钢制液化石油气球罐裂纹缺陷的修复

中国石化胜利油建工程有限公司

钢制液化石油气球罐裂纹缺陷的修复

丁善福中国石化胜利油建工程有限公司

以某国外天然气工程项目2000m3液化石油气球罐为例，通过对现场施工工艺和现场施工条件进行分析，冷裂纹形成条件充分，未采取相应的预防措施是这次裂纹产生的根本原因。根据缺陷的位置、深度及长度，确定从内部还是从外部清除缺陷。对于深度大于25mm的缺陷，应优先选择从球罐内部清除；否则应从外部清除缺陷。当缺陷清除干净后，应将返修焊接位置使用砂轮打磨至露出金属光泽，并继续打磨约1mm左右，直至将增碳层打磨清除干净。打磨清除缺陷后，应采用MT的方法对刨槽部位进行检测。

球罐；裂纹；缺陷；修复；温度

某国外天然气项目一期工程，主要包括海上来气海底管道、气体处理厂、外输管道和装卸设施等，其中有4台2000m3液化气球罐在现场组焊。在前2台球罐的施工中，出现多处焊接裂纹缺陷，对此，施工项目部通过分析焊接裂纹性质和产生原因，确定了裂纹修复方案，实施后效果较好，缺陷全部清除干净。

1 技术参数

2000m3液化石油气球罐技术参数为：设计压力1.77MPa，设计温度-5～55℃，焊接接头系数1.0，水压试验压力2.3MPa，容积2026m3，设备净重331662kg。液化石油气球罐外形尺寸Ø15700mm，球罐本体为三带混合式结构，材质为SA—537 Cl.2，壁厚50mm。

2 焊接缺陷及原因分析

前2台球罐焊接完成后，分别进行了100%γ射线检测和超声检测，结果发现多处焊接裂纹缺陷，裂纹走向以纵向为主，但也有横向裂纹，裂纹主要集中在上极带与赤道带相焊接的上极环缝及极板焊缝上，并多靠近内侧。

材料属于低合金高强钢，根据现场自然条件、施工实际情况和裂纹分布情况，可以确定裂纹性质为冷裂纹。冷裂纹的产生主要有三大要素：材料的淬硬性、扩散氢含量及结构刚性。通过对现场施工工艺和现场施工条件进行分析，冷裂纹形成条件充分，未采取相应的预防措施是这次裂纹产生的根本原因。

（1）材质SA537为低合金高强度调质钢，查阅钢板质量证明书，实际钢板屈服强度和抗拉强度均较高，钢材的淬硬倾向较大，容易产生焊接冷裂纹。

（2）由于现场处于海边，湿度较大，在未采取后热的情况下，焊缝中的氢来不及逸出，从而促进裂纹形成。

（3）球罐壁厚50mm，环缝又处在拘束度较高的部位，尤其是上极板环缝处拘束应力较大，导致此处裂纹出现较多。

焊接裂纹的产生是以上综合因素造成的，根据现有资料情况，由于未考虑到现场施工条件和结构刚性，工艺措施制定欠妥当，如没有预热和后热的要求，加上组焊时可能存在强力组对情况，导致了焊接裂纹的出现。

3 修复措施

3.1 UT定位确认

为了更准确地清除缺陷，用UT确认缺陷的位置、深度及长度，并经检验员认可。

3.2 缺陷清除

（1）根据缺陷的位置、深度及长度，确定从内部还是从外部清除缺陷。对于深度大于25mm的缺陷，应优先选择从球罐内部清除；否则应从外部清除缺陷。

（2）当缺陷清除干净后，应将返修焊接位置使用砂轮打磨至露出金属光泽，并继续打磨约1mm左右，直至将增碳层打磨清除干净。然后继续打磨修整成宽度均匀、表面平整、便于施焊的凹槽，长度应不小于50mm，且有一定的坡口角度，包括两端也需要坡度，坡度控制在50°左右。

（3）打磨清除缺陷后，应采用MT的方法对刨槽部位进行检测，如果发现缺陷未清除干净，应继续打磨并经MT确认，直至把缺陷清除干净为止。

3.3 焊缝修复

3.3.1 预热

（1）施焊部位焊接前进行预热，预热采用电加热法，加热在施焊侧的背面进行，加热范围以缺陷中心为基准，每侧不小于100mm。

（2）预热温度不低于150℃，并在施焊侧以焊接部位为中心50mm范围内采用红外线测温仪（枪）进行测温。

（3）预热充分，保证钢板内外温度均匀。（4）焊接过程中不得撤除电加热装置。（5）最高预热温度不得大于250℃。

3.3.2 施焊工艺要求

（1）焊接前应用磨光机彻底清除返修处及其两侧边缘20mm范围内的氧化物、熔渣和金属粉末等杂物。

（2）返修焊接参数见表1。

表1 返修焊接参数

（3）施焊过程中，不得在焊缝外母材上引弧；每条焊道起弧位置应错开，起弧点应用磨光机进行打磨，避免弧坑缺陷。

（4）焊接采用多层多道焊，焊条摆宽不得大于12mm。

（5）焊道层间温度为150～250℃，返修焊接过程中应采用红外线测温仪（枪）测量层间温度。

（6）焊接过程中应仔细进行层间清理，避免产生新的焊接缺陷。返修焊接时尽量避开与原焊道热影响区的叠加。

（7）焊接时，焊层不宜过厚，每层不宜超过3mm。

（8）焊接完成后立即用保温岩棉覆盖焊道，覆盖范围应为焊道四周至少各加100mm，并在背面采用电加热带（片）加热进行后热处理，后热温度为300～350℃，后热时间2h。

（9）返修焊接宜一次完成，焊接过程不得随意中断；如因特殊原因中断焊接时，应立即进行后热处理；再次施焊前应先检查焊层表面，确认无裂纹后进行预热，达到预热温度后方可继续焊接。

（10）焊接完成后，应将焊缝表面的飞溅物和熔渣等清除干净，并打磨返修焊缝，使其与原焊道外形基本一致并与母材圆滑过渡，然后进行焊缝外观自检，自检合格后做好详细的返修记录。

（11）返修焊接完成后，应将原焊缝以外部分的返修焊缝打磨至与母材齐平，并用记号笔做出标记，以方便后续无损检测工作。

3.4 焊缝打磨

球罐焊接全部合格后，在焊后热处理之前，应对环缝内外表面进行焊缝余高的打磨。

4 结语

按照上述制定的措施，两台球罐返修后完全清除了裂纹缺陷，经无损检测全部合格。在此基础上，对后2台球罐的组装和焊接施工方案进行了优化完善，有针对性地制定了施工技术措施并付诸实施。目前该工程4台2000m3液化气球罐经过焊后热处理、试压等工序后，已通过业主验收。此次缺陷返修方案的实施也为今后在该地区球罐施工积累了经验，为今后类似项目的工程建设提供了参考和指导。

（栏目主持 焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.065