某液化石油气储罐表面焊缝裂纹分析

1、对液化石油气储罐表面焊缝裂纹的分析The surface of LPG tanks analysis of the weld cracking 摘 要：针对某厂液化石油气储罐焊缝出现了2条表面裂纹的问题，对裂纹产生的原因及形成机理作了详细分析，找出形成裂纹的原因，并通过打磨消除了裂纹，通过无量纲计算，对其中一条裂纹进行了补焊及检验等措施，保障了设备的安全运行。Pick to: According to certain factory LPG tanks appeared 2 the weld surface crack problems, For crack causes and mechan

2、ism are analyzed, Find out the causes of cracks in formation, And through the burnish eliminates crack, Through the dimensionless calculation, On one of the cracks were repair and test and other measures, Ensure the safe operation of the equipment.关键词：石油气储罐；焊缝；应力腐蚀；裂纹；检验Keywords: LPG tanks; Weld; St

3、ress corrosion; Crack; Inspection某厂有2台24 m3液化石油气储罐于2004年投入使用，在2010年9月份检验过程中，其中2# 罐发现有表面焊缝裂纹，分别在筒体第2、3道环焊缝上，一条长16 mm，深2 mm；另一条由两条间断裂纹组成，总共长约42 mm，深2.8 mm。 这两台液化石油气储罐的具体参数如下：设计压力 1.77 MPa ；   最高工作压力 1.2 MPa ； 设计温度 50 ；     材料 16MnR；壁厚 12 mm；  

4、0;  直径 2 000 mm；     水压试验压力 2.21 MPa；   操作介质 液化石油气。1 产生裂纹的原因分析1.1裂纹的分类裂纹按其产生本质，大体可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂裂纹、应力腐蚀裂纹。（1）热裂纹。焊接接头冷却过程中，且温度处在固相线附近的高温阶段产生。（2）再热裂纹。原件结构焊后消除应力热处理中，在热影响区的粗晶部位产生裂纹。（3）冷裂纹。在较低温度，在MS点以下的低温产生的，分为延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹。（4）层状撕裂裂纹。主要是由于钢板的内部存在有分层的夹杂物（沿轧制

5、方向），在焊接时产生的垂直于轧制方向的应力，致使在热影响区或稍远的地方产生“台阶”状层状开裂并有穿晶发展。（5）应力腐蚀裂纹。金属材料在某些特定介质和拉应力的共同作用下产生的延迟开裂。 此液化石油气储罐已经投入使用6年了，并且查出厂资料时，发现所有纵环焊缝100 %射线探伤合格。因此，此表面焊缝裂纹不可能是热裂纹、再热裂纹和层状撕裂裂纹。在查看其充装的液化石油气成分资料中发现，筒体材质合格，所含各种元素均未超标，但H2S含量却达到50×10 6，并且在开罐检验时发现，储罐内残液水分比较大，储罐内比较潮湿，同时在内部全面检验过程中，对产生裂纹的焊缝及热影响区、母材分别进行了硬度测量，焊

6、缝的硬度平均值为240 HB，热影响区的硬度平均值为190 HB，母材的硬度平均值为170 HB，由于焊缝的硬度比较大，材料韧性降低，容易拉裂，所以可以大体上判定这两个裂纹为应力腐蚀裂纹。1.2 应力腐蚀的产生条件应力腐蚀的产生条件有三条：一为存在腐蚀环境；二为结构材料中(壳体及其焊缝、接管等)必须存在应力；三为材料同腐蚀环境的相互搭配，如湿H2S对高强度钢的应力腐蚀。存在腐蚀环境的具体表现是：（1）介质中含有液相水和H2S，且H2S浓度越高，应力腐蚀引起的破裂越可能发生；    （2）pH6或有氰化物存在；H2S应力腐蚀破裂，一般只发生在酸性溶液中，pH6容易发生应力腐蚀

7、破裂，pH6时，硫化铁Fe2S3和硫化亚铁FeS所形成的膜有较好的保护性能，故不发生应力腐蚀破裂，但系统中存在氰根离子时，氰根离子将与亚铁离子结合生成络合离子，其浓度积比FeS小得多，因此FeS失去了成膜条件，使该系统发生应力腐蚀破裂；    （3）温度为065 。早在20世纪50年代初，美国就开始研究H2S的应力腐蚀问题，经过几十年的探索，美国腐蚀工程师协会（NACE）提出，液化了的石油气，在有液相水的情况下，H2S的气相分压0.00035 MPa 时，就存在H2S对设备的腐蚀和破坏的危险性。在我国，中国石化总公司为避免H2S对输送和储存设备的应力腐蚀，对液化石油气中的H

8、2S含量规定为 10×10 6 以下。根据开罐检查以及查阅现场的资料可知，此液化石油气储罐充装的液化石油气中的H2S含量为 50×10 6，并在开罐检查时发现储罐内比较潮湿，充装的液化石油气中水分应该比较大，所以，在储罐储存的液化石油气中容易形成湿H2S。由检测得知，焊缝的硬度平均值达到 240 HB 左右，由于焊缝的硬度比较大，材料韧性降低，容易拉裂。我们知道，应力腐蚀产生必须同时具备两个条件，一个是拉应力，另一个是腐蚀介质。拉应力包括材料所承受的外应力和内应力，内应力主要是焊接残余应力和冷加工残余应力，外应力主要指工作应力。因此可以确定此两条裂纹属于H2S引起的应力腐蚀

9、裂纹。1.3裂纹形成机理实践证明，当材料的HB235，采用含Mn量在1.65%以下普通碳素钢及低合金钢制厚度薄的压力容器时，容易发生H2S应力腐蚀。此焊缝硬度在240 HB左右，材质硬度过高，造成材料韧性、塑形下降，容易产生拉裂。在湿H2S环境中，由于焊缝表面吸附的水蒸汽凝聚成水珠，H2S在液相水中，由于电化学的作用，在阴极反应时生成原子态氢向钢的表面渗透，侵入钢的内部，溶解于晶格中，氢原子在亲和力作用下生成氢分子。使得强度或硬度较高的钢材晶格变形，材料韧性下降，在钢材内部引起微裂纹导致氢脆，在外加拉应力或残余应力作用下形成开裂，焊缝一旦开裂，应力将会更加集中，腐蚀介质更容易大量聚集，裂纹将会

10、加速扩展，直到撕裂。钢在H2S的水溶液中发生的化学反应为：阳极反应 Fe2e+- FeS+FeS+阴极反应+2e2HH22 表面焊缝裂纹处理2.1消除表面裂纹 首先应对两个表面裂纹进行打磨。在打磨的过程中，边打磨边做磁粉检测，看是否把裂纹消除掉，直到把裂纹打磨掉，打磨时，打磨的倾斜度至少为3:1, 四周应圆滑过渡。然后，测量打磨过的剩余壁厚和打磨深度，测得两处的剩余壁厚分别为9.6 mm、8.9 mm，打磨深度分别为2 mm、2.8 mm，因为此液化石油气储罐的壁厚腐蚀余量为1.0 mm，因此应对打磨过的凹坑进行无量纲计算，看凹坑是否在允许范围内。2.2 无量纲计算 两个凹坑的实测壁厚，分别为

11、9.6 mm、8.9 mm，下次检验周期定为3年，储罐年腐蚀率为0.1 mm，则把这两个凹坑化为椭圆形凹坑，进行无量纲计算。 两个凹坑的具体计算参数如表1。 表1两个凹坑的计算参数表编号长轴长度2A（mm）短轴长度2B（mm）凹坑深度C（mm）壁厚T（mm）筒体半径R（mm）1#241829.310002#60362.88.61000进行无量纲参数计算的凹坑应当满足如下条件：（1）凹坑表面光滑，过渡平缓，并且其周围无其他表面缺陷或者埋藏缺陷；（2）凹坑不靠近几何不连续区域或者存在尖锐棱角的区域；（3）容器不承受外压或者疲劳载荷；（4）T / R0.18的薄壁圆筒壳或者T / R0.10的薄壁球

12、壳；（5）材料满足压力容器设计规定，未发现劣化；（6）凹坑深度C壁厚T的1/3，并且12 mm，坑底最小厚度（T C）3 mm；（7）凹坑半长A1.4 RT；（8）凹坑半宽B凹坑深度C的3倍。经过计算，此2个凹坑都满足上面8个条件，因此，可以进行如下无量纲计算：1# 凹坑G0 = = 0.0268 0.1因此1# 凹坑在允许范围内，不需要进行处理。2# 凹坑G0 = 0.1050.1因此2# 凹坑在允许范围之外，需要进行补焊。3 补焊及检验3.1补焊修理使用单位首先应找一个有相应资质的修理单位进行补焊。修理前，修理单位应到当地的技术监督局办理修理告知。进行补焊前，为了增加焊缝韧性，同时减小焊缝

13、中扩散氢的含量，选用低氢焊条 J507RH，并对补焊部位进行预热。补焊后将补焊部位100打磨至焊肉与母材和原焊缝圆滑过渡，余高02 mm，熔合线部位没有0.5 mm以上的沟槽。为了消除焊接残余应力，储罐焊接修复结束后，进行了整体热处理3.2 补焊后检验在补焊24 h后，经过宏观检查合格后，应对补焊部位进行 100% 的射线探伤和超声波探伤，按 JB/T 47302005承压设备无损检测，RT为级合格，UT为I级合格。3.3 水压试验 水压试验采用清洁水，水温大于5。水压试验过程严格进行基础沉降数据的测量。当容器壁温于水温接近时，将压力缓慢升至规定的试验压2.21 MPa ，保压30 min，然后降至规定试验压力的80%约1.77 MPa ，最后进行检查，无渗漏，无可见变形，实验过程中无异常的响声方为合格。水试验后，应对补焊部位进行100磁粉检查，执行JB/T4730-2005标准，磁粉检查I级合格。4 结束语 H2S 应力腐蚀，是液化石油气储罐产生裂纹的最常见的原因之一，液化石油气储罐用户应时刻注意重装过程中的液化石油气的H2S含量，保证H2S不超过标准，安全使用液化石油气储罐。检验单位在检验时，也应查阅其充装的液化石油气中的H2S含量是否超标，以及设备