對比，最終確定采取以下方案。

①從2017年7月5日起，對尚未達到廠修時間的罐車，重點對人孔周圍壁厚測定，若人孔周圍罐體板腐蝕減薄厚度小于標準板厚的50%（即4mm），且腐蝕面積不大于5m2時，可進行挖補換板，若超出以上數(shù)據(jù)，則更換罐體；

②對罐車的使用狀況分析表明，影響罐體腐蝕疲勞的因素主要有應(yīng)力交變速度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)成分、材料尺寸、加工和熱處理等。硫酸罐車載荷循環(huán)速度快、裝載的濃硫酸屬于強酸類介質(zhì)，容易吸收空氣中的水分造成溫度的升高，都會使罐體抗腐蝕疲勞強度下降。必須為罐體尋找更耐腐蝕的可焊鋼材，以大大提高其壽命和修理間隔期。進行力學(xué)性能試驗表示，同牌號Q345A低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼對硫酸有很高的耐腐蝕性，選擇的這種鋼材的試樣及其焊接處的腐蝕速度不會大于0.2毫米/年；

③采用氧氣乙炔中性焰切割塌陷部位，氧氣乙炔混合比例為1.1～1.2。按切割面積尺寸剪出補板,開出坡口并壓彎,用空氣一電弧法倒圓并清理剪切邊緣。吊裝新板放到罐體切割部位上,用空氣一電弧法挖補換板坡口打磨定型；

④新板對接焊接。施焊前必須按照NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》進行焊接工藝評定。對于評定合格的工藝方派人現(xiàn)場進行審查確認并在現(xiàn)場對試板進行焊接檢驗。另外，施焊時嚴格按照焊接作業(yè)指導(dǎo)書進行，完成新?lián)Q人孔、抽酸管、排氣管開孔焊接。焊修時要嚴格按焊修工藝施工，如：打止裂孔焊修、用角磨機代替碳弧氣刨開挖裂紋、焊后打磨。尤其是現(xiàn)場工人在處理裂紋時，直接在裂紋部位覆蓋焊補，會導(dǎo)致裂紋愈修焊縫情況愈差［2］。焊接完成后按照GB150-2011標準要求進行外觀檢查，應(yīng)符合以下要求：焊縫余高1.5，錯邊量0.2 ，咬邊量：0.2，焊縫棱角0.3。外觀缺陷無裂紋、咬邊、氣孔等。外觀檢查結(jié)果：無飛濺、無熔渣等；

⑤罐車檢驗后的無損檢測。先進的工器具, 既能提升檢修人員的工作效率, 又能提高檢修質(zhì)量［3］。表面無損檢測的目的是檢測罐體及壁板對接焊縫、角焊縫是否存在表面及近表面開口性缺陷、腐蝕穿孔等可能導(dǎo)致泄漏的危險性缺陷。對罐體內(nèi)表面對接焊縫，應(yīng)進行100%的磁粉檢測。每臺罐車罐體的對接焊縫應(yīng)進行不少于100%的射線探傷，評定標準按照NB/T47013-2015標準要求進行無損檢測Ⅰ級合格。若出現(xiàn)焊縫超標缺陷，則對其余焊縫進行100%的擴探，直至將缺陷全部消除（相同位置焊縫返修次數(shù)不得超過三次）。每臺罐車進行復(fù)驗認證；

⑥耐壓試驗。每臺罐體必須進行耐壓試驗，耐壓試驗應(yīng)符合硫酸罐車技術(shù)條件的要求。水壓試驗合格后，再經(jīng)鐵路局車輛段驗收合格，方可投入使用。

5 效益評估

（1）改造費用。該項目修理、檢測費用為16518元/車。

（2） 經(jīng)濟效益。如果對腐蝕罐體進行報廢，所帶來的更換罐體費用為125000元/車。

此次項目實施后，節(jié)省成本：

125000-16518=108482元/車

預(yù)計修補罐體總數(shù)為119車，因此帶來的經(jīng)濟效益為：

108482×119=12909358元

（3）社會效益。此次項目的實施，既延長罐體的使用壽命，確保了鐵路運輸生產(chǎn)安全和環(huán)保，又有效的盤活了固定資產(chǎn)，提高了硫酸罐車的周轉(zhuǎn)率。

6 結(jié)束語

工礦企業(yè)的自備硫酸罐車使用年限超過15年后，為保證硫酸的安全運輸，每2年至少測量一次罐體的厚度，每4年至少進行一次內(nèi)部探傷檢測，特別要注意對人孔部、進風(fēng)管、抽酸管和封頭等連接部位的檢查，發(fā)現(xiàn)腐蝕嚴重，應(yīng)及時修復(fù)。修補過程中，應(yīng)嚴格遵守施工現(xiàn)場技術(shù)管理的規(guī)章制度，確?，F(xiàn)場施工技術(shù)達到規(guī)范化、合理化［3］。嚴格執(zhí)行材料進場和使用制度，在材料進場前和進場后實行抽樣試驗和檢測，杜絕材料和相關(guān)配件與采購樣品不符合的現(xiàn)象［4］。另外，濃硫酸具有極強的吸濕性，當(dāng)硫酸罐車經(jīng)常充滿濃硫酸時，腐蝕很微弱，但如果經(jīng)常放空，附著在碳鋼罐內(nèi)壁上的薄薄一層濃硫酸會迅速吸收空氣中水份而變稀［5］，稀硫酸對罐車的腐蝕非常嚴重，容易造成罐體貫穿性腐蝕甚至報廢。因此，對硫酸罐車加強管理，減少空放時間，提高使用周轉(zhuǎn)率，也是十分必要的。