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液化石油气储罐表面裂纹的检验与修复

近五年以来，我们在对八十余台液化石油气储罐罐体的检验过程中，多次发现罐体的焊接接头表面、近表面有裂纹，数量少则2处，多则达16处，裂纹多分布于罐体纵、环焊缝、人孔、接管角焊缝和焊缝热影响区，形状除部分弧坑裂纹为星形外，其余为不规则条状，其走向既有纵向、又有横向，长度最短3mm，最长为18mm。上述表面近表面裂纹因其裂纹深度较小，射线、超声两种方法检测很困难，肉眼也难以观察，磁粉探伤方法对其检出率较高。
中国论文网 /1/view-5031726.htm
　　经检验发现表面、近表面裂纹的储罐均为在用液化石油气储罐，其参数为：罐体设计压力为1.77MPa，设计温度为50℃，允许使用介质为液化石油气，罐体壁厚12-18毫米，使用年限一般不超过6年。
1 表面、近表面裂纹的检测
　　在储罐全面检验中，对罐体焊接接头的检验，我们以宏观检查和100%磁粉探伤检查为主，辅以局部射线超声探伤。在检验过程中，对磁粉探伤所发现的表面、近表面裂纹均采用射线探伤和超声波探伤进行复查，以确定裂纹性质并粗略估计裂纹深度。
2 罐体焊接接头表面裂纹产生的原因、分类及防治措施
2.1 表面裂纹产生的原因
　　经分析，罐体表面、近表面裂纹应属于“先天性缺陷”，原因分析：罐体制造时虽按有关规定对所有对接焊接接头作了100%射线探伤，对人孔与接管角焊接头作了100%磁粉或着色探伤，但是对接接头未做表面探伤检查。再加上如前所述的射线或超声探伤方法对表面、近表面裂纹的检出率低，容易造成该类裂纹的漏检。裂纹的扩展来源于制造遗留的微裂纹，如有微裂纹再加上液化石油气中少量H2S及水存在，即使浓度较低也会不断扩展，部分储罐首次检验罐内表面焊缝热影响区发现大量单条多发裂纹，对外表面进行磁粉探伤也发现相应部位有裂纹，只是深度较内表面浅数量少一些，打磨处理后三年后开罐检验新生裂纹明显减少，个别未发现新生裂纹，可以初步断定为制造遗留的微裂纹扩展；经调查使用单位并结合液化石油气充装站储罐运行参数检查，所有罐体均在设计参数范围内使用，可排除因使用不当等原因造成焊接接头的表面裂纹。
2.2 表面裂纹主要分两类
2.2.1 焊缝弧坑中星状条状纵横向裂纹属结晶裂纹（热裂纹）：绝大多数位于罐体手工焊焊缝的最后收弧坑上，罐体手工焊缝一般都是焊接最后一道整装环缝、局部返修环缝、人孔和接管角环缝。这些焊缝接头焊接应力水平较高，收弧时，环缝弧坑杂质聚集较多，则易于生成低熔点共晶液态薄膜，在焊接应力作用下易产生弧坑凝固结晶裂纹。
　　避免弧坑裂纹的主要方法为：提高焊工的实际操作技能，增强焊接人员责任心，在焊缝收弧时一定要保证填满弧坑，此外，还可以对每道焊缝的最后收弧处作磨削处理。在罐体组装焊接时采取相应措施以降低焊接接头应力水平。
2.2.2 焊接接头其它位置上细小、不规则条状裂纹属延迟裂纹（冷裂纹）：罐体材质均为16MnR，为低合金中强度钢，工艺可焊接性能良好，一般不会产生延迟裂纹，但是，如果在罐体的焊接过程中，某些焊接质量控制因素失控，比如：焊接材料处理未达工艺要求，焊接坡口被污染（油、锈、水等），环境湿度过大，温度过低、环境工艺参数选择不当、焊后热处理不及时等均可导致焊接接头扩散氢含量及焊接残余应力水平的增高，产生延迟裂纹的几率大增。目前，储罐制造厂家在制造过程中，一般不对焊接接头单独作热消氢处理，但按有关规定要求，热处理只在储罐焊接完成且经检验合格后进行，因此，如罐体焊接接头因焊接质量原因造成局部扩散氢含量及焊接残余应力水平过高，而罐体本身又因整体焊接未完成或处在受检期，不能及时进行整体热处理消除应力，则易于在焊接接头完成后至整体热处理一段时间内产生氢延迟裂纹。
2.3 防治措施
2.3.1 改进和严格执行焊接工艺，减少焊接接头的淬硬组织，避免焊接冷裂纹。
2.3.2 液化石油气储罐制造时，热处理作为不可重复检验的特殊过程，应严格进行监督检验，重点控制确保热处理规范的正确执行。
2.3.3 球罐安装监督检验过程中的磁粉探伤应加强监督，由于其缺乏可记录和可追踪性，安装单位如不重视，探伤质量常难于保证，如加强建造过程的磁粉探伤，完全可以早发现使之避免。
2.3.4 鉴于气、液相空间均存在应力腐蚀倾向，对内表面对接焊缝、角焊缝、母材表面热损伤部位进行100%磁粉探伤。对经检查发现的可疑部位要重点检查。对怀疑有制造延迟表面裂纹倾向的要增加外表面磁粉探伤抽查，如发现问题应扩探直至100%。
　　通过以上分析，从提高液化石油气储罐安全性能角度考虑，宜对储罐焊接接头增加焊后消氢处理和对罐体焊接接头100%磁粉探伤显得十分必要。
3 储罐表面、近表面缺陷修复原则与方法
3.1 对裂纹处理的一般原则
　　罐体的表面、近表面裂纹处理，必须遵循有关规程的要求，保证罐体的安全性能不降低。处理原则：
3.1.1 发现裂纹首先应打磨处理；表面、近表面裂纹处理只允许采用砂轮机磨削方法，不得使用碳弧气刨、气割等方法；
3.1.2 打磨至腐蚀余量深度不能消失的，要测量裂纹尺寸，计算无量纲参数G0，可以达到打磨后形成的凹坑在允许范围内不补焊的，按《压力容器定期检验规则》的要求打磨；
3.1.3 超出上述范围的应制定焊接返修工艺，按工艺规定处理，返修工艺应经负责监检的技术机构批准并告知负责登记的监察机构后方可施工。
3.2 处理方法如下
3.2.1 裂纹的磨削方法一般使用手提式角向磨光机配合磁粉探伤对裂纹进行处理，操作的方法是边磨削边探伤，既要保证裂纹被完全消除，又要避免磨削过量。根据处理经验，90%以上的表面、近表面裂纹消除后，应对被磨削处进行测厚。根据情况再作处理。
3.2.2 裂纹磨削处理后的补焊方法。裂纹磨削处理后的最小剩余壁厚小于罐体最小计算壁厚时必须作补焊处理。补焊应考虑以下几点： 1）制定焊接工艺：一般采用手工电弧焊作补焊的主要方法。应使用性能良好的直流电焊机，提前通过试焊对按照规范经烘干后焊条的使用性能进行试验，必要时制作焊接试板作内部质量检验。通过试验制定出保证焊接质量的焊接工艺参数。
2）对焊工的要求：焊工必须持锅炉压力容器焊工合格证且有与补焊位置相应的合格项目，还应有一定的锅炉压力容器焊接返修经验；焊前须熟悉补焊工艺方案，并在补焊过程中认真执行该方案；焊接时要求短弧操作，多层多道焊接，保持层间温度，注意填满弧坑，补焊盖面焊缝应高出罐壁、焊缝2-3mm，并在焊后修磨至同周围罐壁相平。焊缝与罐体应平滑过渡，以改善焊缝组织，减少应力。操作时，不允许在坡口外引弧，地线应接在罐体支撑上，不得接在罐体上。
3）焊接坡口：焊接坡口采用V型，但坡口根部不宜过尖，最好为圆弧形。坡口角度70-80°，坡口只能用砂轮磨制，不宜使用碳弧气刨气割制作。焊接前，坡口及50mm范围内要清理干净，露出金属光泽，必要时用丙酮清洗。
4）预热和焊后热处理：罐体焊接接头的补焊一定要采用焊前预热措施，并在焊后对补焊区域作局部消除应力处理。加热位置：从补焊区背面进行加热，预热及热处理温度测量则以补焊区正面温度为准。加热方法：优先使用红外加热装置。该类加热装置加热均匀，温度易于控制，容易保证热处理质量。无条件时，可使用大号氧乙炔烘把数个，进行均匀热烘烤加热。热处理后注意对补焊区进行保温缓冷。
5）焊后检验：消除应力热处理结束、补焊焊缝修磨完成后24小时，对补焊区域作磁粉探伤检查，合格后对补焊焊缝作X射线探伤检查（按JB/T4730-2005《承压设备无损检测》标准要求），射线探伤合格后，补焊区域随罐体本体作水压、气密试验。
　　应该指出：修理工作一般应由液化石油气储罐制造厂家或具备修理资质的单位负责。