1 000 m3液氨球罐的檢測(cè)及裂紋修復(fù)

陳 明

(河北東光化工有限責(zé)任公司，河北東光 061600)

液氨球罐作為球形壓力容器及有毒有害介質(zhì)的貯罐，為確保其安全使用，必須進(jìn)行定期檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其制造缺陷及運(yùn)行過(guò)程中受介質(zhì)、載荷、溫度和環(huán)境等因素的影響而產(chǎn)生的腐蝕、沖蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、疲勞開(kāi)裂和材料劣化等缺陷隱患，從源頭上處理、消除不安全因素，做到防患于未然。河北東光化工有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)東光化工)2#液氨球罐(1 000 m3)在某次定期檢測(cè)中檢出在罐體內(nèi)部下極帶中焊縫內(nèi)表面產(chǎn)生多處裂紋。本文就2#液氨球罐定期檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)裂紋及裂紋修復(fù)處理等問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 液氨球罐基本參數(shù)

2#液氨球罐由球殼、人孔蓋和支柱等部件組成，球殼為桔瓣式結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接而成。直徑為12 300 mm，殼體厚度為58 mm，殼體材質(zhì)Q345R，全容積974 m3，設(shè)計(jì)壓力2.69 MPa，支撐形式為8根支柱。

2 檢測(cè)情況

按照《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求，編制檢測(cè)相關(guān)技術(shù)方案，定期按規(guī)范步驟進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，此次分別對(duì)罐內(nèi)表面做磁粉探傷與超聲波檢測(cè)。

(1)磁粉檢測(cè)

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：NB/T 47013—2015；

檢測(cè)儀器型號(hào)：LKCD-III；

磁粉類(lèi)型：黑磁膏；

磁懸液：水懸液；

靈敏度試片：A1 30/100；

磁化方法：交叉磁軛法；

磁粉檢測(cè)結(jié)果：經(jīng)對(duì)焊接接頭進(jìn)行磁粉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，缺陷不允許存在。

(2)超聲波檢測(cè)

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：NB/T 47013—2015；

檢測(cè)儀器型號(hào)：PXUT- 350C；

探頭型號(hào)：2.5P13X13K2；

試塊型號(hào)：CSK- IA和CSK- IIA；

評(píng)定靈敏度：Φ2×60- 14 dB；

檢測(cè)方法：直接接觸雙面雙側(cè)。

超聲檢測(cè)結(jié)果評(píng)定如表1所示。

表1 超聲檢測(cè)結(jié)果評(píng)定

3 缺陷產(chǎn)生原因分析

表面裂紋分布位置集中在罐體內(nèi)表面下大環(huán)縫以下，且全部裂紋都在熔合線位置，形狀呈線狀。分析裂紋產(chǎn)生的原因有多方面綜合產(chǎn)生：①球罐材質(zhì)的焊接；②現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)的拘束應(yīng)力；③液氨介質(zhì)腐蝕；④疲勞裂紋；⑤延展裂紋等。

4 裂紋缺陷修復(fù)

根據(jù)2#液氨球罐超聲波及磁粉檢測(cè)結(jié)果，確定焊縫裂紋位置和深度，按照相關(guān)規(guī)定制定裂紋缺陷修復(fù)方案與實(shí)施。2#液氨球罐下極帶檢修位置示意如圖1所示，圖中加粗線位置G1- 1(返修深度3～12 mm、焊接長(zhǎng)度800 mm)、G1- 2(返修深度3～17 mm、焊接長(zhǎng)度451 mm)、G2- 1(返修深度2～5 mm、焊接長(zhǎng)度550 mm)為缺陷維修焊接位置。

圖1 2#液氨球罐下極帶檢修位置示意

(1)裂紋焊縫處理

此次裂紋焊縫集中在下大環(huán)縫以下，且全部裂紋都在熔合線位置。對(duì)較淺的焊縫裂紋通過(guò)直接打磨消除裂紋；對(duì)較深的焊縫裂紋在焊縫裂紋處進(jìn)行氣刨清根，刨槽成型應(yīng)為U形(不允許呈V形或Ω形)，由刨槽到兩側(cè)槽壁呈圓滑過(guò)渡，槽壁呈平滑狀。氣刨清根后用砂輪打磨，焊縫進(jìn)行預(yù)熱(100～150 ℃)，達(dá)到溫度由焊工按照焊接規(guī)程進(jìn)行施焊，焊接采用對(duì)稱(chēng)、等速施焊法，每層焊縫一經(jīng)施焊，中途不得停焊。多層焊接的各層開(kāi)始焊接點(diǎn)應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)50 mm以上，防止接頭集中在一個(gè)斷面上；焊接完成后，需要立即進(jìn)行后熱，后熱溫度為200 ℃，后熱時(shí)間為0.5～1.0 h。

無(wú)損檢測(cè)(復(fù)檢)包括對(duì)球罐返修焊縫焊接完成后進(jìn)行100%的超聲檢測(cè)，超聲檢測(cè)合格后進(jìn)行100%的磁粉檢測(cè)，全部合格后確認(rèn)焊接完成。

(2)熱處理

球罐裂紋焊縫處理后，無(wú)損檢測(cè)復(fù)檢全部完成并經(jīng)檢查確認(rèn)合格后，進(jìn)行球罐局部熱處理，采用電加熱法熱處理。由于局部熱處理是保證球罐返修焊接質(zhì)量的重要技術(shù)手段之一，具有不可逆性，須認(rèn)真對(duì)待。此次局部熱處理部位為G1- 1、G1- 2、G2- 1，熱處理設(shè)備 GWK- 240溫控柜。熱處理工藝參數(shù)如表2所示。

表2 熱處理工藝參數(shù)

注：恒溫時(shí)間均為2.32 h

(3)水壓試驗(yàn)

液氨球罐熱處理合格后，需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)是對(duì)球罐返修焊接質(zhì)量的綜合考核。此次試驗(yàn)用水為9 ℃潔凈無(wú)油工業(yè)用水，試驗(yàn)時(shí)將球罐頂部排氣口打開(kāi)，確保充水時(shí)罐內(nèi)空氣排盡，并保持球罐表面干燥。試驗(yàn)時(shí)緩慢升壓，當(dāng)升至試驗(yàn)壓力的50%(即1.35 MPa)時(shí)，保持10 min并檢查所有焊縫和連接部位，無(wú)滲漏后繼續(xù)升壓；當(dāng)升至設(shè)計(jì)壓力2.69 MPa時(shí)，保持10 min再次檢查，無(wú)異常后再升至試驗(yàn)壓力3.37 MPa，保壓30 min 后將壓力降至設(shè)計(jì)壓力再一次檢查，以無(wú)滲漏和無(wú)異常現(xiàn)象為合格。

水壓試驗(yàn)同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)的沉降進(jìn)行觀測(cè)并作實(shí)測(cè)記錄。此次充水前后共記錄6次，分別為充水前、充水1/3時(shí)、充水2/3時(shí)、充滿(mǎn)水時(shí)、充滿(mǎn)水24 h以及防水后；各時(shí)段基礎(chǔ)沉降差均小于基礎(chǔ)中心圓直徑的1/1 000即12.3 mm，故不作處理。

4 結(jié)語(yǔ)

此次2#液氨球罐維修由原球罐制作單位承擔(dān)，按照GB 12337—2014《鋼制球形儲(chǔ)罐》、GB50094—2010《球形儲(chǔ)罐施工規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)施工，共用時(shí)17 d，并經(jīng)當(dāng)?shù)靥貦z所檢驗(yàn)合格。東光化工根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況投入使用，在以后生產(chǎn)中，需要加強(qiáng)其他液氨球罐的管理，做到定期檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，以確保安全生產(chǎn)。