存在缺陷的球罐检验中应注意的问题

摘 要：文章通过对北京天然气某储备厂一台10000m3球罐在开罐检验中所发现的裂纹进行研究,分析其产生的原因,在此基础上总结了一些防范手段,并经过15a的运行和两次开罐检验,证明首次开罐校验后提出的预防措施是正确的.

关 键 词：球罐；检验；裂纹分析；预防措施；运行；两次开罐检验

中图分类号：TH49文献标识码：A文章编号：1006-8937（2013）08-0101-01

对天然气某储备厂的一台10000m3球罐系从日本某公司进口球壳板和予制件,在国内现场焊接组装,其结构形式为桔瓣形.该球罐于1989年投入使用,并在其运作时间满1a之后进行首次开罐校验.其中在进行磁粉探伤校验的时候,发现了一些细小的问题,就是在球罐中发现了一些微小的裂纹,这些裂纹处于球罐内表面的下极板处.于是公司对这些裂纹进行分析,寻求它们出现的原因,并提出了相应的解决手段.

1球罐的基本情况分析

①球罐内部表面检查.在该球罐运行满1a对其执行开罐校验,在检查中发现了大量的炭灰,主要分布在罐内的导轨下面.工作人员清理这些炭灰之后,发现在球罐的内部表面,即刚刚发现表面附着炭灰的部分出现了腐蚀现象,而这些部分的腐蚀程度不一,深度大约为0.2～0.4mm,其中最深的达到了0.6mm.

②磁粉探伤检查.工作人员用荧光磁粉对球罐内部的焊接处进行探伤校验,发现有15处线性磁痕显示,其中最长为25mm,深为1.4mm.以上缺陷打磨消除经气压试验后,对其焊缝进行荧光磁粉探伤检验,又发现明显的线性磁痕显示,总长达18m,主要在罐内下环缝（E×F缝）和下极板两条拼接纵缝（F1×F2缝）上.

2裂纹的形成原因

2.1外界因素

①球罐内部装有天然气,而往往还掺入另外一种物质,即加臭剂乙硫醇,这是为防止使用天然气时候由于外泄等事件的发生威胁到人类的生命和财产安全.先要用已燃烧含有加臭剂乙硫醇的天然气通进球罐内把原有气体替换掉后,再进行开罐检查,这时,球罐内含有CO2、SO2等化学物质,同时冷却燃烧天然气时还会产生水蒸气.由于物质不完全燃烧,而加臭剂属于酸性物质,根据酸性物质的特性可知,它在空气中很容易发生氧化反应,反应方程式如下：

②检查发现,燃烧后产生的物质中的炭灰主要聚集在导轨下面,而这些炭灰又具有吸附性,它将那些硫化物吸附在导轨的表面之后.对这些化学物质进行分析之后,这些炭灰和硫化物混合物质中含硫量高达1.42%,而腐蚀物质中的含硫量也差不多含量.而另外由于在进行检查时球罐内压力保持不变,这造成这些炭灰不能流动,所以这就提供了一个更加稳定的腐蚀性环境.

由此可见,球罐内部介质呈酸性,这是造成腐蚀的介质因素.

2.2应力因素

①干扰因素之残余应力.高强度的钢制容器具有结构不连续的特征,所以在对其进行焊接时,在整个部件的成型过程中都可能导致残余应力的产生.生产球罐所用的原材料为WEL-CF62钢,这属于高强度钢,它和其他那些高强度钢一样,在对其进行焊接时,会产生一股强大的残余应力,尤其是在接头处.在球罐的下极板部位的残余应力较大,而裂纹也主要集中在该部位.而下极板的安装处于球罐安装的最后一个步骤,这时候很多参数量都已经达到了标准值范围的极限,如组装间隙及错边量等,实验中的球罐由于焊接所产生的角变形偏大,见表1.

②影响因素之组织应力.WEL-TEN62CF是另外一种高强度低碳钢,它处于调制的供货状态.大量的研究资料表明,按照组织对裂纹的敏感程度进行划分,敏感度从大到小的排序如下所示：铁素体（或珠光体）-贝氏体-马氏体,马氏体的组织结构较为脆弱,因此较易出现裂纹.而该球罐在焊接之后没有采取对应的热处理措施,则热感应区范围内的淬硬程度仍然保持很高的状态,所以在热感应区范围内的焊接处就出现了很多裂纹.从WEL-TEN62CF材料的化学成分（表2）可以看到,球罐钢板中镍的含量为0.02%～0.03%,处于偏高状态.镍在一些特殊的组织,如金相中具有易于偏析的特点,这会导致相变温度点降低,则在球罐的制作过程中,进行高温回火时,钢板很容易形成未回火马氏体组织.另外镍又会与钢板中的硫物质发生化学反应形成硫化物,硫化物的组织结构一般较为松散,这就使得氢能够很容易地深入组织从而又导致裂纹的形成.

由此可见,不管是进行大体查看还是进行细节分析,都可以得出这么一个结论：球罐制作过程中的一系列应力以及腐蚀是球罐表面产生裂纹的两大主要原因.

综上所述,该球罐产生应力腐蚀裂纹的原因是：球罐环境呈酸性,存在腐蚀介质；球罐焊缝处,焊接残余应力偏高,焊缝热影响区存在比较大的组织应力,且材质中的镍含量偏高.

3防止措施

由以上分析可以看出,该球罐应力腐蚀裂纹的产生是以上原因综合作用的结果,介于此次开罐检查时所发生的问题,我们提出了以下防护措施：

①经过检查合资后,对存有缺陷的球罐表面进行标记,之后进行打磨处理和清洗操作,必须将腐蚀面清理干净.为安全起见,要对处理之后的球罐厚度进行测量,还要进行强度检验,这项工作非常重要.

②要采取措施过滤掉天然气中的有害物质,保证球罐内的环境处于最佳状态.

③在球罐的内部表面要采取隔离措施,一些金属乳胶防锈层由于吸附力较好,而且具备很好的抗氧化性,因此成为了最佳选择.

④经专家研究决定,为方便在罐内进行残余应力和腐蚀性校验操作,可以在球罐制作的时候,就将窗形拘束实验板放到球罐内,这样子在下次检查时,就可以直接进行取样操作.

4结论

通过以上实例我们可以看出：

①即使外界只产生很小的作用力,或是罐内所掺杂的介质非常缓和,这时候罐内的应力腐蚀对球罐的破坏仍然可能带来危险,因此要非常重视球罐内的应力腐蚀所形成的缺陷.

②由应力产生的腐蚀的破坏性一般比较轻微,但是如果它处于一种腐蚀环境下,则易于产生后果不堪设想的机械性破坏.

③拉力和应力具有改变金属电极电位的特点,而电极电位的改变会加快金属溶解,这加速了罐体内部表面的腐蚀速度.

④球罐一般都采用高强度低碳钢,由于它的强度很高,所以我们在制造球罐的过程中要注意以下几点：球罐若用来盛放一些腐蚀性较强的气体时,要特别注意球罐的制作材料,以免发生不可挽回的后果；要严格安装球罐的组装规范进行操作,选择最适合的工艺,这样有利于避免额外附加应力的产生,同时也能够有效地减少焊接时所产生的残余应力；保证罐体内的环境,严格过滤介质中的有害物质.

⑤由上面的跟踪校验中可以看出,首次开罐检查后所采取的一系列的防护措施都收到了良好的效果,这些措施在防止腐蚀缺陷过程中发挥了很大的作用,另外对球罐内部环境因素的控制和对有害介质的过滤也降低了罐体内部表面的腐蚀速度.