液化石油气球罐裂纹的分析及处理研析

液化石油气球罐裂纹的分析及处理研析

付红栓 李赵

上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062

摘要：球罐作为在液化石油气工作中广泛应用的特殊压力容器，需要定期的进行检测才能及时的发现问题进而保证球罐的安全性。本文以液化石油气球罐应力腐蚀裂纹检测分析为主要研究内容，详细论述球罐裂纹发生的原因以及解决对策，从而为相关研究工作提供借鉴经验。

关键字：液化石油气；球罐；裂纹；处理

引言

液化石油气球罐是液化石油气工作中十分重要的压力容器。而其常常出现裂纹的问题一直严重阻碍了液化石油气工作的发展。本文围绕液化石油气球罐应力腐蚀裂纹产生的原因展开分析讨论，进而提出一系列解决策略为液化石油气工作的未来发展提供可参考建议。

一、球罐裂纹的类型

球罐裂纹按发生的原因来分可以大致归纳为原材料裂纹、焊接裂纹、热处理裂纹、过载裂纹、疲劳裂纹和腐蚀裂纹。典型的腐蚀裂纹有应力腐蚀裂纹和氢致裂纹。

(1)原材料裂纹主要指母材在加工轧制过程中形成的缺陷。(2)焊接裂纹主要指球罐在组装焊接时产生的缺陷。(3)热处理裂纹即焊后消除应力的热处理过程产生的,常发生在焊缝的热影响区。(4)过载裂纹指外加载荷超过金属的强度极限而产生的裂纹。(5)疲劳裂纹是因为结构不合理或材料存在缺陷，造成局部压力过高，经过反复加卸载和应力不断交变产生的裂纹。(6)腐蚀裂纹是在金属被腐蚀过程中产生的裂纹,典型的腐蚀裂纹是应力腐蚀裂纹和氢致裂纹。

二、液化石油气球罐应力腐蚀机理分析

随着社会的不断发展，原油品质的进一步劣化导致一部分炼油厂生产出来的油中H²S的含量明显增高。这样一来就使得一些设备在湿H²S环境下发生腐蚀产生裂纹的可能性大大增加。而球罐裂纹产生的原理是H²S与球罐表面发生反应形成腐蚀，而球罐也在不断发生着脆化。在腐蚀、脆化以及应力的共同作用下，球罐产生微裂纹。微裂纹的大量存在严重威胁着液化石油气行业的安全生产，因此制定积极有效的修复策略迫在眉睫。

三、球罐在湿 H²S环境下的失效主要原因分析

球罐在湿 H²S环境下失效的主要原因包括以下三个方面的内容：

首先，在湿 H²S环境下，由低合金高强钢制成的球罐应力较高，并且具备极易被诱发裂纹的敏感性。高强钢性又使得这种敏感性的扩展速度加快，最终导致容器破裂的结果。此外，一些厂家为节约生产成本也会减轻球罐重量，此举更加剧了裂纹的形成。其次，液化石油气生产工作中球罐通常情况下盛装的都是H²S含量超标的LPG，这样一来也为其制造了极易发生腐蚀的硫化物环境。最后，H²S可以与球罐裸露的金属发生反应，同时钢内的有害杂质可以进一步促进裂纹的扩展，两者的双重作用可以进一步加快裂纹的形成与扩展，最终导致球罐设备失效。

四、液化石油气球罐裂纹处理策略

具体而言，液化石油气球罐裂纹处理策略主要包括远离腐蚀环境、严格控制球罐内介质的H²S浓度、通过焊后热处理操作消除焊接残余应力、采取阴极保护与喷丸处理几个方面内容。

1.隔离腐蚀环境

考虑到H²S含量超标是液化石油气球罐形成裂纹的主要原因，因此间接的解决方法就是隔绝腐蚀环境，即在球罐与腐蚀介质中设置隔离层的方法来避免球罐产生裂纹。具体的操作方法是采用喷涂铝层的方法来使腐蚀源与球罐金属表面彻底分离开来。值得注意的是这种方法针对表面容易产生焊缝的部位十分有效，但是在选择涂层材料以及厚度时要十分慎重。

2.严格控制球罐内介质的H²S浓度

由于球罐的材质通常是低合金高强钢，所以一旦所盛装H²S浓度超过临界值的介质就会产生应力腐蚀开裂的问题。因此，要避免这一问题就要严格控制球罐内介质的H²S浓度或者选用强度较低的钢材作为球罐制作的材料。不同球罐制作材料钢含量以及硬度的不同直接影响着球罐内部盛装H²S浓度的高低，即钢材硬度以及强度越高，介质H²S浓度就要越低。目前日本已经尝试进一步推进加工循环氢脱硫装置改造进程，旨在实现材质的优化升级，同时也为液化石油气球罐应力腐蚀破裂问题提供了新的解决思路。

3.通过焊后热处理操作消除焊接残余应力

球罐焊后整体热处理操作的良好进行可以有效消除焊接残余应力，无论是对压力容器强度硬度的降低还是抗腐蚀力的提升都有着十分重要的作用。球罐焊后热处理所应用的原理是将需要焊接的球罐构件进行整体加热直到其经过保温、冷却后构件温度退回到零界点。通过这个过程球罐构件的残余应力可以得到有效消除，进而逐渐消失。这样一来，通过焊后热处理操作焊接残余应力得到有效消除，腐蚀以致裂纹现象发生的可能性也会大大降低。

4.采取阴极保护与喷丸处理

针对不同的形成情况可以采取不同的解决对策。阴极保护与喷丸处理就是两种比较常见的针对性解决方法。从阴极保护的角度来谈，其主要是应用电化学的原理进行思考的。即通过阴极保护的方法来避免阳极发生的应力腐蚀溶解。这种方法成本较低，取得的效果十分良好。因此，被广泛应用在液化石油气球罐裂纹处理工作中。比较常见的阴极保护方法是牺牲阳极保护法与外加电流保护法。另一方面，从喷丸处理的角度来谈，其主要应用在应力腐蚀的焊缝部位。在采用喷丸处理后球罐内壁焊缝并不会因为腐蚀介质环境而产生腐蚀破裂的现象。这主要是因为喷丸处理会使球罐内部焊缝表面产生压缩性的内缩力。

除了以上介绍到的策略之外，定期对设备以及管线做好风险评估、腐蚀量数据记录对于液化石油气球罐裂纹处理也有着十分重要的作用，需要相关工作者给予高度重视。

结束语

综上所述，球罐作为在液化石油气工作中广泛应用的特殊压力容器，需要定期的进行检测才能及时的发现问题进而保证球罐的安全性。

而长期处在湿 H²S环境下球罐极易发生腐蚀且产生微裂纹。这对于液化石油气工作的长远发展是极为不利的。通过本文的分析结果来看液化石油气球罐裂纹处理策略主要包括远离腐蚀环境、严格控制球罐内介质的H²S浓度、通过焊后热处理操作消除焊接残余应力、采取阴极保护与喷丸处理几个方面内容。

参考文献

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