球罐炸裂失效分析.pptVIP

球罐炸裂失效分析 时间:1979年12月18日14时许， 地点：吉林煤气公司液化气场 一台直径9.2米，容积400m3的球罐突然爆裂，由裂缝喷出的液化石油气遇明火爆炸燃烧，一起附近3个400m3和一个50m3卧式储罐以及25m外仓库中的5000个民用液化气瓶先后爆炸起火，大火燃烧19h共烧掉液化气超过700t，烧掉机动车辆15辆以及储罐区全部建筑，死亡33人，受伤53人。 现场调查和背景调查 1）102#球罐材质：15MnV，15MnVR 2）内径：9.2m 3）设计压力：1.57MPa，经常处于较低容量 4）壁厚：25mm 5）坡口：X型 6）液化石油气：丙烷、丁烷、杂质 7）环境温度：低 8）断口长度：13m，沿罐环焊缝B板一侧HAZ扩展5m 9）主断裂纹源位置：断口上的人字纹表面 分析项目 1）外观检查：上下环缝缺陷较多，主要是咬边，且往往是连续的，住裂纹源处有长165mm深度大于1mm的咬边，最深处2.7mm，另外局部存在严重错边。由外观检查知道焊缝处存在严重的应力集中。 2）焊缝无损探伤：焊缝无损检验多处由为熔合、夹杂、群孔，焊趾部位存在大量裂纹。 3）母材成分：见表一 表一 母材化学成分 4）HAZ硬度和金相组织检查：上环焊缝HAZ的HV=279~345，近融合线组织为B+M。 5）分析球罐焊接时的预热温度;预热温度可由组织和硬度共同确定 （1）组织分析：金相组织分析发现球罐焊接HAZ的组织与80oC预热焊接试板的组织十分相似。 （2）硬度分析：由实验结果：To=25oC，HV=320;To=80oC，HV=297;To=180oC,HV=250; To=200oC,HV=225;知在To=80oC时的硬度在279~345范围内。 因此可由组织和硬度确定出预热温度为80oC。 6）插销裂纹实验，见表2 表2 插销实验结果 1)由插销实验结果分析预热温度焊条烘干温度对B4板焊接裂纹敏感性影响。 （1）随着预热温度20→150oC升高，插销临界应力增大，临界应力比增大因而使焊接裂纹的敏感性减小。 （2）对预热温度To=150oC时，烘干温度分别为250oC和350oC的情况下，可看出：随着烘干温度的增大，临界应力也提高，使焊接裂纹的敏感性减小。 分析：(1)预热能缓解焊后的冷却速度，有利于扩散氢的溢出，避免产生氢致裂纹，同时也减少焊接热影响区及焊缝的淬硬倾向，提高了焊接接头的抗裂性，此为预热还降低了焊接应力和拘束度作用，改善接头性能，使得临界应力值提高。对裂纹敏感性降低。 （2）焊条的烘干温度越高，则焊条中所含水等杂质减少，从而减少了融入焊缝中氢原子的含量，使扩散氢含量降低，使其对焊接裂纹的敏感性也降低。 2 结合B4、C6板的成分，对B4、C6实验结果进行分析。 实验结果：预热温度为20oC时烘干温度为350oC，B4板的裂纹敏感性比C6大；预热温度为150oC烘干温度为350oC， B4板的裂纹敏感性比C6大。 原因：由B4、C6的成分，见表1，由Pcm表示为合金元素的冷裂纹敏感系数，知B4的冷裂倾向比C6的大，由B4板Si含量低，Mn/S比值高，金属的韧性较C6板的好，对裂纹敏感性稍比C6的小，但由于B4板具有原始裂纹，处于裂纹源的位置，具有延迟性，故使得裂纹倾向增大，由插销实验也可知，随着预热温度的升高，B4板对焊接裂纹的敏感性降低程度大于C6板。 7 斜Y坡口对接裂纹实验 斜Y坡口对接裂纹实验结果见下表3 表3 斜Y坡口对接裂纹实验结果 1）斜Y坡口对接裂纹实验结果说明： 〈1〉焊条在不烘干条件下，焊接接头处扩散氢含量很高，焊缝对裂纹及其敏感。 〈2〉焊前不预热时，B4D6板对焊接裂纹及其敏感。C6板不出现焊接裂纹。 〈3〉随着预热温度升高，钢板出现焊接裂纹的可能性大为降低。 2）与插销实验相同规律：随着预热温度升高，钢板对焊接裂纹的敏感性降低。 8 环境影响分析（应力腐蚀） 球罐等压力容器，都是在现场安装焊接。这样焊缝中就容易由氢进入。氢时来自焊条、焊剂、空气中的水分，特别是雨水水分等。随着焊接的过程中电弧作用下高温分解，产生氢原子或氢离子，大量的氢原子被熔融金属所吸附冷却后成为过饱和物，由于氢的进入焊缝中会诱发焊缝和热影响区产生裂纹。 液化石油气罐内有H2S介质， H2S+Fe →FeS +2H →FeS+H2 阳极：FeS+S2- →FeS+2e 阴极：2H+ +2e-→2H H2S是一种强渗氢介质，阻碍阴极反应所析出的氢原子结合成氢分子的反应，提高表面氢浓度，其结果是加速氢往钢中的扩散溶解过程，从而破坏金属基体的连续性，造成氢脆，因而对于高强度钢而言，对硫化氢应力腐蚀开裂的敏感性很大，更易产生裂纹，产生应力腐蚀开裂，对102#球罐的破坏产生了重要影响