液化石油气储罐氢鼓泡检验案例分析

张义磊 孙一华

（泰安市特种设备检验研究院）

0 前言

液化石油气储罐是存储液化石油气的压力容器，其保有量与日俱增。由于其存储介质成分复杂，具有易燃、易爆等特性，且工作环境较为恶劣，因此可能存在的失效模式较多，给检验人员的检验、检测工作带来一定的困难。对某台液化石油气储罐进行检验时，发现罐内存在一些异形缺陷。通过理论分析和实物检验的方式，确定了缺陷生成的原因，可为检验人员的检验、检测和使用单位的安全管理工作提供参考。

1 设备基本情况

某液化气站的一台液化石油气储罐，是该站内附属的残液罐，制造日期为2001 年，设计使用年限为20 a，其具体参数如表1 所示。

表1 储罐参数

2 检验情况

使用单位于2019 年12 月1 日申请设备检验，该储罐已接近设计使用年限，因此应重点关注，检验人员根据TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监案规程》编制了其专用的检验方案，该检验方案与其他压力容器的通用检验方案相比，突出了以下几点。

（1）资料审查

该设备移装后首次检验，因此对于其设计、制造、安装竣工资料（包含前一使用单位的安装、竣工资料）、修理改造资料、日常使用维护资料和定期检验资料年度检查资料等，应进行详细、彻底的审查。

（2）检验项目和方法

由于其介质为液化石油气，制造材料为16MnR，综合考虑其失效模式，较有可能发生的损伤是腐蚀减薄和环境开裂。因此在检验方案中，增加了测厚的点数，并对内壁所有纵、环焊缝采用100%埋藏缺陷检测和表面无损检测的方式，对所有的角接焊缝采用100%渗透检测。

3 检验中发现的问题

根据专用检验方案，对该液化石油气储罐进行检验。经审查，其资料齐全，设计、制造和历年的定期检验报告均保存良好，且在整个使用过程中该储罐并未经过修理和改造，但是使用单位未按要求对其进行年度检查。

对储罐内进行宏观检查时，发现其封头下半部分有15 个颜色为白色，直径为30～60 mm，高度为5～15 mm 的异形缺陷，初步判断为鼓泡缺陷。对该缺陷周围增加测厚点数，发现其附近内壁往外测壁厚仅有 6±2 mm；而在同样的位置，从外壁向内壁测得的壁厚为10±2 mm。打磨鼓泡的位置，并用渗透检测进行无损检测后可知，有些鼓泡内部存在30～50 mm长度不等的潜在裂纹。

4 缺陷成因分析

查阅使用单位留存的档案资料，对该压力容器筒体及封头的材料、元素含量和力学性能进行分析。从资料中可以发现，封头材料中Mn 元素的含量比筒体材料稍高，而且其抗拉强度、屈服强度均比筒体材料高。16MnR 是我国自主研发的一种压力容器专用钢材，大多数液化石油气储罐都采用16MnR 这种材料制造，其最大缺点是具有较高的湿H2S 腐蚀敏感性。

本次检验的液化石油气贮罐使用时间为 18 a，查阅历年的检验报告，未发现任何关于氢鼓泡的记录和其他任何危害储罐使用安全的缺陷。从前述液化石油气的成分分析，其中含有的少量硫化氢容易与水分相结合，形成湿硫化氢氛围，产生湿硫化氢破坏。这台压力容器长年处于湿硫化氢环境中，使得16MnR材料和H2S 反应生成的氢向钢中扩散，在钢材的非金属夹杂物、分层和其他不连续处聚集形成氢分子，由于钢组织内部的氢分子很难逸出，使其产成强大内压，导致其周围组织屈服，形成表面层下平面孔穴结构（即氢鼓泡）。与此同时，在材料内部不同深度形成氢鼓泡时，鼓泡长大会导致相临的鼓泡不断连接，形成台阶状裂纹。对其他筒体和封头进行了仔细检测后可知，在没有分层的板材部位均未发现氢鼓泡缺陷。说明该储罐是因为封头材料分层且液化石油气中的硫化氢含量超标而产生氢鼓泡开裂。

5 缺陷处理及措施

根据TSG 21—2016 标准中关于定期检验的规定，本次检验将该压力容器的安全技术等级评定为5 级。鼓泡的点数较多，打磨深度较大，钢板分层的面积较大，且该压力容器使用时间长，维修性价比低，因此建议使用单位立即停止使用该压力容器，同时向监察部门办理报废手续。为了防止设备再次发生氢鼓泡现象，建议用户和厂方采取以下改进措施：（1）严格控制液化石油气中H2S 和水的含量；（2）采用涂层的方法使罐体内表面形成保护膜，将钢板与硫化氢环境隔绝，防止钢材受损；（3）选用低硫磷的抗硫化氢腐蚀的专用钢材制造设备；（4）严格控制分层钢板的使用。

6 总结

在检验中发现，该设备缺陷是由制造时的钢板分层缺陷和使用过程中的应力腐蚀介质含量超标共同作用产生的。特种设备的监督管理覆盖了设计、制造、使用、检验等全过程，只有在每个环节都严格按照国家标准执行，才能预防事故发生。