1 000 m3液氨球罐的检测及裂纹修复

陈 明

(河北东光化工有限责任公司，河北东光 061600)

液氨球罐作为球形压力容器及有毒有害介质的贮罐，为确保其安全使用，必须进行定期检测。通过检测可以及时发现其制造缺陷及运行过程中受介质、载荷、温度和环境等因素的影响而产生的腐蚀、冲蚀、应力腐蚀开裂、疲劳开裂和材料劣化等缺陷隐患，从源头上处理、消除不安全因素，做到防患于未然。河北东光化工有限责任公司(以下简称东光化工)2#液氨球罐(1 000 m3)在某次定期检测中检出在罐体内部下极带中焊缝内表面产生多处裂纹。本文就2#液氨球罐定期检测中发现裂纹及裂纹修复处理等问题进行探讨。

1 液氨球罐基本参数

2#液氨球罐由球壳、人孔盖和支柱等部件组成，球壳为桔瓣式结构，采用现场组对焊接而成。直径为12 300 mm，壳体厚度为58 mm，壳体材质Q345R，全容积974 m3，设计压力2.69 MPa，支撑形式为8根支柱。

2 检测情况

按照《压力容器安全技术监察规程》要求，编制检测相关技术方案，定期按规范步骤进行无损检测，此次分别对罐内表面做磁粉探伤与超声波检测。

(1)磁粉检测

检测标准：NB/T 47013—2015；

检测仪器型号：LKCD-III；

磁粉类型：黑磁膏；

磁悬液：水悬液；

灵敏度试片：A1 30/100；

磁化方法：交叉磁轭法；

磁粉检测结果：经对焊接接头进行磁粉检测，发现裂纹缺陷，缺陷不允许存在。

(2)超声波检测

检测标准：NB/T 47013—2015；

检测仪器型号：PXUT- 350C；

探头型号：2.5P13X13K2；

试块型号：CSK- IA和CSK- IIA；

评定灵敏度：Φ2×60- 14 dB；

检测方法：直接接触双面双侧。

超声检测结果评定如表1所示。

表1 超声检测结果评定

3 缺陷产生原因分析

表面裂纹分布位置集中在罐体内表面下大环缝以下，且全部裂纹都在熔合线位置，形状呈线状。分析裂纹产生的原因有多方面综合产生：①球罐材质的焊接；②现场组装时的拘束应力；③液氨介质腐蚀；④疲劳裂纹；⑤延展裂纹等。

4 裂纹缺陷修复

根据2#液氨球罐超声波及磁粉检测结果，确定焊缝裂纹位置和深度，按照相关规定制定裂纹缺陷修复方案与实施。2#液氨球罐下极带检修位置示意如图1所示，图中加粗线位置G1- 1(返修深度3～12 mm、焊接长度800 mm)、G1- 2(返修深度3～17 mm、焊接长度451 mm)、G2- 1(返修深度2～5 mm、焊接长度550 mm)为缺陷维修焊接位置。

图1 2#液氨球罐下极带检修位置示意

(1)裂纹焊缝处理

此次裂纹焊缝集中在下大环缝以下，且全部裂纹都在熔合线位置。对较浅的焊缝裂纹通过直接打磨消除裂纹；对较深的焊缝裂纹在焊缝裂纹处进行气刨清根，刨槽成型应为U形(不允许呈V形或Ω形)，由刨槽到两侧槽壁呈圆滑过渡，槽壁呈平滑状。气刨清根后用砂轮打磨，焊缝进行预热(100～150 ℃)，达到温度由焊工按照焊接规程进行施焊，焊接采用对称、等速施焊法，每层焊缝一经施焊，中途不得停焊。多层焊接的各层开始焊接点应相互错开50 mm以上，防止接头集中在一个断面上；焊接完成后，需要立即进行后热，后热温度为200 ℃，后热时间为0.5～1.0 h。

无损检测(复检)包括对球罐返修焊缝焊接完成后进行100%的超声检测，超声检测合格后进行100%的磁粉检测，全部合格后确认焊接完成。

(2)热处理

球罐裂纹焊缝处理后，无损检测复检全部完成并经检查确认合格后，进行球罐局部热处理，采用电加热法热处理。由于局部热处理是保证球罐返修焊接质量的重要技术手段之一，具有不可逆性，须认真对待。此次局部热处理部位为G1- 1、G1- 2、G2- 1，热处理设备 GWK- 240温控柜。热处理工艺参数如表2所示。

表2 热处理工艺参数

注：恒温时间均为2.32 h

(3)水压试验

液氨球罐热处理合格后，需要进行水压试验，水压试验是对球罐返修焊接质量的综合考核。此次试验用水为9 ℃洁净无油工业用水，试验时将球罐顶部排气口打开，确保充水时罐内空气排尽，并保持球罐表面干燥。试验时缓慢升压，当升至试验压力的50%(即1.35 MPa)时，保持10 min并检查所有焊缝和连接部位，无渗漏后继续升压；当升至设计压力2.69 MPa时，保持10 min再次检查，无异常后再升至试验压力3.37 MPa，保压30 min 后将压力降至设计压力再一次检查，以无渗漏和无异常现象为合格。

水压试验同时对基础的沉降进行观测并作实测记录。此次充水前后共记录6次，分别为充水前、充水1/3时、充水2/3时、充满水时、充满水24 h以及防水后；各时段基础沉降差均小于基础中心圆直径的1/1 000即12.3 mm，故不作处理。

4 结语

此次2#液氨球罐维修由原球罐制作单位承担，按照GB 12337—2014《钢制球形储罐》、GB50094—2010《球形储罐施工规范》等标准施工，共用时17 d，并经当地特检所检验合格。东光化工根据实际生产情况投入使用，在以后生产中，需要加强其他液氨球罐的管理，做到定期检测，发现问题及时处理，以确保安全生产。