液化石油氣球罐無損檢測及裂紋處理分析

摘要：液化石油氣球罐是一種壓力容器，主要是應(yīng)用于液化石油行業(yè)中。企業(yè)需要定期檢查液化石油氣球罐，及時發(fā)現(xiàn)液化石油氣球罐存在的問題。本文探討了液化石油氣球罐，分析了液化石油氣球罐無損檢測及液化石油氣球罐裂紋成因，提出了液化石油氣球罐裂紋處理措施，以期保障液化石油氣球罐運(yùn)營的安全性與延長設(shè)備的使用壽命。

關(guān)鍵詞：液化石油氣球罐? 無損檢測? 裂紋? 處理措施

Nondestructive Testing and Crack Treatment Analysis of LPG Spherical Tank

SONG Wenhua

（Shenyang Market Supervision Service Center（Shenyang Inspection and Testing Center）， Shenyang， Liaoning Province， 110000 China）

Abstract： LPG spherical tank is a kind of pressure vessel， which is mainly used in the LPG Industry. Enterprises need to regularly check the LPG balloon tank and find the problems existing in the LPG balloon tank in time. This paper discusses the LPG balloon tank， the nondestructive testing of LPG spherical tank is analyzed， and the causes of cracks in LPG spherical tanks， the crack treatment measures of LPG spherical tank are put forward， in order to ensure the safety of LPG balloon tank operation， extend the service life of the equipment.

Key Words： LPG balloon tank; Non destructive testing; Crackle; Treatment measures

在石油化工生產(chǎn)過程中，液化石油氣球罐屬于一種儲存容器，并且發(fā)揮著重要的作用。近些年我國逐漸增加加工含硫量比較高的進(jìn)口原油，但是原油加工機(jī)器缺乏先進(jìn)性，導(dǎo)致液化石油氣球罐很容易產(chǎn)生裂紋問題。為了緩解這一問題，需要開展液化石油氣球罐無損檢測工作，加強(qiáng)處理裂紋問題，保障液化石油氣球罐運(yùn)行的安全性和高效性。

1 液化石油氣球罐概述

壓力容器是一種儲備材料的工具，在工業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要的作用。液化石油氣球罐具有中心對稱的幾何特征，在相同壁厚的情況下，容器可以承受較大的壓力，因此當(dāng)前在工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛利用液化石油氣球罐。在石油化工和金屬冶煉等行業(yè)中廣泛利用液化石油氣球罐，直接關(guān)系到民生保障工程質(zhì)量，但是液化石油氣球罐主要的存儲液化石油氣，因此具有較高的危害性，因此相關(guān)部門非常重視液化石油氣球罐，要求在使用液化石油氣球罐的過程中安排專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)定期開展安全檢測和評估工作，保障液化石油氣球罐運(yùn)行的安全性[1]。

液化石油氣球罐失效形式包括韌性斷裂失效和脆性斷裂失效及腐蝕失效。韌性斷裂失效指的是在破裂之后產(chǎn)生明顯的塑性變形問題。破壞的斷口主要是利用斷裂撕裂，并且在斷口呈現(xiàn)出灰色纖維狀，通常不會產(chǎn)生碎片。脆性斷裂失效主要是因?yàn)槿萜髌茐模粫a(chǎn)生明顯的塑性變形問題，斷口呈現(xiàn)出結(jié)晶狀，并且保持齊平性，與主應(yīng)力呈現(xiàn)出垂直狀態(tài)。在幾何形狀突變部位很容易產(chǎn)生裂紋問題。脆斷階段外觀不會產(chǎn)生明顯的變化，在破壞之后器壁很難發(fā)生伸長變形問題，并且不會減薄壁厚。在脆斷階段很容易產(chǎn)生碎片。發(fā)生腐蝕失效問題，將會減薄金屬壁厚，同時會產(chǎn)生腐蝕坑和腐蝕裂紋等，隨著腐蝕的變化也會隨之劣化金屬材料的性能。結(jié)合液化石油氣球罐實(shí)際應(yīng)用情況，需要全面分析腐蝕裂紋失效形式，采取針對性的預(yù)防措施，保障液化石油氣球罐運(yùn)行的安全性。

2 液化石油氣球罐無損檢測

2.1 檢測過程

某企業(yè)在利用2000m?的液化石油氣球罐，我國法律規(guī)定每隔3年都要開始檢測工作，在某次檢測過程中發(fā)現(xiàn)液化石油氣球罐出現(xiàn)102次裂紋，最長的裂紋長度已經(jīng)超過725mm，最小的裂紋也有12mm，裂紋最大的深度超過8.5mm，最小的深度在0.98mm左右。此外該臺液化石油氣球罐設(shè)計壓力為2.55MPa，液化石油氣球罐內(nèi)徑為16MnR，設(shè)計溫度是55℃，主要負(fù)責(zé)存儲丙烯[2]。

2.2 檢驗(yàn)問題

（1）宏觀結(jié)果。這臺液化石油氣球罐在錯邊情況下，出現(xiàn)的最大值為1.60mm，環(huán)焊縫為2.60mm，棱角度在4.6mm范圍內(nèi)，縱縫棱角度在4.9mm范圍內(nèi)，焊縫高度在2.6mm以上。同時液化石油氣球罐產(chǎn)生硫化氫腐蝕問題，其他的參數(shù)等符合標(biāo)準(zhǔn)。（2）壁厚情況。液化石油氣球罐壁厚最小值為47.7mm，最大值為87.1mm。（3）磁粉結(jié)果。在液化石油氣球罐外表實(shí)施對接處理，并且全方位地開展焊縫處理，同時開展磁粉檢測工作，在液化石油氣球罐的表面產(chǎn)生較多的裂紋，主要是在赤道下的熔合部位產(chǎn)生裂紋問題[3]。（4）超聲波檢測。利用超聲波檢測液化石油氣球罐的裂紋，發(fā)現(xiàn)有幾處的缺陷不符合我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，主要缺陷包括裂紋和氣孔。（5）硬度測定。因?yàn)槌嗟缼Ш鸵韵虏课坏挠捕韧ǔ?biāo)記歐高，通常是表現(xiàn)在裂紋部位，最大的硬度值將會超過HB251，最小的硬度值將會超過HB241。

3 液化石油氣球罐裂紋成因分析

（1）液化石油氣球罐裂紋主要是集中在赤道帶附近，尤其是分布在赤道熔合部位和赤道熔合下方的部位，此外還有一些裂紋集中在赤道帶的上方，并且形成了棱形角度測，出現(xiàn)的裂紋主要是形成細(xì)長狀。（2）通常檢測和修理工作需要經(jīng)過1個月以上的時間，達(dá)到一定的時機(jī)才可以開展熱處理工作，因此形成裂紋。（3）在制造液化石油氣球罐過程中，一些區(qū)域硬度值比較高，這是因?yàn)樵诎惭b過程中沒有采取預(yù)熱措施，產(chǎn)生硬化組織之后再開展熱處理工作，無法保障工作效果。通過分析可知，如果硬度值比較高將會影響到材料韌性，降低材料韌性之后，在受冷之后很容易產(chǎn)生裂紋，在應(yīng)力和腐蝕的共同影響下很容易產(chǎn)生裂紋。在組裝液化石油氣球罐的過程中存在應(yīng)力，并且沒有及時開展熱處理工作，最終擴(kuò)展裂紋[4]。

4 液化石油氣球罐裂紋處理措施

裂紋是一種危險的缺陷，在硫化氫應(yīng)力腐蝕的影響下，將會產(chǎn)生裂紋問題，在斷裂力學(xué)角度出發(fā)可以允許液化石油氣球罐存在一定裂紋，但是在安裝過程中要避免產(chǎn)生裂紋。在處理液化石油氣球罐裂紋問題的過程中，需要采取打磨處理措施消除裂紋。但是打磨之后將會在液化石油氣球罐表面產(chǎn)生凹坑，轉(zhuǎn)變液化石油氣球罐原有的應(yīng)力狀態(tài)。經(jīng)過打磨處理之后出現(xiàn)凹坑，在一定范圍內(nèi)無法再開展補(bǔ)焊工作，同時還會引發(fā)定級影響。

4.1 凹坑無需補(bǔ)焊

在打磨之后在液化石油氣球罐表面很容易產(chǎn)生一定深度的裂紋，當(dāng)這一深度處于標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)將會引發(fā)凹坑，凹坑不影響定級，那么可以確定液化石油氣球罐裂紋符合要求，無需開展補(bǔ)焊工作。根據(jù)矩形短軸和長軸的規(guī)定，液化石油氣球罐裂紋深度分別為1A（mm）、1B（mm）、1C（mm），以此為基礎(chǔ)開展參數(shù)數(shù)值計算，當(dāng)參數(shù)值處于0.1計算范圍內(nèi)，那么無需補(bǔ)焊凹坑[5]。

4.2 凹坑需要開展補(bǔ)焊

經(jīng)過打磨處理之后，將會增大液化石油氣球罐表面裂紋的深度，如果深度較大將會引發(fā)凹坑情況，凹坑一旦影響到定級，并且表面裂紋不符合相關(guān)規(guī)定，需要開展補(bǔ)焊工作。

4.3 參數(shù)計算和分析

實(shí)施參數(shù)計算需要符合相關(guān)規(guī)定：（1）保證凹坑的光滑性，保持表面的平緩型，避免在周圍產(chǎn)生缺陷。（2）凹坑周圍不能存在尖銳的棱角。（3）不能受到外來壓力和載荷。（4）圓筒薄壁值在0.18以內(nèi)，同時要保證球殼壁值在0.10范圍內(nèi)。（5）選擇材料的過程中需要結(jié)合壓力要求，避免材料發(fā)生劣化問題。（6）裂紋深度要在12mm范圍內(nèi)，同時要小于壁厚值的1/3，坑底最小厚度也要超過3mm。（7）凹坑半場要處于1.4（RT）1/2范圍內(nèi)。半寬要超過3倍的深度值，利用以下公式開始計算工作：GO=CA/[T（RT）1/2]。

4.4 缺陷修補(bǔ)措施

（1）在修補(bǔ)之前需要配置科學(xué)的裂紋修補(bǔ)方案，經(jīng)過設(shè)計單位批準(zhǔn)，合理統(tǒng)一需要修補(bǔ)的設(shè)備，同時需要安排經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員開展相關(guān)工作，主要安排特種設(shè)備檢驗(yàn)返修工作的質(zhì)量，優(yōu)化整體監(jiān)督效果。根據(jù)缺陷的位置和深度等方面，可以確定缺陷清除措施。當(dāng)缺陷深度超過25mm，可以在液化石油氣球罐內(nèi)部開展清除工作，否則需要在外側(cè)開展清除工作。清除缺陷之后，需要利用砂輪打磨焊接位置，露出金屬光澤即可停止工作，全面打磨清除增碳層。隨后繼續(xù)打磨修整形成凹槽，為后續(xù)施焊工作提供便利，控制凹槽長度在50mm以上，同時需要保持坡口角度，控制坡度在50℃以內(nèi)。在缺陷打磨清除階段需要利用MT方法檢測刨槽部位，如果沒有徹底清除缺陷，需要繼續(xù)打磨并且經(jīng)過MT確認(rèn)，注意全面清除缺陷[6]。

（2）打磨處理裂紋表面之后，要徹底清除裂紋，隨后利用磁粉檢測措施，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)還有裂紋，需要繼續(xù)清除并且打磨，要保證徹底清除裂紋。如果裂紋深度較大，技術(shù)人員需要利用超聲波開展檢測工作，明確裂紋實(shí)際位置，可以確定碳弧氣刨清除缺陷位置，到達(dá)深度最大值可以停止，并且更換打磨形式，可以選用砂輪機(jī)清除裂紋缺陷，完成清除工作之后開展檢測工作，保障清除效果。

（3）在凹坑補(bǔ)焊階段，需要提前開展預(yù)熱工作，主要是利用電加熱方式，在施焊側(cè)的背面開展加熱工作，降低冷卻的速度，避免產(chǎn)生硬化組織，在預(yù)熱過程中以修補(bǔ)位置為基礎(chǔ)，預(yù)熱范圍為150mm半徑，同時需要控制溫度在125～175℃的范圍內(nèi)。在施焊側(cè)需要利用紅外線測溫儀開展測溫工作。工作人員要注意充分預(yù)熱，保障鋼板溫度的均勻性。在焊接過程中不能隨意撤除電加熱裝置?？刂谱罡哳A(yù)熱溫度在250℃范圍內(nèi)。

（4）為了保障焊接效果，需要安排專業(yè)的焊接人員，焊接人員需要嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，利用E5015焊條，同時控制每層的距離在4mm左右，在焊干之后需要全面清理焊渣，并且需要控制溫度超過150℃。在施焊階段，需要在焊縫外母材上落實(shí)引弧工作，要注意錯開每條焊道的起弧位置，利用磨光機(jī)打磨起弧點(diǎn)，避免產(chǎn)生弧坑等問題。在焊接過程中需要利用多層多道焊，控制焊條擺寬在12mm范圍內(nèi)?？刂坪傅缹娱g溫度在150～250℃，在返修焊接過程中，工作人員可以利用紅外線測溫儀檢測層間的溫度。在焊接階段要注意清理層間，避免產(chǎn)生新的缺陷問題。在返修焊接過程中要注意規(guī)避原焊道的熱影響區(qū)。完成焊接工作之后需要在焊道上覆蓋保溫巖棉，并且在背面設(shè)置電加熱帶進(jìn)行加熱，控制加熱溫度在300～350℃的范圍內(nèi)，加熱時間要維持在2h以上。要注意需一次性完成焊接工作，并且不能中斷焊接過程，如果中斷焊接需要利用采取后熱處理措施，在施焊之前需要全面檢測焊層，確定沒有裂紋之后再開展預(yù)熱工作，達(dá)到預(yù)熱規(guī)定值之后再開展焊接工作。

（5）完成焊接工作之后需要開展檢查工作，首先開展外觀檢測工作，經(jīng)過24h之后需要開展磁粉檢測工作，完成檢測工作之后需要利用超聲檢測方式。

（6）熱處理液化石油氣球罐的局部，在返修工作中需要根據(jù)深度合理消除應(yīng)力，通過加熱處理，控制溫度在625℃范圍內(nèi)，注意保持加熱部位的溫度。

（7）以監(jiān)察規(guī)程為基礎(chǔ)，開展耐壓試驗(yàn)工作，在補(bǔ)焊過程中，確定受壓元件的深度在液化石油氣球罐厚度一半值內(nèi)。

（8）完成修補(bǔ)工作之后需要對比分析最高的工作壓力，通過開展氣密性實(shí)驗(yàn)，保障液化石油氣球罐的密封性。

5 結(jié)語

總而言之，液化石油氣球罐很容易產(chǎn)生裂紋問題，這一問題具有較大的危險性，因此需要利用無損檢測方式檢測液化石油氣球罐，及時發(fā)現(xiàn)裂紋問題，通過分析裂紋產(chǎn)生的原因，提出針對性的處理措施，保障液化石油氣球罐運(yùn)行的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 李偉東，陳明哲，李玉，等.基于熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的液化石油氣儲罐失效預(yù)警判定[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2021，17（2）：91-97.

[2] 杜娟，劉艷，韓青飛，等.淺析大型液化烴球罐緊急切斷閥的設(shè)置及選型[J].天然氣與石油，2020，38（6）：41-46.

[3] 胡守成.無損檢測方法在液化石油氣球罐定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用分析[J].特種設(shè)備安全技術(shù)，2020（6）：53-54.

[4] 王春發(fā).球罐接管角焊縫裂紋產(chǎn)生原因分析及處理措施[J].質(zhì)量安全與檢驗(yàn)檢測，2020，30（5）：132-133.

[5] 鄭祥林.淺談在液化烴球罐注水系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化策略[J].石化技術(shù)，2020，27（1）：187-188.

[6] 葉春波.液化石油氣球罐噴淋管線入口地下線腐蝕穿孔[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2019，36（3）：64.

作者簡介：宋文華（1978—），女，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)樘胤N設(shè)備。