石油液化气球罐应当加强对氢腐蚀的检测

杨在东 王世龙 马海军

摘要：在含有H2S介质的环境中使用的容器检验应当注意氢腐蚀。2006年9月在某炼油厂的4台400m3 石化液化气的球罐检测中发现了严重的氢鼓泡现象。鼓泡散布内壁，在气液相交界面较为集中和严重，属无法修复的材料劣化。使用10年时间需停用，在炼油工艺装置中载有含H2S成份介质的压力容器尚有很多，而在平常的检验检测当中，最多见的是均匀腐蚀，及易疏忽氢腐蚀所造成的材料劣化，所以氢腐蚀应当引起检验检测人员的高度重视。

关键词：球罐 检验检测 缺陷 氢腐蚀 结束语

1 检验检测发现的现象

①球罐概况：安装时间：1996年，容积：400m3，规格：Φ9200×32mm，材质：16MnR，设计压力：1.8MPa，设计温度：-9∽50℃，介质：石油液化气、原料气。

②检验检测异常状况：罐体外壁测厚为32mm，将其厚度减薄到20mm左右。面积大小不一，其中面积最大为1500mm×150mm，最小的仅为点状，并且100mm×100mm的点比较多。这些点在气液相交界面分布着，主要集中在钢板中部，焊缝两侧边缘的点比较少。

2 检测缺陷

①对板材外壁缺陷部位利用超声波进行检测，在各个方向利用5P10×10K1斜探头进行扫查，同时在22mm-28mm范围内出现族状波反射，并且这些波此起彼伏，并能进入Ⅲ区，如果探头稍微移动，在这种情况下就会出现连接、复盖等现象，进而使得某个波的指示长度在一定程度上无法测出，如图一所示。

②外壁硬度值HB=118-124。

③对内壁进行宏观检查，如果外壁存在缺陷，在这种情况下，其相对应的内壁就会出现鼓泡。并且这些鼓泡大小不一，甚至也没有鼓泡。

④内壁鼓泡上磨出平面，厚度为6-10mm，与外壁测厚点吻合。

⑤内壁鼓泡上磨出平面用斜探头探测，在各个方向扫查，均有族状波反射，最大波集中在9-10mm处如图三所示。最大波幅进入Ⅲ区，通过直探头进行探测，此时底波彻底消失，如图四所示。

⑥鼓泡上磨出平面上打硬度均无显示。

⑦对于缺陷部位来说，在进行内、外壁表面磁粉探伤时，通常情况无任何反映。

3 鼓包缺陷原因

①通过审查资料可知：在安装球罐前，通常情况下需要对球壳板进行验收，并且在坡口上显示磁粉探伤磁痕，通过对金相和硫印进行分析可知，冶金条状缺陷是磁痕显示部分，条状缺陷中心、四周分别呈现暗色和明亮色。通过对暗条状缺陷进行能谱分析，其分析结果显示，其成份主要是非金属夹杂物MnS，通过能谱对白亮环进行分析，其分析结果表明：其成份主要是Fe，同时含有一定量的稀土镧（La）。

②在硫化氢环境中，受腐蚀、电解等作用的影响，在一定程度上导致钢浸渍产生氢，在储存介质中，由于含有硫化物，使得放氢反应正好受到抑制。H+H=H2↑，根据该反应式可知，在反应过程中，如果氢原子不能迅速结合，在这种情况下会成为氢分子而排出，进而导致部分氢原子扩散到金属内部。由于氢分子不能扩散，但是通过积累就会形成内压，进而使得微观缺陷内压力在一定程度上大大提高。根据权威资料显示，其压力可达104MPa，受内压的影响和制约，进一步胀大这些微观孔隙。

4 检验检测需要注意的问题

①对球壳板进行验收。在验收球壳板的过程中，关于坡口磁粉探伤，由于GB50094没有相应的要求，根据检测经验可知，通常情况下需要对球壳板验收作坡口磁粉检测。

②验收过程中，不论采用球壳板验收，还是采用压力容器检验，通常情况下，都需要根据制造要求进行验收，同时通过减薄的方式对测厚点进行布置。另外，根据材料中存在冶金条状缺陷的实际情况，必要的情况下，适当增加测厚点数。因此，增加中部检测点的数量完全有必要。

对于金属材料来说，不论其存在的缺陷是冶金缺陷，還是非金属夹物，如果介质含有H2S，在这种情况下，金属材料就会受到H2S的浸蚀。在检测过程中，为了便于对H2S浸蚀材料的速率进行监控，通常情况下，需要精确固定某些测厚点的位置，进而在一定程度上进行下次检验时，便于有一个精确的计算和明确的比较。

在氢损伤的作用下，会在不同程度上产生晶间裂纹，进而使得超声波的传播速度进一步降低。所以，需要对检测点进行固定，一方面需要对所测厚度进行记录，另一方面利用对比法测定出该材料的声速，进而在一定程度上便于进行下次检测时，对比分析声速的变化，同时推断出产生的氢损伤。

③由于产生氢损伤，通常情况下会使底面回波的衰减进一步增加，应该将底面回波的幅度严格记录在固定的检测点部位，进而在一定程度上便于下次检测时，对比分析底波衰减情况。

④在对球壳板进行验收时，如果测厚减薄点现象比较明显或者坡口上磁探存在磁痕堆积现象，在这种情况下，需要采取相应的措施，进而在一定程度上增加材料的金相、硫印等，同时对其进行能谱分析，进一步全面了解金属材料的冶金缺陷，同时更加准确的评价材料的安全性能。

⑤在用压力容器进行检测时，在检测过程中，如果发生异常测厚点，在这种情况下，应当通过增加纵波直探头、横波斜探头的方式进一步对板材进行检测。对异常测厚点的来源进行判断，判明其源于微观缺陷，还是分层，以及氢腐蚀等。与设备完好部位相比，微观缺陷波形几乎没有任何差别。

⑥对压力容器内壁进行宏观检测时，通常情况下，宏观检查的对象只集中在内壁，但是，在检查焊缝的过程中，需要注意，对于内表面的腐蚀状况，需要借助肉眼进行检查。

⑦在检测过程中，对在用压力容器，需要对内壁焊缝进行磁粉探伤。必要的情况下，需要局部增加母材的内表面磁粉探伤，进而在一定程度上防止发生氢腐蚀现象。

⑧当测厚点存在异常情况时，应当增加内外表面的硬度检测并与完好部位比较。

5 结束语

在以往的石油液化气球罐检测中很多厂家，对球罐内壁都末制作防腐内衬。认为选材准确，生产工艺参数，如压力和温度不会到达氢腐蚀条件。其实在制作安装时，对材料球壳板的验收如测厚或超声波检测仅作球壳板数的20%的比例抽查，超声为格子线扫查，测厚为每张球壳板十多个点。即是如此，如有时偶然发现了某些点有壁厚有薄点或超声反映有缺陷，但其未超过板材超声波允许标准。也就是说，板料并不一定100%满足资料显示要求。在生产使用中，常常只考虑正常运转的工艺参数，在开车、停车、安装、卸载、开罐清洗等诸多因素中是否在某些环节中，满足或达到氢蚀条件都是个不定因素。所以，对含有H2S介质的环境中使用的在用压力容器检验时，氢腐蚀、氢脆及氢鼓泡还当引起高度重视。

有关资料显示，凡是体心立方晶格金属都会被氢强烈地脆化，而面心立方晶格没有氢脆。采用面心立方晶格的铝材对球罐内壁进行了喷铝内衬。虽有一定的经济代价，但对延长设备寿命，避免严重的氢腐蚀危害必将起到很大的作用。

参考文献：

[1]胡锡宁，龚固，袁黎明，惠萌.石油液化气储罐氢腐蚀的检验工艺讨论[A].无损探伤，2007-06-25.

[2]胡锡宁，龚固，袁黎明，惠萌.石油液化气储罐氢腐蚀的检验工艺讨论[J].陕西省第十一届无损检测年会论文集[C].2008-05-01.

[3]陈汉良，盛吾法，袁明永.高温过热器管泄漏失效分析[J].杭州电子工业学院学报，2000-06-30.

作者简介：杨在东（1983-），男，陕西志丹人，助理工程师，研究方向：压力容器、管道的检测技术；王世龙（1965-），男，陕西延安人，工程师，研究方向：锅炉，压力管道检测技术。