液化石油气球罐发生表面裂纹的原因分析
摘要：在球罐的定期检验中，对内外表面的磁粉探伤，发现不少表面裂纹，且大部分发生在赤道带与温带的对接环缝上，分析了出现表面裂纹的原因，进一步阐述了组焊球罐的过程中，严格地执行焊接工艺，合理地焊后热处理的重要性。
中国论文
关键词：液化石油气球罐 定期检验 表面裂纹 残余应力 H2S含量
2004年9月，我所对粤长燃气有限公司2台1000m3液化石油气球罐进行定期检验，2台球罐的参数如下：直径为φ12300mm，板厚为40mm，材质为16MnR，设计压力为1.77Mpa，设计温度为45℃。
按球罐的一般检验工艺，以往的检验实践以及2台球罐的实际，其定期检验程序主要包括如下几个方面：
一、技术资料审查及制定检验方案
主要审查罐体设计、制造、安装资料及使用登记证；检验修理记录及运行记录。制定检验方案，确定采用的检验方法，检验人员及各种探伤的比例。
二、检验前准备工作
现场水、电供应及脚手架搭设落实；检验过程必用仪器，防火通风设备及防护用品准备，检验人员及非检验人员的任务落实；现场操作安全措施落实；被检贮罐液、气排放及置换、冲洗、开罐；贮罐气体检测；对贮罐内壁清扫度对贮罐焊缝表面及其热影响区进行除漆、打磨。
三、球罐内外部检验
罐体内外金属表面、焊缝、基础、接头、阀门、液位计进行宏观检查；罐体钢板测厚；焊缝及热影响区100%表面探伤（MT），80%超声波探伤；5%焊缝X射线探伤抽查；安全附件检查、核对。
四、耐压试验
五、评定安全状态等级，得出检验结论，出具检验报告。
根据检验结果，外观检查及测厚均合格，钢板厚度未见有减薄现象，超声波及射线抽查也未发超标缺陷，但是对于内外表面的磁粉探伤，却发现不少表面裂纹，且大部分发生在赤道带与温带的对接环缝上。以上发现的表面裂纹深度都不大，最深2mm，最长80mm，经核算打磨后仍满足强度条件，因此采用打磨方法清除。可以看出，对于此类在用球罐，其表面裂纹是其主要缺陷，应引起足够重视。对这2台球罐，都是由四川省工业设备安装公司负责安装，该公司有较丰富的球罐安装经验，技术力量雄厚，安装过程经我所现场监督检验，确保安装质量，安装过程中产生的超标缺陷较少，且在安装投入使用前已处理消除并通过验收，但是由于球罐在组装及焊接过程中存在着较大的拘束应力及焊接残余应力，在热处理后不能完全地消除；在使用过程中，由于长期受应力作用，而且随着不断进气、出气面产生应力波动，加上该公司液化石油气中的H2S含量偏高，因此在某些应力较大部位容易产生表面裂纹（部分为应力腐蚀裂纹），这从检验结果可以看出。同时，从表面裂纹发生的部位看，赤道带与上、下温带的对接环缝及其热影响区处现裂纹的几率较大，这是为什么呢？
首先，赤道带球壳板应力状态复杂，而且应力峰值较高，不仅受到正常的内力作用下产生的薄膜应力的作用，而且承受支座反力和组焊过程中遗留的残余内应力，其受力情况较恶劣；其次，根据组装工艺，环缝是最后组装，此时球罐已基本成型，刚性很大，球壳板的变形、错位现象在所难免，所以在装配施工中为减少错边量而进行强制装配，导致在环焊缝中形成了很大的残余应力，成为较薄弱环节，在使用中容易引起裂纹；而且，该处焊接条件较差，焊接位置为横焊，而且为45°，操作难度高，焊接质量不易保证。
综上所述，对于此类液化石油气球形贮罐，在使用一定时间后，在其表面容易引起表面裂纹，而且大多发生在赤道带与温带的对接环缝及其热影响区上。因此，对于在用球罐的表面探伤十分重要，而且应特别注意赤道带与上、下温带的对接环缝，超声波探伤及射线探伤抽查也应重点注意这些部位，重点抽查。
而且在组焊球罐的过程中，严格地执行焊接工艺，合理地焊后热处理是减少焊后延迟裂纹的关键，也决定了球罐的质量以及第一次开罐检验较少地出现表面裂纹。焊前预热有如下几个作用：
（1）预热能减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性。
（2）预热可降低焊接应力。均匀地局部预热或整体预热，可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差（也称为温度梯度）。这样，一方面降低了焊接应力，另一方面，降低了焊接应变速率，有利于避免产生焊接裂纹。
（3）预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随着预热温度的提高，裂纹发生率下降。
预热温度和层间温度的选择不仅与钢材和焊条的化学成分有关，还与焊接结构的刚性、焊接方法、环境温度等有关，应综合考虑这些因素后确定。另外，预热温度在钢材板厚方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性，对降低焊接应力有着重要的影响。局部预热的宽度，应根据被焊工件的拘束度情况而定，一般应为焊缝区周围各三倍壁厚，且不得少于毫米。如果预热不均匀，不但不减少焊接应力，反而会出现增大焊接应力的情况。而焊后消氢处理，是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200～350℃，保温小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。焊后整体热处理能有效地降低球罐的残余应力水平，稳定结构尺寸；改善焊缝及热影响区的金相组织，使焊接造成的非平衡组织变为平衡组织，从而改善焊接接头的性能，降低硬度，提高塑性和断裂韧性，提高疲劳强度；进一步释放焊缝中的有害气体，特别是氢气，以防止氢致裂纹的产生。
作者简介：
陈仲权，男，广东汕头人，监检室副主任，工程师，锅炉压力容器压力管道检验。