液化石油氣球罐應力腐蝕裂紋分布情況淺析

＊王鵬 葉棟

（臺州市特種設備監督檢驗中心 浙江 318000）

液化石油氣球罐應力腐蝕裂紋分布情況淺析

＊王鵬 葉棟

（臺州市特種設備監督檢驗中心 浙江 318000）

應力腐蝕裂紋是影響在役壓力容器安全運行的一類較大缺陷，在液化石油氣球罐中存在較大幾率的應力腐蝕裂紋，因此有必要開展應力腐蝕裂紋的相關研究工作。本文介紹了在役液化石油氣球罐應力腐蝕裂紋的檢出分布情況，總結規律，并探討TSG21-2016中的相關規定。

液化石油氣球罐；應力腐蝕裂紋；規律

1.前言

應力腐蝕裂紋是對在役壓力容器安全危害最大的一類缺陷，在液化石油氣球罐中出現的幾率較大，開展此類相關研究非常有必要。我市共有12臺球罐，均由我中心承擔定期檢驗工作，由于各種因素，這12臺球罐在歷次定期檢驗發現了多處裂紋，具有較典型的意義。為了總結規律，防范事故的發生，指導球罐定期檢驗工作并為我中心今后其他類似檢驗工作提供借鑒。

2.應力腐蝕裂紋分布情況

裂紋圖1

裂紋圖2

這12臺液化石油氣球罐建成于1990到2004年間，大多經歷兩次以上定期檢驗。這12臺球罐材質為16MnR，工作壓力為1．2MPa，規格分別為4臺100M3Φ6100×22mm，1臺200M3Φ7100×26mm，5臺400M3Φ9200×32mm，2臺1000M3Φ12300×40mm，結構為足球桔瓣式，A為上極板，B為上溫帶，C為赤道帶，D為下溫帶，E為下極板。

現選取這12臺球罐2次定期檢驗中較為典型的裂紋分布情況：

?

400-5 無 無1000-1 有 4mm 多條 C5D5、B8B9、C3C4 有 4mm 6條 DE內外表面熔合線1000-2 無 有 5mm 多條C8D7、B4C5、C8D9內表面

3.應力腐蝕裂紋

材料在環境和應力的共同作用下引起的破裂，稱為環境破裂即腐蝕破裂。應力腐蝕破裂是最嚴重的一種。一般來講，金屬構件在一定的應力和特定的腐蝕環境的協同作用下，造成的低應力脆性破壞，稱為應力腐蝕破裂。應力腐蝕裂紋的產生往往在容器外觀無明顯變化的情況下發生，具有較強的隱蔽性；大量研究結果表明16MnR在濕H2S介質中使用有強烈的應力腐蝕傾向，而16MnR容器在經整體焊后熱處理后，其抗SSCC性能可達到安全水平。

4.應力腐蝕裂紋的分布規律及原因分析

對以上分布情況進行總結，可得出以下幾條規律：

(1)陷檢出率較高，第一次檢出裂紋7臺，檢出率58．3%。第二次檢出裂紋6臺，檢出率50%。原因有以下幾點：

①材質為16MnR，具有應力腐蝕傾向。

②球罐為現場組焊，熱處理不良、組裝不合理導致殘余應力過大。

③容器使用介質為液化石油氣，含濕H2S，存在應力腐蝕環境。

(2)球罐環縫出現裂紋的概率較高。檢出環縫裂紋共14處，占檢出比例為77．8%；檢出縱縫裂紋共4處，占檢出比例為22．2%；環縫裂紋檢出率是縱縫的3．5倍，反應出球罐環縫應力腐蝕裂紋出現概率較高。主要由于球罐球殼板組裝時拼接應力不同，縱焊縫組裝條件較好，拼接應力較小；環縫組裝條件較差，拼接應力較大，甚至會出現強力組裝的現象，存在較大的殘余應力。

(3)球罐各處裂紋檢出時間不一致。如編號為400-4的球罐，在第一次檢驗時未檢出裂紋，而在第二次檢驗時卻發現2條深2mm的裂紋；編號為1000-2的球罐，在第一次檢驗未檢出裂紋，而在第二次檢驗時卻發現多條深5mm的裂紋。可以看出應力腐蝕裂紋孕育期或可檢出時間很難明確判定，給球罐的安全使用帶來很大的安全隱患。

(4)裂紋經消除后大多不會再次出現。第一次檢驗時檢出裂紋的7臺球罐，在第二次檢驗時在同一位置未檢出裂紋的有6臺，未檢出率85．7%，可以看出裂紋大幅下降，消除缺陷后基本未產生增生缺陷，主要由于裂紋產生后，經修理和重新熱處理，該位置的殘余應力顯著降低，破壞了應力腐蝕裂紋產生的條件，從而降低了缺陷產生的幾率。在第二次定期檢驗時在同一位置檢出裂紋的僅有1臺，且檢出的裂紋數量僅為2條。經調查分析，原因有兩個：首先，該球罐所用氣體硫化氫含量及水汽含量較高，造成了應力腐蝕開裂的充分環境因素；其次，裂紋數量的減少說明該處返修時，可能熱處理不均勻，殘余應力較大，造成了應力腐蝕裂紋的必要條件。

(5)出現裂紋的部位均為內表面。外表面磁粉檢測過程中未發現裂紋，在用超聲檢測復合檢測，在內表面發現裂紋處，同樣也存在裂紋。

5.探討

首次進行定期檢驗時，設計壓力大于等于1．6Mpa的第Ⅲ類壓力容器，對容器表面缺陷的檢測，檢測長度不少于每條對接焊縫長度的20%；在檢測中發現裂紋，檢測人員應當根據可能存在的缺陷，增加檢測比例；如擴檢中仍發現裂紋，則應對全部焊接接頭進行檢測。已發現內表面焊接接頭存在裂紋的部位，應對其相應的外表面處附加超聲檢測，以確定缺陷深度及類型。

通過分析這12臺球罐應力腐蝕裂紋分布規律及原因后，發現該條款對表面焊接接頭檢測比例的規定，由于各人理解的差異性，容易造成漏檢。我們知道，決定應力腐蝕裂紋產生與否，在于是否存在應力腐蝕環境和拉應力。《固容規》規定，要求先進行表面無損檢測，對表面無損檢測發現的缺陷部位，認為有必要時，才進行埋藏缺陷檢測。由于對規程理解的差異性，檢測比例出入很大，容易造成漏檢的情況發生。建議在今后的《固容規》修改單修訂時，考慮應力腐蝕裂紋的分布規律，增加“對有應力腐蝕傾向的壓力容器，一般應進行內表面100%磁粉檢測，外表面20%超聲檢測”的規定，增加缺陷的檢出率。

[1]盧志明．典型壓力容器用鋼在濕硫化氫環境中的應力腐蝕開裂研究．

[2]白金亮,王春燕,周建軍,郭志軍．LPG球罐腐蝕開裂失效分析．石油化工設備技術,2001,22(3):15-17．

[3]TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》．

[4]陳學東,蔣家羚,楊鐵成,胡久韶,艾志斌．濕H2S環境下典型壓力容器用鋼應力腐蝕開裂門檻值的估算．壓力容器,2004,21(3):1-5．

[5]畢鳳琴．典型石油石化用低合金鋼濕H_2S應力腐蝕行為研究．大慶石油學院,2008．

[6]何沛,虞敵衛．石油鉆桿過渡段抗硫化氫應力腐蝕開裂行為研究．上海金屬,1993(1):30-35．

[7]石仲謀,陳建華,劉保平．液化石油氣鋼瓶腐蝕穿孔失效分析．石油化工設備,1999(05)．

[8]M G Fontana N;左景伊．D Greene腐蝕工程Secon d Edition,1982．

[9]徐堅,戴新民,夏再筑．腐蝕金屬學及耐腐蝕金屬材料．浙江科學技術出版社,1981．

(責任編輯：李田田)

Analysis of Stress Corrosion Cracking Defect Distribution Situation for Liquefied Petroleum Gas Sphere

Wang Peng,Ye Dong

（Taizhou Special Equipment Monitoring and Inspection Center, Zhejiang, 318000）

Stress corrosion cracking is one big defect form infuencing the safe operation of pressure vessels in service and there is great rate of stress corrosion cracking in liquefed petroleum gas sphere, therefore, it is necessary to carry out the relevant research work about liquefed petroleum gas sphere stress corrosion cracking. In this paper, it has introduced the detection and distribution situation of stress corrosion cracking of liquefed petroleum gas sphere in service and concluded the law, besides, discussed the relevant regulations of TSG 21-2016.

liquefed petroleum gas sphere；stress corrosion cracking；law

T < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

A

王鵬（1984～)，男，臺州市特種設備監督檢驗中心；研究方向：壓力容器應力腐蝕。

葉棟（1985～)，男，臺州市特種設備監督檢驗中心；研究方向：壓力容器應力腐蝕。