廉繼康

新疆煉化建設集團有限公司，新疆克拉瑪依 833699

2018年5月，某石化公司煉油廠操作人員發(fā)現(xiàn)PSA吸附塔A塔、B塔之間的管道介質(zhì)流動聲音有異常，車間通過排查，在A塔中上部保溫鐵皮接縫處發(fā)現(xiàn)有氣體向外流動，初步判斷此處存在氫氣泄漏。車間立刻啟動應急，匯報調(diào)度員，并快速切除A塔泄壓，組織搭設腳手架施工，拆除鐵皮保溫進行檢查，在A塔的上部塔壁縱焊縫處，發(fā)現(xiàn)一條裂紋。

1 裂紋與設備概況

本次發(fā)現(xiàn)的裂紋長約270 mm，其概況見圖1。本設備屬于易疲勞容器，操作壓力在-0.008～2.5MPa之間交變，年交變次數(shù)為45 000次，設計壽命為20年，材質(zhì)16 MnR（細晶粒鋼，正火）。A塔設備主要設計參數(shù)如表1所示。

吸附塔A于2003年設計及制造，同批吸附塔由同一廠家制造，共制作了6臺。至今在大檢修時進行過3次全面的檢驗，最近一次是2015年檢驗，檢驗結果均未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。為了查找裂紋形成原因及消除隱患，由專業(yè)檢驗單位對吸附塔A焊縫進行多儀器不同方法的檢驗，同時對另外5臺吸附塔拆除保溫進行抽檢。

圖1 缺陷焊縫打磨后宏觀檢查

表1 設計主要參數(shù)

2 吸附塔A的檢驗

（1）焊縫棱角度檢查[1]。技術人員對已經(jīng)拆除保溫的6臺PSA吸附塔焊縫棱角度進行了抽查測量，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 A塔棱角度測量數(shù)據(jù)

從現(xiàn)場抽查測量的數(shù)據(jù)來看，吸附塔A存在棱角度超標缺陷的焊縫正是產(chǎn)生裂紋的縱焊縫，最大偏差達到5mm，其余焊縫均未超標，最大偏差為2.5mm。

（2）壁厚測試。對筒體和封頭進行壁厚測試，筒體壁厚15.20～16.50 mm，封頭壁厚26.33～29.26 mm，壁厚符合要求。

（3）磁粉檢測。對筒體縱環(huán)焊縫進行100%磁粉檢測，未發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋以外的表面缺陷。

（4）相控陣檢測。對筒體縱環(huán)焊縫50%的部位采用相控陣進行檢測，未發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋以外的缺陷。

（5）TOFD（超聲波衍射時差法）檢測。采用TOFD進行檢測，未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有裂紋之外其他焊縫缺陷。

（6）硬度檢測。對裂紋附近焊縫及母材進行硬度檢測，焊縫硬度均值為HB142，母材硬度均值為HB138，硬度值符合母材硬度要求HB≤235，并且滿足焊縫硬度不大于母材125%的要求，其他部位測試硬度均無異常。

（7）金相檢驗。母材金相組織為鐵素體加珠光體，金相組織照片見圖2；焊縫裂紋尖端金相組織為鐵素體加碳化物，有一定的魏氏體傾向，見圖3；裂紋以穿晶為主+局部沿晶裂紋，主裂紋邊緣存在少量二次微裂紋，見圖4。

圖2 母材金相組織（200×）

圖3 裂紋尖端附近金相組織

圖4 裂紋附近微裂紋金相組織

（8） 成分分析。成分分析結果見表3，GB/T 5117-2012《非合金鋼和細晶粒鋼焊條》[2]要求熔敷金屬錳含量≤1.60%（質(zhì)量分數(shù)），成分分析結果符合要求。

表3 錳含量測試值（質(zhì)量分數(shù)）

3 檢驗結果分析

（1）對其他5臺設備及A塔其余無宏觀缺陷焊縫進行抽檢，焊縫外觀及內(nèi)部均沒有發(fā)現(xiàn)超標缺陷。

（2）宏觀檢驗發(fā)現(xiàn)裂紋所處的焊縫部位棱角度超標，棱角度使容器產(chǎn)生了構造上的不連續(xù)性，在焊縫與母材過渡處引起應力集中，棱角度的超標使應力更加集中，在疲勞工況下容易導致已存在的小缺陷擴展，并造成最終開裂。

（3）金相檢驗發(fā)現(xiàn)裂紋以穿晶為主，且二次裂紋較少，結合疲勞工況，分析該裂紋為疲勞裂紋。

（4）相控陣檢測發(fā)現(xiàn)裂紋立體成像內(nèi)外部長短無明顯區(qū)別。

（5）查閱設備出廠原始資料發(fā)現(xiàn)A塔出現(xiàn)裂紋的焊縫制造棱角度接近于允許偏差范圍的上限。

4 設備制造過程棱角度超標的預防措施

根據(jù)制造廠家的調(diào)查，出現(xiàn)裂紋的焊縫A1板寬為2 660 mm，下料切割后，使用三輥卷板機進行卷制。使用三輥對稱式卷板機卷制圓筒體時，由于該卷板機構造的特殊性及工作原理，縱焊縫附近不可避免地存在一段直邊，直邊段的寬度及每次卷制彎度的大小完全由卷板機操作人員的技能、經(jīng)驗及仔細程度決定。所以設備制造過程中棱角度質(zhì)量控制應注意以下幾方面：采用四輥卷板機卷制圓筒體，從儀器設備方面減少直邊段；提高操作人員的技能水平；加強操作及檢驗人員的責任心；根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)制訂焊接反變形工藝。

5 結束語

根據(jù)以上分析，結合使用工況以及原始資料，認為設備制造時，由于鋼板卷制壓弧操作不當，致使卷板機對縱焊縫側(cè)壓弧過度，形成翻邊，焊接后棱角度已接近于超標范圍，結合面處存在應力集中；設備投用后，使用年限已達15年，由于操作壓力的累積交變，使得由棱角度超標造成的焊縫應力較嚴重地集中，經(jīng)過設備長期疲勞運行，設備圓筒體從焊縫上的孔狀缺陷部位起裂，逐步擴展成為穿透性裂紋。對于易疲勞容器，設備制造過程中每道工序的質(zhì)量保證都非常關鍵，任何質(zhì)量缺陷都將影響設備的使用壽命，更嚴重的將會造成質(zhì)量安全事故。