袁猛

摘 要：該文詳細地論述大型（6000m3）液氨球罐的缺陷（表面裂紋）檢測、原因分析及修復(fù)。針對球罐表面缺陷修復(fù)處理，通過無量綱參數(shù)計算及強度校核，著重闡述了壓力容器定期檢驗的重要性，從而為球罐的安全使用，提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：球罐 檢驗 裂紋 缺陷 處理

中圖分類號：TQ05 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-0-01

球罐是球形壓力容器，通常用作易燃、易爆、有毒有害介質(zhì)的貯罐。為確保球罐的安全使用，必須按期進行定期檢驗。定期檢驗是確保壓力容器安全使用的重要環(huán)節(jié)，通過檢驗可以及早發(fā)現(xiàn)壓力容器制造缺陷及運行過程中受介質(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)力腐蝕開裂、疲勞開裂和材料劣化等缺陷隱患，及時處理，從源頭上消除不安全因素。該公司的兩臺6000 m3液氨球罐，由南化集團設(shè)計院設(shè)計，大連冰山集團金州重型機械有限公司制造，中國化學工程第三建設(shè)公司安裝，2005年1月投入運行。在4年多的使用過程中，兩臺球罐均在赤道焊接接頭內(nèi)表面下方的熔合線及熱影響區(qū)產(chǎn)生了多處表面裂紋。該文就兩臺液氨球罐投入運行以來兩次定期檢驗中發(fā)現(xiàn)裂紋的過程、裂紋產(chǎn)生原因、修復(fù)處理等技術(shù)問題進行探討。

1 球罐的技術(shù)參數(shù)

兩臺球罐由球殼、人孔蓋和支柱等部件組成，球殼為桔瓣式結(jié)構(gòu)，共有62塊球片，采用現(xiàn)場組對焊接而成，焊縫總長755 m，其中縱縫593 m，環(huán)縫162 m。直徑22600 mm，腐蝕裕度1.5 mm，充裝系數(shù)0.9，實際操作溫度27.5 ℃，支撐形式為12根支柱。球罐現(xiàn)場組焊好后，采用正壓內(nèi)燃旋轉(zhuǎn)反射式工藝進行整體熱處理。

2 定期檢驗

2.1 首次定期檢驗

按照99版《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第一百三十三條第9款規(guī)定，球形貯罐使用σb≥540 MPa材料制造的，投用一年后應(yīng)開罐檢驗，查資料得16 MnR材料抗拉強度σb在470-600 MPa之間，根據(jù)球罐投用后的生產(chǎn)及介質(zhì)特性狀況，在兩臺球罐投用一年多后，我們申請并在2006年6月-9月進行了球罐首次定期檢驗，檢驗單位為云天化壓力容器檢測站。采用單罐隔離系統(tǒng)方式進行檢驗。我們編制了檢測的相關(guān)技術(shù)方案后，按規(guī)范步驟實施，每個球罐檢驗用時32 d。

2.2 第二次定期檢驗

第二次定期檢驗于2009年7-9月進行，檢驗單位是云南省石油化工鍋爐壓力容器檢測中心，檢驗內(nèi)容增加了球罐耐壓試驗。本次檢驗對首次兩臺球罐修復(fù)處理缺陷部位進行了重點檢驗，未發(fā)現(xiàn)上次處理的位置有缺陷（表面裂紋）存在，V4101A罐Ⅲ級非圓形埋藏缺陷未擴展。在V4101A罐內(nèi)表面做磁粉探傷，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)表面赤道環(huán)向焊縫的熔合線上及熱影響區(qū)（非上次發(fā)現(xiàn)部位）有9條裂紋，裂紋最大長度10 mm，V4101B罐內(nèi)表面磁粉探傷，在內(nèi)表面赤道環(huán)向焊縫的熔合線上及熱影響區(qū)（非上次發(fā)現(xiàn)部位），新發(fā)現(xiàn)8條裂紋，裂紋最大長度16 mm。

3 缺陷產(chǎn)生原因分析

表面裂紋分布位置集中在內(nèi)表面赤道環(huán)向焊縫的熔合線及熱影響區(qū)，形貌呈線狀。分析裂紋產(chǎn)生的原因。

①材質(zhì)的焊接性②組裝時的拘束應(yīng)力③腐蝕開裂④疲勞裂紋⑤擴展裂紋。

4 裂紋缺陷修復(fù)

V4101A罐，首次開罐磁粉探傷檢測發(fā)現(xiàn)的表面裂紋。經(jīng)對裂紋缺陷產(chǎn)生原因分析，修復(fù)方案確定按照《壓力容器定期檢驗規(guī)則》規(guī)定，用砂輪仔細打磨圓滑（最大打磨深度3.3 mm）后，消除了所有裂紋。第二次開罐檢驗采用熒光磁粉檢測發(fā)現(xiàn)的9條裂紋，經(jīng)打磨處理（最大打磨深度7 mm）后，裂紋消除。兩臺球罐兩次裂紋修復(fù)處理消除后，對打磨形成的深度≥2 mm的凹坑，按照TSG特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范《壓力容器定期檢驗規(guī)則》第四十條計算，凹坑無量綱參數(shù)G0＜0.1，且打磨凹坑半寬B＞3C時，打磨凹坑在允許范圍內(nèi)不需補焊。

5 強度校核

V4101A/B罐在兩次檢驗中測出的球殼最小壁厚為S=43.5 mm，按GB150-1998《鋼制壓力容器》進行強度校核。

6 耐壓試驗

2009年7-9月球罐定期檢驗完成后，分別進行了耐壓試驗，試驗壓力按最高工作壓力1.0 MPa×1.25倍，選取試驗壓力1.25 MPa，液壓試驗前按GB12337-98《鋼制球形貯罐》第3.8.2條進行應(yīng)力校核。耐壓試驗升壓速度按0.5 MPa/10 min，升至1.0 MPa時，保壓10 min；繼續(xù)按此升壓速度升至1.25 MPa，保壓30 min；緩慢降壓到1.0 MPa時，保壓10 min。在試驗中，我們與檢驗方共同檢查各部位未見滲漏、異常變形及響聲，液壓試驗合格。

7 氣密性檢漏試驗

檢驗及耐壓試驗結(jié)束后，進行了氨檢漏性試驗。按照使用實際最高工作壓力為0.9 MPa，通常在0.8 MPa的情況，我們確定兩臺球罐的氣氨檢漏試驗壓力為1.0 MPa，經(jīng)試驗，氣氨檢漏合格。

8 安全分析

強度校核及液壓試驗結(jié)果反映出該兩臺球罐在現(xiàn)有狀況下，符合強度要求。盡管兩臺球罐在兩次開罐檢驗中發(fā)現(xiàn)較多的缺陷（表面裂紋），但罐體材料組織沒有明顯損傷，對發(fā)現(xiàn)的全部缺陷進行分析及必要的修復(fù)處理后，經(jīng)無量綱參數(shù)計算，打磨凹坑在允許范圍內(nèi)不需補焊。因此兩臺球罐可以繼續(xù)使用。

9 結(jié)語

壓力容器在使用過程中，由于長期受壓力和腐蝕，難免使其承壓部件產(chǎn)生各種缺陷。這些缺陷如果不能及早發(fā)現(xiàn)并采取措施消除，任其發(fā)展擴大，必將在繼續(xù)使用過程中惡化，導(dǎo)致嚴重的爆炸事故。從我們公司兩臺球罐兩次定期檢驗中均發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面裂紋來看，如果我們不在球罐使用一年多后開罐檢驗和及時處理，那這么多的內(nèi)表面裂紋，在液氨介質(zhì)的腐蝕和交變載荷的作用下，裂紋的擴散將導(dǎo)致設(shè)備強度失效、造成嚴重事故的發(fā)生。因此在壓力容器管理中，必須重視定期檢驗工作。只有嚴格進行定期檢驗，才能及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在危險的缺陷和問題，掌握制造、安裝質(zhì)量以及缺陷的發(fā)展情況，及時消除隱患和修復(fù)處理，防患于未然，改善設(shè)備的安全狀況，為壓力容器的安全運行提供保障。

參考文獻

[1] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗檢疫總局.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.TSG R0004[S].2009-12-01.

[2] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗檢疫總局.壓力容器定期檢驗規(guī)則TSG R7001[S].2004-09-23.

[3] 國家標準.鋼制球形儲罐GB12337-1998[S].1998.

[4] 國家標準.鋼制壓力容器GB150-1998[S].1998-10-01.

注釋

注1：公式引自TSG特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范 TSG R7001-2004.壓力容器定期檢驗規(guī).第四十條（二）.

注2：公式引自國家標準.鋼制壓力容器.GB150-1998，公式5-5，1998-10-01.

注3：公式引自國家標準.鋼制球形貯罐.GB12337-1998，公式（4），1998.