一起液氨儲(chǔ)罐斷裂事故分析

1、基本信息
坦克是一個(gè)液氨儲(chǔ)罐與產(chǎn)品數(shù)量的DN 10 - 205,設(shè)計(jì)壓力2.0 mpa, q16mnr,材料規(guī)范Ф3500×20毫米,最大工作壓力為1.5 mpa,設(shè)計(jì)溫度50℃,有效容積81立方米,工作介質(zhì)的液氨,制造日期2009年3月,制造商青島迪安機(jī)械制造有限公司。在停機(jī)檢查更換氮?dú)獾倪^(guò)程中，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)氣罐底部有泄漏。在氨進(jìn)口緩沖板與罐體之間的角焊縫處發(fā)現(xiàn)裂紋，裂紋延伸至鋼瓶，并穿過(guò)鋼瓶的周向焊縫。底板的形狀與設(shè)計(jì)圖不一致。設(shè)計(jì)如下:①250毫米圓形底座,但250 mm×250 lnm平方底座。所述底板的角焊縫成形不良，存在夾渣、氣孔等缺陷。

2、缺陷位置



3、缺陷描述
三種檢驗(yàn)分析:宏觀裂紋的長(zhǎng)度最大。這是由于在開(kāi)裂過(guò)程中，裂紋端部的表面沒(méi)有被撕裂。因此，磁粉探傷和滲透探傷均未發(fā)現(xiàn)有缺陷的磁痕。因此，我們以宏觀檢驗(yàn)長(zhǎng)度作為最終裂紋長(zhǎng)度。從裂紋形貌可以推斷出裂紋的大致方向:主焊縫(L1)平行于焊縫周向，并沿背板角焊縫方向傳播，向后到a時(shí)沿ij2方向傳播
當(dāng)前端到達(dá)B點(diǎn)時(shí)分叉(分別沿L3和K方向傳播)，L裂紋在C點(diǎn)分叉，最終穿過(guò)圓筒的周向焊縫。



由于儲(chǔ)氣罐的儲(chǔ)存介質(zhì)為液氨，液氨對(duì)罐體有一定的腐蝕性，且在使用過(guò)程中，儲(chǔ)存介質(zhì)沖洗頻繁，罐體應(yīng)力變化大，容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。特別是當(dāng)金屬硬度較高時(shí)，應(yīng)力腐蝕敏感性增加。更容易引起裂紋擴(kuò)展。硬度分析:焊縫接頭硬度極限低合金鋼HV(10)≤245(單值)。16MnR的屈服強(qiáng)度下限為345 MPa，接近標(biāo)準(zhǔn)要求的上限。角焊縫硬度為225hb，接近標(biāo)準(zhǔn)要求的上限。根據(jù)文獻(xiàn)，材料強(qiáng)度越高，耐氨性能越差。業(yè)主委托無(wú)損檢測(cè)公司對(duì)油罐內(nèi)表面的所有焊縫進(jìn)行100% MT檢測(cè)。結(jié)果表明，該部位除有裂縫和滲漏缺陷外，其余部位均未出現(xiàn)滲漏缺陷。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他缺陷。充裝記錄表明，儲(chǔ)氣罐充裝頻繁，罐體應(yīng)力變化較大，特別是當(dāng)金屬硬度較高時(shí)，應(yīng)力腐蝕敏感性增大。裂紋主要出現(xiàn)在焊縫區(qū)域。硬度測(cè)試表明，該區(qū)域的硬度比母材硬度高85 HB，容易引起裂紋擴(kuò)展。

4、綜合分析
根據(jù)宏觀,非破壞性測(cè)試和顯微分析的故障部件,它可以確定氣體儲(chǔ)罐設(shè)備應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的失敗,和具體分析如下:(1)賤金屬的結(jié)構(gòu),分汽缸的焊縫和熱影響區(qū)油箱基本上是正常的,和液氨的環(huán)境。低合金鋼16MnR對(duì)應(yīng)力腐蝕很敏感。(2)熔合線由于焊接組織和金相組織過(guò)熱粗晶粒區(qū)引起的應(yīng)力集中和焊接殘余應(yīng)力，是設(shè)備應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂最敏感的區(qū)域，應(yīng)盡量避免。(3)通過(guò)對(duì)裂紋形貌的分析，發(fā)現(xiàn)氣罐內(nèi)表面的大部分裂紋來(lái)源于焊縫的熔合線。它們是縱向裂紋，在擴(kuò)展過(guò)程中有分叉，具有典型的應(yīng)力腐蝕裂紋特征。

5個(gè)液氨儲(chǔ)罐裂縫原因分析
應(yīng)力腐蝕是造成液氨儲(chǔ)罐裂紋的主要原因。造成應(yīng)力腐蝕的主要原因有:(1)焊接應(yīng)力集中的影響。焊接應(yīng)力集中是造成液氨氣罐裂紋的主要原因。實(shí)踐證明，方板的焊接應(yīng)力越大，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的傾向越大;相反，圓板的焊接應(yīng)力越小，應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向越小。(2)母材強(qiáng)度越高，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的趨勢(shì)越大。從防止裂縫的角度來(lái)看。如果選擇屈服強(qiáng)度低于220MPa的鋼，開(kāi)裂的概率很低，而屈服強(qiáng)度高于320MPa的鋼焊接的液氨氣罐發(fā)生應(yīng)力腐蝕的概率很高。隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，液氨儲(chǔ)罐也越來(lái)越大。高強(qiáng)度鋼的使用越來(lái)越多，增加了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)試驗(yàn)證明，厚度為20mm的Q345R鋼板的屈服強(qiáng)度為325mpa，易開(kāi)裂。(3)應(yīng)力腐蝕環(huán)境。當(dāng)液氨受到空氣中氧氣和二氧化碳的污染時(shí)，液氨儲(chǔ)罐的應(yīng)力腐蝕加速。這是由于二氧化碳和氨反應(yīng)生成氨基甲酸銨
(4)影響鐵離子的反應(yīng)溫度。液氨儲(chǔ)罐的應(yīng)力腐蝕受貯存溫度的影響
重大影響。5℃儲(chǔ)液氨罐發(fā)生應(yīng)力腐蝕的可能性較大。主要是液氨儲(chǔ)罐的應(yīng)力腐蝕，也是電化學(xué)腐蝕過(guò)程。溫度的升高有利于腐蝕。低溫貯存使液氨中的氧含量連續(xù)蒸發(fā)和降低。但常溫下，液氨中的氧含量不會(huì)下降。
綜上所述，形成缺陷的主要原因是氨進(jìn)口緩沖板與罐體之間角焊縫原有缺陷引起的液氨應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，并受環(huán)境和溫度的影響而膨脹。

6預(yù)防措施和注意事項(xiàng)
(1)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，使用相同材質(zhì)的圓形墊板，加強(qiáng)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)。整個(gè)熱處理過(guò)程與鋼瓶在同一爐內(nèi)進(jìn)行，以避免應(yīng)力集中。
(2)嚴(yán)格按照加油過(guò)程進(jìn)行，避免頻繁加油。充填速度過(guò)快，交變應(yīng)力降低。
(3)加強(qiáng)液氨質(zhì)量管理，避免液氨罐的應(yīng)力腐蝕。