大型液氨球罐定期检验的技术问题探讨

袁猛

摘 要：该文详细地论述大型（6000m3）液氨球罐的缺陷（表面裂纹）检测、原因分析及修复。针对球罐表面缺陷修复处理，通过无量纲参数计算及强度校核，着重阐述了压力容器定期检验的重要性，从而为球罐的安全使用，提供理论依据。

关键词：球罐 检验 裂纹 缺陷 处理

中图分类号：TQ05 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-0-01

球罐是球形压力容器，通常用作易燃、易爆、有毒有害介质的贮罐。为确保球罐的安全使用，必须按期进行定期检验。定期检验是确保压力容器安全使用的重要环节，通过检验可以及早发现压力容器制造缺陷及运行过程中受介质、载荷、温度和环境等因素的影响而产生的腐蚀、冲蚀、应力腐蚀开裂、疲劳开裂和材料劣化等缺陷隐患，及时处理，从源头上消除不安全因素。该公司的两台6000 m3液氨球罐，由南化集团设计院设计，大连冰山集团金州重型机械有限公司制造，中国化学工程第三建设公司安装，2005年1月投入运行。在4年多的使用过程中，两台球罐均在赤道焊接接头内表面下方的熔合线及热影响区产生了多处表面裂纹。该文就两台液氨球罐投入运行以来两次定期检验中发现裂纹的过程、裂纹产生原因、修复处理等技术问题进行探讨。

1 球罐的技术参数

两台球罐由球壳、人孔盖和支柱等部件组成，球壳为桔瓣式结构，共有62块球片，采用现场组对焊接而成，焊缝总长755 m，其中纵缝593 m，环缝162 m。直径22600 mm，腐蚀裕度1.5 mm，充装系数0.9，实际操作温度27.5 ℃，支撑形式为12根支柱。球罐现场组焊好后，采用正压内燃旋转反射式工艺进行整体热处理。

2 定期检验

2.1 首次定期检验

按照99版《压力容器安全技术监察规程》第一百三十三条第9款规定，球形贮罐使用σb≥540 MPa材料制造的，投用一年后应开罐检验，查资料得16 MnR材料抗拉强度σb在470-600 MPa之间，根据球罐投用后的生产及介质特性状况，在两台球罐投用一年多后，我们申请并在2006年6月-9月进行了球罐首次定期检验，检验单位为云天化压力容器检测站。采用单罐隔离系统方式进行检验。我们编制了检测的相关技术方案后，按规范步骤实施，每个球罐检验用时32 d。

2.2 第二次定期检验

第二次定期检验于2009年7-9月进行，检验单位是云南省石油化工锅炉压力容器检测中心，检验内容增加了球罐耐压试验。本次检验对首次两台球罐修复处理缺陷部位进行了重点检验，未发现上次处理的位置有缺陷（表面裂纹）存在，V4101A罐Ⅲ级非圆形埋藏缺陷未扩展。在V4101A罐内表面做磁粉探伤，发现在内表面赤道环向焊缝的熔合线上及热影响区（非上次发现部位）有9条裂纹，裂纹最大长度10 mm，V4101B罐内表面磁粉探伤，在内表面赤道环向焊缝的熔合线上及热影响区（非上次发现部位），新发现8条裂纹，裂纹最大长度16 mm。

3 缺陷产生原因分析

表面裂纹分布位置集中在内表面赤道环向焊缝的熔合线及热影响区，形貌呈线状。分析裂纹产生的原因。

①材质的焊接性②组装时的拘束应力③腐蚀开裂④疲劳裂纹⑤扩展裂纹。

4 裂纹缺陷修复

V4101A罐，首次开罐磁粉探伤检测发现的表面裂纹。经对裂纹缺陷产生原因分析，修复方案确定按照《压力容器定期检验规则》规定，用砂轮仔细打磨圆滑（最大打磨深度3.3 mm）后，消除了所有裂纹。第二次开罐检验采用荧光磁粉检测发现的9条裂纹，经打磨处理（最大打磨深度7 mm）后，裂纹消除。两台球罐两次裂纹修复处理消除后，对打磨形成的深度≥2 mm的凹坑，按照TSG特种设备安全技术规范《压力容器定期检验规则》第四十条计算，凹坑无量纲参数G0＜0.1，且打磨凹坑半宽B＞3C时，打磨凹坑在允许范围内不需补焊。

5 强度校核

V4101A/B罐在两次检验中测出的球壳最小壁厚为S=43.5 mm，按GB150-1998《钢制压力容器》进行强度校核。

6 耐压试验

2009年7-9月球罐定期检验完成后，分别进行了耐压试验，试验压力按最高工作压力1.0 MPa×1.25倍，选取试验压力1.25 MPa，液压试验前按GB12337-98《钢制球形贮罐》第3.8.2条进行应力校核。耐压试验升压速度按0.5 MPa/10 min，升至1.0 MPa时，保压10 min；继续按此升压速度升至1.25 MPa，保压30 min；缓慢降压到1.0 MPa时，保压10 min。在试验中，我们与检验方共同检查各部位未见渗漏、异常变形及响声，液压试验合格。

7 气密性检漏试验

检验及耐压试验结束后，进行了氨检漏性试验。按照使用实际最高工作压力为0.9 MPa，通常在0.8 MPa的情况，我们确定两台球罐的气氨检漏试验压力为1.0 MPa，经试验，气氨检漏合格。

8 安全分析

强度校核及液压试验结果反映出该两台球罐在现有状况下，符合强度要求。尽管两台球罐在两次开罐检验中发现较多的缺陷（表面裂纹），但罐体材料组织没有明显损伤，对发现的全部缺陷进行分析及必要的修复处理后，经无量纲参数计算，打磨凹坑在允许范围内不需补焊。因此两台球罐可以继续使用。

9 结语

压力容器在使用过程中，由于长期受压力和腐蚀，难免使其承压部件产生各种缺陷。这些缺陷如果不能及早发现并采取措施消除，任其发展扩大，必将在继续使用过程中恶化，导致严重的爆炸事故。从我们公司两台球罐两次定期检验中均发现内表面裂纹来看，如果我们不在球罐使用一年多后开罐检验和及时处理，那这么多的内表面裂纹，在液氨介质的腐蚀和交变载荷的作用下，裂纹的扩散将导致设备强度失效、造成严重事故的发生。因此在压力容器管理中，必须重视定期检验工作。只有严格进行定期检验，才能及早发现设备潜在危险的缺陷和问题，掌握制造、安装质量以及缺陷的发展情况，及时消除隐患和修复处理，防患于未然，改善设备的安全状况，为压力容器的安全运行提供保障。

参考文献

[1] 国家质量技术监督检验检疫总局.固定式压力容器安全技术监察规程.TSG R0004[S].2009-12-01.

[2] 国家质量技术监督检验检疫总局.压力容器定期检验规则TSG R7001[S].2004-09-23.

[3] 国家标准.钢制球形储罐GB12337-1998[S].1998.

[4] 国家标准.钢制压力容器GB150-1998[S].1998-10-01.

注释

注1：公式引自TSG特种设备安全技术规范 TSG R7001-2004.压力容器定期检验规.第四十条（二）.

注2：公式引自国家标准.钢制压力容器.GB150-1998，公式5-5，1998-10-01.

注3：公式引自国家标准.钢制球形贮罐.GB12337-1998，公式（4），1998.