石油液化氣球罐應當加強對氫腐蝕的檢測

楊在東 王世龍 馬海軍

摘要：在含有H2S介質的環境中使用的容器檢驗應當注意氫腐蝕。2006年9月在某煉油廠的4臺400m3 石化液化氣的球罐檢測中發現了嚴重的氫鼓泡現象。鼓泡散布內壁，在氣液相交界面較為集中和嚴重，屬無法修復的材料劣化。使用10年時間需停用，在煉油工藝裝置中載有含H2S成份介質的壓力容器尚有很多，而在平常的檢驗檢測當中，最多見的是均勻腐蝕，及易疏忽氫腐蝕所造成的材料劣化，所以氫腐蝕應當引起檢驗檢測人員的高度重視。

關鍵詞：球罐 檢驗檢測 缺陷 氫腐蝕 結束語

1 檢驗檢測發現的現象

①球罐概況：安裝時間：1996年，容積：400m3，規格：Φ9200×32mm，材質：16MnR，設計壓力：1.8MPa，設計溫度：-9∽50℃，介質：石油液化氣、原料氣。

②檢驗檢測異常狀況：罐體外壁測厚為32mm，將其厚度減薄到20mm左右。面積大小不一，其中面積最大為1500mm×150mm，最小的僅為點狀，并且100mm×100mm的點比較多。這些點在氣液相交界面分布著，主要集中在鋼板中部，焊縫兩側邊緣的點比較少。

2 檢測缺陷

①對板材外壁缺陷部位利用超聲波進行檢測，在各個方向利用5P10×10K1斜探頭進行掃查，同時在22mm-28mm范圍內出現族狀波反射，并且這些波此起彼伏，并能進入Ⅲ區，如果探頭稍微移動，在這種情況下就會出現連接、復蓋等現象，進而使得某個波的指示長度在一定程度上無法測出，如圖一所示。

②外壁硬度值HB=118-124。

③對內壁進行宏觀檢查，如果外壁存在缺陷，在這種情況下，其相對應的內壁就會出現鼓泡。并且這些鼓泡大小不一，甚至也沒有鼓泡。

④內壁鼓泡上磨出平面，厚度為6-10mm，與外壁測厚點吻合。

⑤內壁鼓泡上磨出平面用斜探頭探測，在各個方向掃查，均有族狀波反射，最大波集中在9-10mm處如圖三所示。最大波幅進入Ⅲ區，通過直探頭進行探測，此時底波徹底消失，如圖四所示。

⑥鼓泡上磨出平面上打硬度均無顯示。

⑦對于缺陷部位來說，在進行內、外壁表面磁粉探傷時，通常情況無任何反映。

3 鼓包缺陷原因

①通過審查資料可知：在安裝球罐前，通常情況下需要對球殼板進行驗收，并且在坡口上顯示磁粉探傷磁痕，通過對金相和硫印進行分析可知，冶金條狀缺陷是磁痕顯示部分，條狀缺陷中心、四周分別呈現暗色和明亮色。通過對暗條狀缺陷進行能譜分析，其分析結果顯示，其成份主要是非金屬夾雜物MnS，通過能譜對白亮環進行分析，其分析結果表明：其成份主要是Fe，同時含有一定量的稀土鑭（La）。

②在硫化氫環境中，受腐蝕、電解等作用的影響，在一定程度上導致鋼浸漬產生氫，在儲存介質中，由于含有硫化物，使得放氫反應正好受到抑制。H+H=H2↑，根據該反應式可知，在反應過程中，如果氫原子不能迅速結合，在這種情況下會成為氫分子而排出，進而導致部分氫原子擴散到金屬內部。由于氫分子不能擴散，但是通過積累就會形成內壓，進而使得微觀缺陷內壓力在一定程度上大大提高。根據權威資料顯示，其壓力可達104MPa，受內壓的影響和制約，進一步脹大這些微觀孔隙。

4 檢驗檢測需要注意的問題

①對球殼板進行驗收。在驗收球殼板的過程中，關于坡口磁粉探傷，由于GB50094沒有相應的要求，根據檢測經驗可知，通常情況下需要對球殼板驗收作坡口磁粉檢測。

②驗收過程中，不論采用球殼板驗收，還是采用壓力容器檢驗，通常情況下，都需要根據制造要求進行驗收，同時通過減薄的方式對測厚點進行布置。另外，根據材料中存在冶金條狀缺陷的實際情況，必要的情況下，適當增加測厚點數。因此，增加中部檢測點的數量完全有必要。

對于金屬材料來說，不論其存在的缺陷是冶金缺陷，還是非金屬夾物，如果介質含有H2S，在這種情況下，金屬材料就會受到H2S的浸蝕。在檢測過程中，為了便于對H2S浸蝕材料的速率進行監控，通常情況下，需要精確固定某些測厚點的位置，進而在一定程度上進行下次檢驗時，便于有一個精確的計算和明確的比較。

在氫損傷的作用下，會在不同程度上產生晶間裂紋，進而使得超聲波的傳播速度進一步降低。所以，需要對檢測點進行固定，一方面需要對所測厚度進行記錄，另一方面利用對比法測定出該材料的聲速，進而在一定程度上便于進行下次檢測時，對比分析聲速的變化，同時推斷出產生的氫損傷。

③由于產生氫損傷，通常情況下會使底面回波的衰減進一步增加，應該將底面回波的幅度嚴格記錄在固定的檢測點部位，進而在一定程度上便于下次檢測時，對比分析底波衰減情況。

④在對球殼板進行驗收時，如果測厚減薄點現象比較明顯或者坡口上磁探存在磁痕堆積現象，在這種情況下，需要采取相應的措施，進而在一定程度上增加材料的金相、硫印等，同時對其進行能譜分析，進一步全面了解金屬材料的冶金缺陷，同時更加準確的評價材料的安全性能。

⑤在用壓力容器進行檢測時，在檢測過程中，如果發生異常測厚點，在這種情況下，應當通過增加縱波直探頭、橫波斜探頭的方式進一步對板材進行檢測。對異常測厚點的來源進行判斷，判明其源于微觀缺陷，還是分層，以及氫腐蝕等。與設備完好部位相比，微觀缺陷波形幾乎沒有任何差別。

⑥對壓力容器內壁進行宏觀檢測時，通常情況下，宏觀檢查的對象只集中在內壁，但是，在檢查焊縫的過程中，需要注意，對于內表面的腐蝕狀況，需要借助肉眼進行檢查。

⑦在檢測過程中，對在用壓力容器，需要對內壁焊縫進行磁粉探傷。必要的情況下，需要局部增加母材的內表面磁粉探傷，進而在一定程度上防止發生氫腐蝕現象。

⑧當測厚點存在異常情況時，應當增加內外表面的硬度檢測并與完好部位比較。

5 結束語

在以往的石油液化氣球罐檢測中很多廠家，對球罐內壁都末制作防腐內襯。認為選材準確，生產工藝參數，如壓力和溫度不會到達氫腐蝕條件。其實在制作安裝時，對材料球殼板的驗收如測厚或超聲波檢測僅作球殼板數的20%的比例抽查，超聲為格子線掃查，測厚為每張球殼板十多個點。即是如此，如有時偶然發現了某些點有壁厚有薄點或超聲反映有缺陷，但其未超過板材超聲波允許標準。也就是說，板料并不一定100%滿足資料顯示要求。在生產使用中，常常只考慮正常運轉的工藝參數，在開車、停車、安裝、卸載、開罐清洗等諸多因素中是否在某些環節中，滿足或達到氫蝕條件都是個不定因素。所以，對含有H2S介質的環境中使用的在用壓力容器檢驗時，氫腐蝕、氫脆及氫鼓泡還當引起高度重視。

有關資料顯示，凡是體心立方晶格金屬都會被氫強烈地脆化，而面心立方晶格沒有氫脆。采用面心立方晶格的鋁材對球罐內壁進行了噴鋁內襯。雖有一定的經濟代價，但對延長設備壽命，避免嚴重的氫腐蝕危害必將起到很大的作用。

參考文獻：

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作者簡介：楊在東（1983-），男，陜西志丹人，助理工程師，研究方向：壓力容器、管道的檢測技術；王世龍（1965-），男，陜西延安人，工程師，研究方向：鍋爐，壓力管道檢測技術。