對(duì)某球罐腐蝕減薄缺陷案例的分析

鄭華（湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院宜昌分院,湖北 宜昌443000）

在對(duì)某企業(yè)的一球形儲(chǔ)罐進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有如下腐蝕減薄缺陷。因球罐容積大（其基本情況見(jiàn)表1），盛裝的介質(zhì)易燃燒、易爆炸、中度危害，具有較大的危害性，且缺陷涉及范圍較廣，因此采取了多種檢驗(yàn)檢測(cè)方法并舉的措施，認(rèn)真細(xì)致的分析缺陷產(chǎn)生的原因，形成了檢驗(yàn)案例。

表1設(shè)備的基本情況

1 檢驗(yàn)情況

該壓力容器于2014年7月20日安裝竣工完畢并投入使用，已按要求辦理使用登記證，各手續(xù)合法。按照TSG21-2016《固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《固容規(guī)》）有關(guān)定期檢驗(yàn)的要求，使用單位于設(shè)備投用后三年內(nèi)申請(qǐng)定期檢驗(yàn)，我機(jī)構(gòu)根據(jù)《固容規(guī)》的要求，根據(jù)球罐的制造材料、盛裝介質(zhì)等球罐參數(shù)信息編制了專用檢驗(yàn)方案，在宏觀檢驗(yàn)時(shí)[1]，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部下極板處出現(xiàn)環(huán)狀麻坑腐蝕。呈現(xiàn)寬度50mm，長(zhǎng)度3m，深度為3～4mm 的腐蝕凹坑，在罐內(nèi)中上部出現(xiàn)環(huán)狀腐蝕帶，同時(shí)上部出現(xiàn)片狀鼓泡狀腐蝕，參見(jiàn)圖1。

圖1 設(shè)備腐蝕產(chǎn)生凹坑和片狀鼓泡

2 成因分析

2.1 缺陷的類型

因該在用設(shè)備內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)的是腐蝕減薄類缺陷，且其腐蝕嚴(yán)重程度呈液面腐蝕＞氣相腐蝕＞液相腐蝕的特征。對(duì)于腐蝕類缺陷，其成因較為復(fù)雜，根據(jù)《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》對(duì)于腐蝕類減薄缺陷的描述，腐蝕可以分為鹽酸腐蝕、電化學(xué)腐蝕、硫酸腐蝕、氫氟酸腐蝕、磷酸腐蝕、苯酚腐蝕、大氣腐蝕、層下腐蝕、土壤腐蝕、高溫硫化物腐蝕(無(wú)氫氣環(huán)境)、高溫硫化物腐蝕(氫氣環(huán)境)、環(huán)烷酸腐蝕、氧化腐蝕、冷卻水腐蝕、鍋爐冷凝水腐蝕、煙氣露點(diǎn)腐蝕、堿腐蝕、石墨腐蝕、硫氫化銨腐蝕(堿性酸性水)、氯化銨腐蝕、酸性水腐蝕(酸性酸性水)、沖蝕/沖蝕腐蝕、燃灰腐蝕、二氧化碳腐蝕、胺腐蝕、微生物腐蝕、甲酸腐蝕、乙酸腐蝕、乙二酸腐蝕、對(duì)苯二甲酸腐蝕、微振腐蝕等31種[2]?？v觀如此多的腐蝕類型，和本球罐盛裝介質(zhì)相關(guān)的腐蝕類型有鹽酸腐蝕、電化學(xué)腐蝕、酸性水腐蝕(酸性酸性水)等。

2.2 介質(zhì)特性

該球罐的介質(zhì)是一氯甲烷，它屬于無(wú)色易液化的氣體，具有弱的醚味。熔點(diǎn)-97.7℃，沸點(diǎn)-23.7℃，爆炸極限8.1%～17.2%(體積比)。易溶于水，溶于醇，與氯仿、乙醚、冰酷酸混溶，高溫時(shí)水解成甲醇和鹽酸，極易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物。遇熱、明火、強(qiáng)氧化劑易燃,并生成光氣。在工業(yè)運(yùn)用中，主要用作致冷劑、甲基化劑，還用于有機(jī)合成。

按照HG/T 20660-2017《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)介質(zhì)的分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于中度危害介質(zhì)。

3.3 缺陷成因分析

根據(jù)前述缺陷性質(zhì)和介質(zhì)特性的描述，該球罐的使用溫度為-30～60℃，而一氯甲烷的沸點(diǎn)是-23.7℃，則罐內(nèi)應(yīng)是氣液共存，存在氣液分界線。在球罐下部的液態(tài)一氯甲烷，則可能存在氯離子，即可能存在氯化氫，為腐蝕減薄的發(fā)生創(chuàng)造條件。按此思路，查詢使用單位的運(yùn)行記錄及其運(yùn)行指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)平時(shí)的液位正好處于腐蝕最嚴(yán)重的環(huán)線附近，本次定期檢驗(yàn)時(shí)候，對(duì)球罐進(jìn)行內(nèi)部清理時(shí)，環(huán)線附近也發(fā)現(xiàn)殘留了一部分一氯甲烷。

查工藝流程記錄，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)中運(yùn)行指標(biāo)含一氯甲烷99.5%、少量氯化氫，水分小于100ppm，從罐體的腐蝕情況上看，應(yīng)該是使用單位對(duì)水分含量控制不足，造成水和氯化氫結(jié)合，形成氯化氫溶液，該溶液對(duì)球罐制造材料形成鹽酸腐蝕，特別是液位線附近腐蝕較為嚴(yán)重。根據(jù)《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》對(duì)鹽酸腐蝕形態(tài)的描述，碳鋼和低合金鋼鹽酸腐蝕時(shí)可表現(xiàn)為均勻減薄，介質(zhì)局部濃縮或露點(diǎn)腐蝕時(shí)表現(xiàn)為局部腐蝕或沉積物下腐蝕[2]，這和本次檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的腐蝕形貌完全一致。

3 凹坑計(jì)算的快速判斷

因本次檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)較多局部腐蝕較為嚴(yán)重的情況，甚至有的存在點(diǎn)蝕，為徹底消除隱患，已要求使用單位將點(diǎn)蝕打磨，形成了眾多的凹坑。根據(jù)TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第8.5.7條（3）規(guī)定：局部腐蝕，腐蝕深度超過(guò)壁厚余量的，應(yīng)當(dāng)確定腐蝕凹坑形狀和尺寸，并且充分考慮檢驗(yàn)周期內(nèi)腐蝕凹坑的尺寸變化，參照8.5.4的規(guī)定定級(jí)，8.5.4條即是關(guān)于凹坑計(jì)算的規(guī)定。本次檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了不少腐蝕深度超過(guò)了壁厚余量的，需要逐個(gè)去判斷是否進(jìn)行凹坑計(jì)算，耗時(shí)費(fèi)力，因此在本次檢驗(yàn)中，參照同行有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)凹坑是否需要進(jìn)行G0計(jì)算做出了以下總結(jié)。利用該方法可以快速判斷是否需要進(jìn)行G0計(jì)算，大大提高了檢驗(yàn)效率。

（1）若凹坑深度＜實(shí)測(cè)厚度-名義厚度+腐蝕裕量，則凹坑允許存在；

（2）若凹坑深度＞實(shí)測(cè)厚度-名義厚度+腐蝕裕量，則需要進(jìn)行G0計(jì)算。即：實(shí)測(cè)厚度-凹坑深度＜名義厚度-腐蝕裕量，進(jìn)行G0計(jì)算?；蛘哒f(shuō)實(shí)測(cè)厚度-凹坑深度＜計(jì)算厚度+腐蝕裕量+負(fù)偏差+圓整值-腐蝕裕量，進(jìn)行G0計(jì)算；即：實(shí)測(cè)厚度-凹坑深度＜計(jì)算厚度+負(fù)偏差+圓整值，進(jìn)行G0計(jì)算。

舉例說(shuō)明：在對(duì)一腐蝕凹坑進(jìn)行打磨時(shí)，發(fā)現(xiàn)此處實(shí)測(cè)壁厚為46，打磨后形成圓滑過(guò)渡的長(zhǎng)度為310mm，寬度為50mm，深度為5mm 的半橢球凹坑，采用上述快速判斷法，實(shí)測(cè)厚度46-凹坑深度5=41mm＜名義厚度48-腐蝕余量1.5=46.5mm，則快速判斷其需要進(jìn)行凹坑計(jì)算，且因該儲(chǔ)罐不存在疲勞載荷和材質(zhì)劣化傾向，裂紋周圍無(wú)表面和埋藏缺陷，打磨后凹坑表面光滑且平滑過(guò)渡，可以進(jìn)行G0計(jì)算。運(yùn)用此法省時(shí)又準(zhǔn)確。

4 處理措施

（1）立即停止使用該球罐，配合檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)徹查腐蝕減薄的原因。

（2）對(duì)已發(fā)生腐蝕的部位進(jìn)行清理打磨，打磨后進(jìn)行磁粉探傷，對(duì)超過(guò)腐蝕裕量的部位進(jìn)行凹坑計(jì)算，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊，其他腐蝕較輕的部位打磨，與母材形成圓滑過(guò)渡。

（3）縮短檢驗(yàn)周期，運(yùn)行一年后進(jìn)行開(kāi)罐檢查。

（4）加強(qiáng)與球罐相連的設(shè)備、管道的腐蝕情況。

（5）注意工藝干燥脫水效果，對(duì)介質(zhì)有害成分加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，避免有害成分超標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

該壓力容器才投用后第三年，首次定期檢驗(yàn)即發(fā)現(xiàn)了腐蝕減薄的情況，說(shuō)明按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求及時(shí)申請(qǐng)定期檢驗(yàn)十分重要，特種設(shè)備的定期檢驗(yàn)是保障設(shè)備安全的重要措施。