貯氨器筒體裂紋與檢驗方法分析

楊慶瑞

摘? 要：貯氨器在長期使用中，由于壓力較大，作業(yè)環(huán)境較差，可能受到客觀因素影響出現(xiàn)貯氨器筒體泄漏事故。而出現(xiàn)此類問題，通常是由于貯氨器筒體裂紋導(dǎo)致，威脅到人員的生命財產(chǎn)安全。故此，需要相關(guān)人員充分檢驗貯氨器筒體裂紋情況，選擇合理的檢驗方法，確保貯氨器正常使用。該文就貯氨器筒體裂縫產(chǎn)生原因展開分析，根據(jù)實際情況選擇合適有效的檢驗方法予以實踐。

關(guān)鍵詞：貯氨器? 筒體? 裂紋? 檢驗方法

中圖分類號：TQ113 ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（b）-0055-02

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展下，大量新技術(shù)和新工藝涌現(xiàn)，促使社會生產(chǎn)力水平大大提升。在氨制冷系統(tǒng)中，貯氨器用于冷凝器的高壓氨液存儲，可以改善制冷蒸發(fā)器供液和回氣量失衡問題，但是，貯氨器在長期使用中，受到壓力和溫度等因素影響會出現(xiàn)裂紋，影響到氨制冷系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。所以，應(yīng)該選擇合理的檢驗方法，客觀掌握貯氨器筒體裂紋情況，及時修復(fù)和完善，確保生產(chǎn)活動順利展開。加強對其研究，可以為后續(xù)設(shè)備安全穩(wěn)定運行奠定基礎(chǔ)。

1? 貯氨器使用概況

某廠貯氨器為2000年7月生產(chǎn)制造，型號為ZA3.5B，主體材質(zhì)為16MnR，設(shè)計壓力為2.0MPa，設(shè)計溫度50℃，使用壓力為1.7MPa，筒體內(nèi)徑為900mm，筒體厚度8.0mm。貯氨器的制造，主要材料為鋼板，鋼板沖壓形成封頭，為橢圓形封頭。查閱產(chǎn)品質(zhì)量證明書，發(fā)現(xiàn)A3焊縫制造期間發(fā)生多次返修，在返修后使用X射線檢測結(jié)果符合質(zhì)量要求，卻并未出具焊后熱處理報告。

2? 貯氨器筒體缺陷檢驗

在貯氨器使用期間，發(fā)現(xiàn)有不同程度上的滲漏，檢驗發(fā)現(xiàn)A3焊縫周邊15mm、100mm區(qū)域有穿透性裂紋，呈縱向分布。筒體表面裂紋有弧坑，伴有一定腐蝕缺陷，并無屈服問題和其他缺陷存在。通過對貯氨器筒體裂紋附近檢驗，A3焊縫區(qū)域有一定棱角度和錯邊量，符合相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。氨為液化氣體，貯氨器中的液體和氣體并存，貯氨器容積大概在3.5m2范圍內(nèi)，充裝量最大值為1.6t。經(jīng)過檢驗，發(fā)現(xiàn)裂紋在氣體和液體交界區(qū)域[1]。

故此，應(yīng)該建立專門的容器檔案，包括貯氨器的生產(chǎn)日期、材質(zhì)和焊后熱處理范圍;容器宏觀內(nèi)部檢驗，分析裂紋產(chǎn)生原因，易于產(chǎn)生高應(yīng)力的區(qū)域，如焊縫返修處、封頭與筒體之間的過渡區(qū)域;焊縫處理中，采用合適的措施來降低焊接殘余應(yīng)力，消除周邊的殘余應(yīng)力，冷壓封頭需要經(jīng)過充分熱處理;降低屈服強度;充分保溫處理，在低溫環(huán)境下存儲，可以大大降低氧氣含量;排料和檢修期間，規(guī)避對周圍環(huán)境的污染和破壞;充裝規(guī)避空氣污染，液氨中加入適量水，降低貯氨器中的氧氣含量，通過實驗證實，加入0.2%的水可起到緩蝕作用。

3? 貯氨器筒體裂紋原因分析

貯氨器在長期使用中，容易受到高應(yīng)力作用下出現(xiàn)腐蝕裂紋，通過檢驗可以發(fā)現(xiàn)裂紋是由于應(yīng)力長期腐蝕導(dǎo)致。應(yīng)力和腐蝕雙重作用下，導(dǎo)致原有金屬材料性質(zhì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生大小不一的裂紋[2]。此類裂紋的產(chǎn)生，主要是由于拉應(yīng)力和電化學(xué)腐蝕作用導(dǎo)致，脫離這兩個條件，則不會出現(xiàn)裂紋。就貯氨器筒體裂紋產(chǎn)生原因來看，從以下兩方面著手分析。

3.1 裂紋應(yīng)力分析

通常情況下，貯氨器在正常使用下，環(huán)境溫度在-33℃以上，容器承受的內(nèi)壓力較大，而氨屬于液化氣體，伴隨環(huán)境溫度升高蒸汽壓力逐漸升高。筒體上一次薄膜應(yīng)力分布，受到周向膜應(yīng)力作用較大，出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，通過應(yīng)力計算，判斷裂紋并非是屈服導(dǎo)致;裂紋長期分布在焊縫熱影響區(qū)域，A3焊縫可能在制造期間多次返修后，未能及時進行焊后熱處理，焊縫和熱影響區(qū)周邊區(qū)域伴有一定的殘余應(yīng)力;A3焊縫存在相應(yīng)的幾何缺陷，即便缺陷在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但局部應(yīng)力仍然較高;金屬表面有一定的弧坑，可能打磨圓滑過渡，則成為應(yīng)力腐蝕裂紋形成的源頭區(qū)域，將會聚集更多的腐蝕物[3]。

3.2 腐蝕條件

貯氨器筒體裂紋的腐蝕條件，對16MnR鋼產(chǎn)生輕度腐蝕，腐蝕區(qū)域均勻。但是，液氨在貯氨器安裝、檢修和排放期間，可能加劇周圍區(qū)域的空氣污染，促進液氨應(yīng)力腐蝕。反應(yīng)過程中會產(chǎn)生一定的氨基甲酸銨物質(zhì)，將會對鋼板材質(zhì)產(chǎn)生一定腐蝕作用，氣體和液體交界區(qū)域形成裂紋，并且有大量的腐蝕物聚集，主要物質(zhì)為氨基甲酸銨，對于鋼材表面鈍化膜產(chǎn)生腐蝕作用，進而加劇滑移臺階處裂紋出現(xiàn)，是貯氨器泄漏事故的主要原因[4]。

4? 貯氨器筒體檢驗方法和改進措施

對于貯氨器筒體的裂紋，應(yīng)該結(jié)合實際情況選擇合理的檢驗方法和改進措施，以便于最大程度上降低液氨對貯氨器的應(yīng)力腐蝕，規(guī)避泄漏事故發(fā)生。具體從以下幾點著手改進。

（1）選擇合適的材料。結(jié)合具體情況選擇合適的材料，材料強度越高，應(yīng)力腐蝕可能性越大，同時考慮應(yīng)力大小、雜質(zhì)含量、操作速度等因素。為了規(guī)避應(yīng)力腐蝕問題出現(xiàn)，綜合考量殘余應(yīng)力、操作壓力和安全性情況，盡可能選擇強度低的鋼材。對容器內(nèi)表面宏觀檢驗，尤其是焊縫、封頭與筒體之間的過渡區(qū)、焊縫返修處等應(yīng)力較高的區(qū)域，重點檢查和分析。

（2）焊接工藝和筒體結(jié)構(gòu)經(jīng)過驗證。在貯氨器筒體裂紋檢驗中，應(yīng)該保證結(jié)構(gòu)合理，避免焊縫過多、焊縫不對稱和應(yīng)力過于集中。制造過程中，避免強力組焊，避免錯邊和咬邊等缺陷存在，同時介質(zhì)接觸面要光滑平整。容器制造后，及時退火熱處理來消除殘余應(yīng)力，并且充分發(fā)揮焊后熱處理工藝優(yōu)勢，降低制造期間產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

（3）貯氨器使用前需要充分清理干凈內(nèi)部空氣，充裝與排料期間，采用合適的措施來規(guī)避空氣混入其中，降低貯氨器中的氧氣含量。如，選擇抽氣方式來清除貯氨器中的空氣，消除空氣污染，規(guī)避應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生裂紋。

（4）結(jié)合相關(guān)規(guī)定，對新的貯氨器進行周期性內(nèi)部檢驗，重點檢驗液氣交界區(qū)域、T型接頭和引收弧等區(qū)域;可以選擇超聲波檢測方式，檢驗焊縫情況，條件允許情況下實現(xiàn)焊縫的全面磁粉檢測。對裂紋進行綜合評估，提出合理的處理意見，改善檢驗方法。如果是淺裂紋，通過打磨方式來消除應(yīng)力腐蝕，但是需要保證打磨工藝的完善和創(chuàng)新;如果是深裂紋，則充分打磨消除裂紋后再補焊。需要注意的是，補焊前應(yīng)該進行預(yù)熱加溫處理，避免焊接區(qū)域硬化，然后進行無損檢測復(fù)查，完全消除應(yīng)力腐蝕缺陷。

（5）相關(guān)工作人員應(yīng)該經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)和考核，掌握液氨使用管理知識和應(yīng)急處理技巧，經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)后方可上崗，嚴(yán)格遵循操作要求開展各項工作，最大程度上規(guī)避貯氨器筒體裂紋出現(xiàn)幾率，確保制冷系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

5? 結(jié)語

綜上所述，貯氨器筒體裂紋產(chǎn)生的原因較為多樣，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況選擇合適有效的檢驗方法，充分了解裂紋的產(chǎn)生原因和周邊應(yīng)力情況，以便于尋求合適的措施及時處理。通常情況下，可以采用打磨消除裂紋方式，打磨后形成的凹坑在允許范圍內(nèi)，不影響定級，否則應(yīng)補焊，補焊完水壓試驗合格后方可投入使用，為后續(xù)生產(chǎn)安全提供保障。

參考文獻

[1] 熊從貴，胡家揚，林通.氨制冷壓力容器封頭直邊開裂原因分析[J].壓力容器，2019，36（2）：65-71.

[2] 李妍.貯氨器發(fā)生氨泄漏事故原因分析[J].科技資訊，2015，13（13）：88-89.

[3] 潘俊智，李文艷，郭淑嫻.貯氨器筒體裂紋的原因分析[J].企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，2018，11（9）：26.

[4] 信世超.貯氨器筒體裂紋的檢驗與原因分析[J].遼陽石油化工高等專科學(xué)校學(xué)報，2016，23（3）：24-26.