摘要：本文对12台3000m3丙烯球罐的首次开罐检验进行首次开罐检验情况, 通过对检验方案、过程以及检验结果的分析，特别是缺陷分布情况及特点的统计和思考，得出制造安装和运行工艺对球罐安全状态的影响程度，大型丙烯球罐在选材时应选择具有较好断裂韧性的高强钢，在安装时采取合适的工艺以确保球罐在运行中保持较好的几何形状。
关键词：丙烯球罐 开罐检验 缺陷统计 返修
1 简介
位于张家港保税区长江北路的东华能源张家港生产基地是华东地区最大的丙烯和聚丙烯生产基地，拥有1套66万吨/年的丙烷脱氢（PDH）装置（UOPOleflex工艺）和1套40万吨/年的聚丙烯（PP）装置（GRACE的Unipol工艺）。其中丙烷脱氢装置中有12台3000m3的丙烯球罐，是张家港地区球罐数量最多的化工，该批设备设计、制造安装单位均为张家港圣汇气体化工装备有限公司，于2015年01月投入使用。根据TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求，该批球罐于2018年01月到期检验。
2 检验内容和要求
2.1检验的人员组织和检验设备情况
2.1.1人员组织情况
江苏省特种设备安全监督检验研究院张家港分院设立东华能源球罐检验项目组，下设检验组和无损检测组两个子小组，根据检验方案中各项目的要求开展工作。东华能源张家港生产基地成立球罐辅检项目组，组织生产部、设备部、安环部和专人进行协调、配合及设备清洗置换、检验检测平台搭设、检验检测部位表面打磨处理、气密性试验等辅助工作。
2.1.2检验设备及工具情况
根据检验需要可能会配备以下仪器设备：
（1）几何测量用具：150mm钢卷尺，1500mm钢板尺，游标卡尺、各种样板尺、焊口检测器
（2）无损检测机具：超声波测厚仪, 里氏硬度计, 多用旋转磁场探伤机, 数字化超声波探伤仪
（3）其他辅助用具：放大镜、手电筒
（4）气密试验设备：2-49H-6.0/40型空气压缩机、油气分离器、压缩空气管道
2.2检验程序
（1）检验前准备工作
资料审查→制定检验方案→球罐泄压→球罐隔离置换→球罐开罐→球罐清洗→现场勘察→搭设脚手架→球壳板编号→焊缝表面清理打磨→绘制排版图
（2）检验工作
宏观检查→壁厚检测→硬度检测→磁粉检查→超声检查→无损检测发现的超标缺陷处理→强度校核→耐压试验（视检验情况定）→沉降量检测（耐压试验时进行）→安全附件检查→气密性试验
（3）其他工作
球罐防腐→拆除脚手架→安装安全附件→置换恢复
2.3检验项目和内容
2.3.1宏观检查
对球罐内外表面A、B类对接焊缝、人孔和接管与球壳板的连接部位及所有的角接部位、球罐支柱及接管法兰进行了外观检查。安装定位块部位的检查。对主螺栓应逐个清洗，检查其损伤和裂纹情况，必要时应进行无损检测，重点检查螺纹及过渡部位有无环向裂纹。
2.3.2壁厚检测
每台丙烯球罐由54块球壳板组成，根据检验方案，在每块球壳板的四周边缘以及中心位置选取12个点进行测厚。
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图1：上下极球壳板测厚示意图
2.3.3硬度检测
对球罐焊缝部位（包括两侧的母材及热影响区）做硬度抽查，每条焊缝抽查一个部位，分别为母材、热影响区、焊缝，抽查的每个部位测定不少于3次，取其平均值。
2.3.4焊缝表面无损检测
表面无损检测采用磁粉检测，对支柱角焊缝、罐体内外表面全部对接焊缝及接管角焊缝、内外表面定位块、接管座对接焊缝进行磁粉检测。
2.3.5埋藏缺陷检测
焊缝埋藏缺陷检测采用超声波检测，对罐体对接焊缝双面双侧进行100%的超声波检测。
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图2：球罐焊缝布置图和编号
2.3.6安全附件检查
检查安全阀、温度表、压力表的校验标记和有效的校验报告
2.3.7气密性试验
采用空压机将压缩空气压入球罐, 直至达到球罐的气密性试验压力，并保压 30min，检验容器及连接部位的法兰密封面有无泄漏及异常现象。
3 检验结果
（1）通过目视外观检查和对口错边量、棱角度、焊缝余高及咬边等几何尺寸的实际测量，测量结果都在允许范围内，12台球罐具有较好的几何形状。未发现泄漏、鼓包、变形、机械接触损伤情况。
（2）对54块球壳板内部进行壁厚测定，每台球罐实测点数624个，发现各球壳板的壁厚大部分超过名义壁厚0.5~1.0mm，原因是球壳板制造单位在采购钢板时充分考虑了机械加工中对壁厚减薄的影响，在保证腐蚀余度1.5mm的基础上, 增加了机械加工的减薄量所需的厚度。有部分位置的壁厚少于名义壁厚，壁厚减薄量在0.3~0.7mm之间，在壁厚的腐蚀裕量范围之内，壁厚测定结果不影响定级。
（3）在对球罐内外表面焊缝进行磁粉检测时，每台球罐都在焊缝处发现表面裂纹，其中最多的检出66条裂纹，最少的检出5条裂纹，12台球罐总共发现表面裂纹354条。从裂纹的分布上看，80%的裂纹分布在中环上，且都在焊缝的热影响区附近, 打磨发现都较浅, 除去后再进行检测未再出现裂纹。从裂纹的方向上看，95%的裂纹是平行于焊缝的横向裂纹，裂纹长度集中在5mm~20mm之间，且存在发生连续性裂纹的现象。在发现的纵向裂纹中，裂纹长度集中在5mm左右。
（4）在对支柱、接管角焊缝进行磁粉检测时，共在4台球罐发现了11条裂纹，有2台球罐在支柱角焊缝上发现表面裂纹，其中7#球罐在6个支柱上均发现了裂纹，裂纹最长的有20mm。有3台球罐在液位计、温度计的接管处发现了4处裂纹，这些裂纹均为接管根部整圈裂纹。
（5）通过对12台球罐的焊缝、热影响区及热影响区附近的母材进行双面双侧的超声检测后，未发现埋藏缺陷显示。对球罐内部焊缝进行硬度检测，检测结果未见异常。
（6）对所有的安全阀、压力表等安全附件的检验标志和检验报告进行现场查看和审核,检验合格标志完好、校验报告均在有效期内。同时对球罐按照允许使用压力1.80MPa进行了气密性试验, 未发现泄漏及异常现象。
（7）在1#、3#、4#、5#、6#、7#、8#球罐上共发现25条裂纹，这些裂纹打磨后形成的凹坑经过计算均为不允许存在。原制造单位对以上缺陷进行了返修，返修过程经过监督检验。返修结束后，以上7台球罐进行了工作压力1.25倍的耐压试验。
表1 球罐检验结果
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4 检验结果分析与结论
（1）通过首次检验的结果可以看出,12台球罐组装后保持了较好的几何形状, 焊缝表面成形质量较好，错边量、棱角度、咬边及焊缝余高都未发现明显异常。由于在球罐焊接施工后,对支柱进行了较好的调整，支柱的垂直度总体控制的也比较好。球罐结构形式比较先进, 上下温带板各20块, 通过增大单片温带板的几何尺寸, 减少了温带板的数量, 相应缩短了球罐的整体焊缝长度。因此, 球罐的整体应力比较小, 安全性较高。
（2）本次检验对焊缝内外表面进行了100%的磁粉检测和超声检测，均发现了裂纹缺陷，且有7台球罐的表面裂纹数量在20条以上，呈裂纹多发性状态。这些裂纹存在的原因可能是该球罐属低温高强度钢容器，球壳板材料为Q370R，在高强容器中冷裂纹的延迟特性尤为突出，其形成原因主要有三要素：淬硬组织、高的含氢量和一定的应力。由于球罐内介质为丙烯，丙烯是丙烷脱氢的产品，因此球罐内必定存在一定的氢存量，而氢是激发冷裂纹最活跃的因素。
（3）针对80%的裂纹出现在中环的现象，经查询竣工资料，发现该条中环是最后一条合拢缝，在组焊过程中容易发生强力组装，不排除野蛮施工的可能性，因此在本次检验中中环发生的裂纹最多。
（4）在1#、3#、7#、8#球罐的支柱及液位计和温度计接管口根部角焊缝发现的裂纹都存在裂纹深度深，长度长的特点，尤其是液位计及温度计接管的根部角焊缝，以整圈裂纹的形式发生，通过现场观察并参考了这几台球罐的运行记录，考虑有两个主要原因，一是液位计管自上而下贯穿整个球罐，且底部固定支座没有起到良好的支撑和横向导向功能；二是发生裂纹的球罐使用频繁，液位波动较大，工况变化复杂，导致球罐出现时满时浅现象，球罐整体重量的频繁变化对支柱产生一定的影响。
参考文献：
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