液化石油氣儲罐氫鼓泡檢驗案例分析

張義磊 孫一華

（泰安市特種設(shè)備檢驗研究院）

0 前言

液化石油氣儲罐是存儲液化石油氣的壓力容器，其保有量與日俱增。由于其存儲介質(zhì)成分復(fù)雜，具有易燃、易爆等特性，且工作環(huán)境較為惡劣，因此可能存在的失效模式較多，給檢驗人員的檢驗、檢測工作帶來一定的困難。對某臺液化石油氣儲罐進(jìn)行檢驗時，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)存在一些異形缺陷。通過理論分析和實物檢驗的方式，確定了缺陷生成的原因，可為檢驗人員的檢驗、檢測和使用單位的安全管理工作提供參考。

1 設(shè)備基本情況

某液化氣站的一臺液化石油氣儲罐，是該站內(nèi)附屬的殘液罐，制造日期為2001 年，設(shè)計使用年限為20 a，其具體參數(shù)如表1 所示。

表1 儲罐參數(shù)

2 檢驗情況

使用單位于2019 年12 月1 日申請設(shè)備檢驗，該儲罐已接近設(shè)計使用年限，因此應(yīng)重點關(guān)注，檢驗人員根據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)案規(guī)程》編制了其專用的檢驗方案，該檢驗方案與其他壓力容器的通用檢驗方案相比，突出了以下幾點。

（1）資料審查

該設(shè)備移裝后首次檢驗，因此對于其設(shè)計、制造、安裝竣工資料（包含前一使用單位的安裝、竣工資料）、修理改造資料、日常使用維護(hù)資料和定期檢驗資料年度檢查資料等，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)、徹底的審查。

（2）檢驗項目和方法

由于其介質(zhì)為液化石油氣，制造材料為16MnR，綜合考慮其失效模式，較有可能發(fā)生的損傷是腐蝕減薄和環(huán)境開裂。因此在檢驗方案中，增加了測厚的點數(shù)，并對內(nèi)壁所有縱、環(huán)焊縫采用100%埋藏缺陷檢測和表面無損檢測的方式，對所有的角接焊縫采用100%滲透檢測。

3 檢驗中發(fā)現(xiàn)的問題

根據(jù)專用檢驗方案，對該液化石油氣儲罐進(jìn)行檢驗。經(jīng)審查，其資料齊全，設(shè)計、制造和歷年的定期檢驗報告均保存良好，且在整個使用過程中該儲罐并未經(jīng)過修理和改造，但是使用單位未按要求對其進(jìn)行年度檢查。

對儲罐內(nèi)進(jìn)行宏觀檢查時，發(fā)現(xiàn)其封頭下半部分有15 個顏色為白色，直徑為30～60 mm，高度為5～15 mm 的異形缺陷，初步判斷為鼓泡缺陷。對該缺陷周圍增加測厚點數(shù)，發(fā)現(xiàn)其附近內(nèi)壁往外測壁厚僅有 6±2 mm；而在同樣的位置，從外壁向內(nèi)壁測得的壁厚為10±2 mm。打磨鼓泡的位置，并用滲透檢測進(jìn)行無損檢測后可知，有些鼓泡內(nèi)部存在30～50 mm長度不等的潛在裂紋。

4 缺陷成因分析

查閱使用單位留存的檔案資料，對該壓力容器筒體及封頭的材料、元素含量和力學(xué)性能進(jìn)行分析。從資料中可以發(fā)現(xiàn)，封頭材料中Mn 元素的含量比筒體材料稍高，而且其抗拉強度、屈服強度均比筒體材料高。16MnR 是我國自主研發(fā)的一種壓力容器專用鋼材，大多數(shù)液化石油氣儲罐都采用16MnR 這種材料制造，其最大缺點是具有較高的濕H2S 腐蝕敏感性。

本次檢驗的液化石油氣貯罐使用時間為 18 a，查閱歷年的檢驗報告，未發(fā)現(xiàn)任何關(guān)于氫鼓泡的記錄和其他任何危害儲罐使用安全的缺陷。從前述液化石油氣的成分分析，其中含有的少量硫化氫容易與水分相結(jié)合，形成濕硫化氫氛圍，產(chǎn)生濕硫化氫破壞。這臺壓力容器長年處于濕硫化氫環(huán)境中，使得16MnR材料和H2S 反應(yīng)生成的氫向鋼中擴散，在鋼材的非金屬夾雜物、分層和其他不連續(xù)處聚集形成氫分子，由于鋼組織內(nèi)部的氫分子很難逸出，使其產(chǎn)成強大內(nèi)壓，導(dǎo)致其周圍組織屈服，形成表面層下平面孔穴結(jié)構(gòu)（即氫鼓泡）。與此同時，在材料內(nèi)部不同深度形成氫鼓泡時，鼓泡長大會導(dǎo)致相臨的鼓泡不斷連接，形成臺階狀裂紋。對其他筒體和封頭進(jìn)行了仔細(xì)檢測后可知，在沒有分層的板材部位均未發(fā)現(xiàn)氫鼓泡缺陷。說明該儲罐是因為封頭材料分層且液化石油氣中的硫化氫含量超標(biāo)而產(chǎn)生氫鼓泡開裂。

5 缺陷處理及措施

根據(jù)TSG 21—2016 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于定期檢驗的規(guī)定，本次檢驗將該壓力容器的安全技術(shù)等級評定為5 級。鼓泡的點數(shù)較多，打磨深度較大，鋼板分層的面積較大，且該壓力容器使用時間長，維修性價比低，因此建議使用單位立即停止使用該壓力容器，同時向監(jiān)察部門辦理報廢手續(xù)。為了防止設(shè)備再次發(fā)生氫鼓泡現(xiàn)象，建議用戶和廠方采取以下改進(jìn)措施：（1）嚴(yán)格控制液化石油氣中H2S 和水的含量；（2）采用涂層的方法使罐體內(nèi)表面形成保護(hù)膜，將鋼板與硫化氫環(huán)境隔絕，防止鋼材受損；（3）選用低硫磷的抗硫化氫腐蝕的專用鋼材制造設(shè)備；（4）嚴(yán)格控制分層鋼板的使用。

6 總結(jié)

在檢驗中發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備缺陷是由制造時的鋼板分層缺陷和使用過程中的應(yīng)力腐蝕介質(zhì)含量超標(biāo)共同作用產(chǎn)生的。特種設(shè)備的監(jiān)督管理覆蓋了設(shè)計、制造、使用、檢驗等全過程，只有在每個環(huán)節(jié)都嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，才能預(yù)防事故發(fā)生。