液化石油氣儲罐失效及對策分析

摘要：文章探討了液化石油氣儲罐的失效問題，并對其從應力的影響、H2S腐蝕物的影響及貯罐金屬材料的敏感性等方面進行了分析；對現階段的LPG（液化石油氣）的生產，貯罐的設計、制造以及運輸、充裝工藝、管理操作和檢驗方面提出了相應的措施和對策。

關鍵詞：液化石油氣儲罐；H2S；應力腐蝕開裂；儲罐失效；臥式貯罐 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ028 文章編號：1009-2374（2015）35-0082-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.040

在我國液化石油氣儲罐保有量大，使用時間較長，大部分使用時間超過20年，且容積較大，多為幾十至上百立方。一般在貯罐的底部有腐蝕，殼體母材區、焊縫內部和熱影響區常有裂紋，一旦出現腐蝕及裂紋將非常危險。為確切得出引起貯罐腐蝕、裂紋的原因，對其進行了定性分析和定量分析，根據LPG貯罐的腐蝕裂紋的具體問題，對臥式貯罐的應力大小、腐蝕速率、腐蝕介質的濃度及裂紋失效問題進行了力學條件下的電測和化學條件的分析。

1.2 H2S的腐蝕物對液化石油氣貯罐應力腐蝕開裂的影響

1.2.1 周圍環境溫度的改變對腐蝕裂紋的影響。金屬材料在H2S含量較大的氣氛中存在時，因為吸收了氫而致其變脆，有時也會在硫的作用下使氫變得活躍而形成坑狀不均勻腐蝕和較大的均勻腐蝕，同時可能出現較多的微裂紋，這些與溫度及環境的變化有較大關系。溫度是化學腐蝕的重要因素，實踐證明，溫度每升高10℃，腐蝕的速度會增加數倍。所以對于液化石油氣貯罐在室外時，朝陽面和朝陰面的日照溫度不同，金屬材料的內部腐蝕的程度也是不同的。在大約30℃時的溫度下，低合金鋼在H2S的環境下腐蝕最惡劣，它的腐蝕速度會顯著增加。

1.2.2 H2S的含量對腐蝕開裂的影響。存在H2S介質的環境中，如果其含量越高，出現的腐蝕就越嚴重，特別是在有雜質時會更加突出。在H2S含量較高的環境中，貯罐金屬材料的表面氧化膜與H2S接觸時，其材料的氧化膜會被破壞，腐蝕介質和金屬材料在電化學的作用下產生了局部腐蝕，會很快發展為大面積的均勻腐蝕，與此同時會引起貯罐的腐蝕裂紋進一步擴展而產生失效。

1.2.3 晶間的氫原子對應力腐蝕開裂的影響。H2S造成金屬材料腐蝕開裂的根本原因是經過大量數據說明的。其在潮濕的環境中，在H2S的作用下，會促使氫的吸附。因此，在金屬材料的表面，對于腐蝕反應而生成的原子氫，反應的方程式為：

H2S+Fe—FeS+2[H]

依據以上化學反應式可以得出，在液化石油氣儲罐中，H2S與水越多，它的反應將會越劇烈，所產生的原子氫也就越集中。因此在液化石油氣儲罐中含有較多的H2S，且有水分的存在，這是液化石油氣貯罐在運行中最惡劣環境，也是造成氫致開裂的重要原因。因為這個原因的存在，液化石油氣貯罐材料的硬度與強度需進行仔細的考量，需擇優選用LPG貯罐的金屬用材。

1.3 貯罐金屬材料對H2S應力腐蝕開裂的敏感性

16MnR與16Mn這樣的低合金中強度鋼有著特殊的要求，在我國腐蝕數據手冊中提出：“對于低合金中高強度鋼與碳鋼在潮濕的H2S環境中，當溫度為20℃～50℃時，年腐蝕速率為0.5～1.5mm。”美國金屬學會主編的《金屬手冊》中，也提供在室溫條件下H2S與硫化物雜質對低合金中高強度鋼在硫的作用下，會使其加快應力腐蝕的開裂。因此對16MnR與16Mn的材料來說，大多是在正火的狀態時運用。其晶粒較為細化，據金屬材料的結構影響，擁有小晶粒尺寸的任何材料與擁有大晶粒尺寸的同種材料相比，其更加抗應力腐蝕開裂。因為整體熱處理與焊后熱影區的不均勻，其會產生較大晶粒，從而產生淬硬的索氏體或馬氏體組織，所以會降低金屬材料對硫化物腐蝕開裂的相應抵抗能力。特別是在硫的作用下，在應力與H2S腐蝕介質的共同作用下，金屬材料腐蝕部位會生成微小的裂紋，從而造成大量的沿晶與穿晶裂紋。7#、8#應變片處的應力值最高且處于焊縫的邊緣，焊縫邊緣金屬及熱影響區常對裂紋開裂是敏感的。因此，在這樣的局部位置上產生大量的裂紋，這是由于這些區域有更為敏感的顯微組織的原故。

2 改進措施與對策

液化石油氣貯罐的應力腐蝕開裂失效是一種力學、環境破壞過程，貯罐在運行中，持久拉伸應力與化學侵蝕作用使金屬產生裂紋并使其擴展。從分析中得知應力腐蝕開裂是由拉伸應力和特定的腐蝕環境的綜合作用產生的，產生斷裂失效的時間比應力和腐蝕性環境單獨的作用或二者簡單地疊加所需的時間要短。應力腐蝕開裂引起的失效常常是因為化學環境及遠低于金屬的屈服強度的拉應力同時作用下造成的，在這種情況下，細小的裂紋向金屬材料里伸展，而表面僅呈現出模糊不清的均勻的腐蝕跡象，因此，不可能有破壞跡象的宏觀標志。當LPG中含有大量H2S時，其在拉應力的促使下，在液化石油氣貯罐正常運行中可能會造成失穩而破壞，造成災難性事故。為防止液化石油氣中的H2S造成貯罐的應力腐蝕開裂失效，我們應在貯罐的設計與制造上、LPG的生產工藝上、充裝的工藝上、相應的儲運上、管理操作上和檢驗方面采取一些必要的措施與對策：（1）為防止液化石油氣儲罐中的H2S超標，相關生產單位應按質量標準規定，堅決采用新的脫水與脫硫工藝，盡量減少液化石油氣中H2S的含量與濃度；（2）相應的設計單位在設計液化石油氣儲罐時，應當采用合理的結構，盡量避免在應力較高的區域開孔和布置縱向的焊縫，用以防止開孔處的應力集中與焊接的殘余應力；（3）對于大型臥式貯罐制造加工后，應采用整體熱處理措施，在保證焊縫和母材消氫熱處理的同時，消除焊后殘余應力；（4）液化石油氣的供應及充裝單位應當規范管理，需做到排污裝置及系統完善與完好，并在定期對液化石油氣儲罐進行排污，以減少儲罐中殘液的H2S含量與濃度；（5）相應的貯運LPG的貯罐且H2S的含量與濃度較高時，需按照相關規定，做到定期地進行開罐檢驗工作，及時地發現相關的問題，以防止H2S所產生的應力腐蝕開裂。

3 結語

我國的液化石油氣儲罐數量多、分布廣，如果不及時地發現這樣的問題和缺陷，一旦發生破壞事故，后果不堪設想。所以，要及時檢驗，及時發現問題，確保設備的安全運行，保護人民的生命和財產的安全。

參考文獻

[1] 李毅.鍋爐壓力容器的案例[M].北京：中國人事出版社，1992.

[2] 強天鵬.壓力容器檢驗[M].北京：新華出版社，2008.

作者簡介：徐松（1980-），男，江西九江人，江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院九江分院工程師，研究方向：壓力容器的檢驗。

（責任編輯：秦遜玉）