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球罐文档 摘要： 某油田公司液化气罐区4 台400 m3 液化气球罐， 发现有不同程度的裂纹， 为此从组装、焊 接、材质、机械损伤、应力腐蚀这5 个方面分析了球罐安装过程中导致裂纹产生的主要因素； 针对4 台球罐的具体情况， 又从线能量的控制、焊缝表面缺陷的修复、内部缺陷的修复、球罐热处理等方面 提出了修复措施。实践证明， 修复措施可靠， 保证了球罐的安全运行。 关键词： 球罐； 裂纹； 原因分析； 修复措施 中图分类号： TE972 文献标识码： B 文章编号： 1001－2206 （2009） 01－0060－03 在用球罐的裂纹分析及修复 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1 球罐概况 某油田公司液化气罐区4 台400 m3 液化气球 罐于1998 年制造、安装并投入使用， 编号分别为 5#、6#、7#、8#。2005 年经特检中心开罐检查， 发 现裂纹共108 处， 其中单个裂纹最长500 mm， 最 深11 mm。球罐技术参数见表1， 球罐裂纹统计见 表2。 2 导致球罐裂纹的因素分析 球罐安装过程中裂纹的产生主要有以下几个 因素： 2.1 组装因素 球罐在组装过程中， 若各种尺寸达不到规范 要求而进行强力组装， 就会产生约束应力， 焊后应 力无法释放， 会产生裂纹。 2.2 焊接因素 焊接形成的小缺陷， 如表面气孔、弧坑、裂纹 等， 容易产生微裂纹， 在球罐加压使用时裂纹容易 扩张； 焊接次序的不合理， 导致球体内的应力不能 最大限度地释放， 而后的残余应力很大， 容易形成 冷裂纹、热裂纹； 球罐焊接采用的焊接方法、焊接 线能量的大小、焊接的预热及后热等不当， 也容易 使球罐产生裂纹。 2.3 材质因素 氢含量的增加， 使材料脆性升高， 硬度增加， 导致韧性下降， 扩散氢量对冷裂纹的产生和扩展起 了一定作用， 在含氢量较高， 而预热温度不足的情 况下， 会产生裂纹； 合金元素对热裂纹中的结晶裂 纹产生有很大影响， 硫、磷的微量存在也都会增大 产生结晶裂纹的倾向。 2.4 机械损伤因素 组装临时工夹具部位， 其硬度高于其他部位， 其残余应力也较高， 容易产生裂纹。球罐板在运 输、压制、组装过程中的碰伤等部位也是容易产生 裂纹的地方。 2.5 应力腐蚀因素 球罐使用过程中， 造成裂纹的外部因素主要有 两个： 高应力和介质中含有的大量的H2S 、H2O 。 高应力包括： 罐体运行中的工作应力和罐体焊接结 表1 球罐技术参数 项目技术参数项目技术参数 容器类别Ⅲ 容积/m3 400 设计温度/℃ -24.1 ～ 50.0 设计压力/MPa 1.63 介质液化石油气板厚/mm 22 材质16MnR 焊条J507 表2 球罐裂纹统计 编号 BC 环焊缝CD 环焊缝母材单个裂纹 最大长度 /mm 裂纹 数 裂纹总 长/mm 裂纹数 裂纹总 长/mm 裂纹 数 裂纹总 长/mm 5# 球罐9 1 160 12 760 300 6# 球罐31 4 740 13 740 500 7# 球罐7 757 1 35 14 792 190 8# 球罐3 170 5 690 13 760 490 合计50 6 827 6 725 52 7 552 60 第35 卷第1 期 构的残余应力。由于H2S 、H2O 所提供的[H] 源， 在罐体内表面产生腐蚀坑与氢致脆化层， 而 后， 随着腐蚀坑的加深及脆化层厚度的增加， 在 应力的共同作用下， 蚀坑底部和边缘将首先形成 微裂纹， 在微裂纹前端将形成应力集中， 在应力 诱导下， 氢将向裂纹前端的应力集中区扩散， 当 此部位氢的浓度达到临界值时， 在应力的作用下， 就会发生启裂和微裂的相应扩展。其后， 氢又不 断向新的高应力集中区扩散， 这种过程可周而复 始地进行， 直至成为裂纹。 另外， 在裂纹向纵向扩展的同时， 伸向母材 厚度方向的裂纹尖端在应力集中、电化学腐蚀的 共同作用下， 不断向母材厚度方向扩展延伸， 造 成应力腐蚀开裂。此类裂纹特点为裂纹分布位置 不规则。 3 球罐裂纹修复措施 根据长春特种设备检验检测中心的检查报告 和缺陷分布图， 结合缺陷的位置和性质， 经分析 认为4 台球罐的焊后热处理效果不理想， 焊接残 余应力没有完全释放， 导致了焊缝裂纹的出现； 另外， 工作介质所造成的应力腐蚀导致了母材不 规则裂纹的出现。针对4 台球罐的具体情况制定 了如下修复措施： 3.1 线能量的控制 根据16 MnR 这种钢材形成裂纹的机理， 制定 焊接工艺参数时， 要特别强调线能量的控制。因 为线能量过大， 晶界低熔相的熔化越严重， 晶界 处于液态的时间越长