對某球罐腐蝕減薄缺陷案例的分析

鄭華（湖北特種設備檢驗檢測研究院宜昌分院,湖北 宜昌443000）

在對某企業的一球形儲罐進行定期檢驗時，發現有如下腐蝕減薄缺陷。因球罐容積大（其基本情況見表1），盛裝的介質易燃燒、易爆炸、中度危害，具有較大的危害性，且缺陷涉及范圍較廣，因此采取了多種檢驗檢測方法并舉的措施，認真細致的分析缺陷產生的原因，形成了檢驗案例。

表1設備的基本情況

1 檢驗情況

該壓力容器于2014年7月20日安裝竣工完畢并投入使用，已按要求辦理使用登記證，各手續合法。按照TSG21-2016《固定式壓力容器安全監察規程》（以下簡稱《固容規》）有關定期檢驗的要求，使用單位于設備投用后三年內申請定期檢驗，我機構根據《固容規》的要求，根據球罐的制造材料、盛裝介質等球罐參數信息編制了專用檢驗方案，在宏觀檢驗時[1]，發現內部下極板處出現環狀麻坑腐蝕。呈現寬度50mm，長度3m，深度為3～4mm 的腐蝕凹坑，在罐內中上部出現環狀腐蝕帶，同時上部出現片狀鼓泡狀腐蝕，參見圖1。

圖1 設備腐蝕產生凹坑和片狀鼓泡

2 成因分析

2.1 缺陷的類型

因該在用設備內壁發現的是腐蝕減薄類缺陷，且其腐蝕嚴重程度呈液面腐蝕＞氣相腐蝕＞液相腐蝕的特征。對于腐蝕類缺陷，其成因較為復雜，根據《承壓設備損傷模式識別》對于腐蝕類減薄缺陷的描述，腐蝕可以分為鹽酸腐蝕、電化學腐蝕、硫酸腐蝕、氫氟酸腐蝕、磷酸腐蝕、苯酚腐蝕、大氣腐蝕、層下腐蝕、土壤腐蝕、高溫硫化物腐蝕(無氫氣環境)、高溫硫化物腐蝕(氫氣環境)、環烷酸腐蝕、氧化腐蝕、冷卻水腐蝕、鍋爐冷凝水腐蝕、煙氣露點腐蝕、堿腐蝕、石墨腐蝕、硫氫化銨腐蝕(堿性酸性水)、氯化銨腐蝕、酸性水腐蝕(酸性酸性水)、沖蝕/沖蝕腐蝕、燃灰腐蝕、二氧化碳腐蝕、胺腐蝕、微生物腐蝕、甲酸腐蝕、乙酸腐蝕、乙二酸腐蝕、對苯二甲酸腐蝕、微振腐蝕等31種[2]。縱觀如此多的腐蝕類型，和本球罐盛裝介質相關的腐蝕類型有鹽酸腐蝕、電化學腐蝕、酸性水腐蝕(酸性酸性水)等。

2.2 介質特性

該球罐的介質是一氯甲烷，它屬于無色易液化的氣體，具有弱的醚味。熔點-97.7℃，沸點-23.7℃，爆炸極限8.1%～17.2%(體積比)。易溶于水，溶于醇，與氯仿、乙醚、冰酷酸混溶，高溫時水解成甲醇和鹽酸，極易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物。遇熱、明火、強氧化劑易燃,并生成光氣。在工業運用中，主要用作致冷劑、甲基化劑，還用于有機合成。

按照HG/T 20660-2017《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類標準》對介質的分類標準，屬于中度危害介質。

3.3 缺陷成因分析

根據前述缺陷性質和介質特性的描述，該球罐的使用溫度為-30～60℃，而一氯甲烷的沸點是-23.7℃，則罐內應是氣液共存，存在氣液分界線。在球罐下部的液態一氯甲烷，則可能存在氯離子，即可能存在氯化氫，為腐蝕減薄的發生創造條件。按此思路，查詢使用單位的運行記錄及其運行指標，發現平時的液位正好處于腐蝕最嚴重的環線附近，本次定期檢驗時候，對球罐進行內部清理時，環線附近也發現殘留了一部分一氯甲烷。

查工藝流程記錄，發現介質中運行指標含一氯甲烷99.5%、少量氯化氫，水分小于100ppm，從罐體的腐蝕情況上看，應該是使用單位對水分含量控制不足，造成水和氯化氫結合，形成氯化氫溶液，該溶液對球罐制造材料形成鹽酸腐蝕，特別是液位線附近腐蝕較為嚴重。根據《承壓設備損傷模式識別》對鹽酸腐蝕形態的描述，碳鋼和低合金鋼鹽酸腐蝕時可表現為均勻減薄，介質局部濃縮或露點腐蝕時表現為局部腐蝕或沉積物下腐蝕[2]，這和本次檢驗過程中發現的腐蝕形貌完全一致。

3 凹坑計算的快速判斷

因本次檢驗發現較多局部腐蝕較為嚴重的情況，甚至有的存在點蝕，為徹底消除隱患，已要求使用單位將點蝕打磨，形成了眾多的凹坑。根據TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》第8.5.7條（3）規定：局部腐蝕，腐蝕深度超過壁厚余量的，應當確定腐蝕凹坑形狀和尺寸，并且充分考慮檢驗周期內腐蝕凹坑的尺寸變化，參照8.5.4的規定定級，8.5.4條即是關于凹坑計算的規定。本次檢驗中發現了不少腐蝕深度超過了壁厚余量的，需要逐個去判斷是否進行凹坑計算，耗時費力，因此在本次檢驗中，參照同行有關經驗，對凹坑是否需要進行G0計算做出了以下總結。利用該方法可以快速判斷是否需要進行G0計算，大大提高了檢驗效率。

（1）若凹坑深度＜實測厚度-名義厚度+腐蝕裕量，則凹坑允許存在；

（2）若凹坑深度＞實測厚度-名義厚度+腐蝕裕量，則需要進行G0計算。即：實測厚度-凹坑深度＜名義厚度-腐蝕裕量，進行G0計算。或者說實測厚度-凹坑深度＜計算厚度+腐蝕裕量+負偏差+圓整值-腐蝕裕量，進行G0計算；即：實測厚度-凹坑深度＜計算厚度+負偏差+圓整值，進行G0計算。

舉例說明：在對一腐蝕凹坑進行打磨時，發現此處實測壁厚為46，打磨后形成圓滑過渡的長度為310mm，寬度為50mm，深度為5mm 的半橢球凹坑，采用上述快速判斷法，實測厚度46-凹坑深度5=41mm＜名義厚度48-腐蝕余量1.5=46.5mm，則快速判斷其需要進行凹坑計算，且因該儲罐不存在疲勞載荷和材質劣化傾向，裂紋周圍無表面和埋藏缺陷，打磨后凹坑表面光滑且平滑過渡，可以進行G0計算。運用此法省時又準確。

4 處理措施

（1）立即停止使用該球罐，配合檢驗機構徹查腐蝕減薄的原因。

（2）對已發生腐蝕的部位進行清理打磨，打磨后進行磁粉探傷，對超過腐蝕裕量的部位進行凹坑計算，必要時進行補焊，其他腐蝕較輕的部位打磨，與母材形成圓滑過渡。

（3）縮短檢驗周期，運行一年后進行開罐檢查。

（4）加強與球罐相連的設備、管道的腐蝕情況。

（5）注意工藝干燥脫水效果，對介質有害成分加強監測，避免有害成分超標。

5 結語

該壓力容器才投用后第三年，首次定期檢驗即發現了腐蝕減薄的情況，說明按照國家標準法規的要求及時申請定期檢驗十分重要，特種設備的定期檢驗是保障設備安全的重要措施。