一起液氨儲罐斷裂事故分析

1、基本信息
坦克是一個液氨儲罐與產品數量的DN 10 - 205,設計壓力2.0 mpa, q16mnr,材料規范Ф3500×20毫米,最大工作壓力為1.5 mpa,設計溫度50℃,有效容積81立方米,工作介質的液氨,制造日期2009年3月,制造商青島迪安機械制造有限公司。在停機檢查更換氮氣的過程中，發現儲氣罐底部有泄漏。在氨進口緩沖板與罐體之間的角焊縫處發現裂紋，裂紋延伸至鋼瓶，并穿過鋼瓶的周向焊縫。底板的形狀與設計圖不一致。設計如下: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
三種檢驗分析:宏觀裂紋的長度最大。這是由于在開裂過程中，裂紋端部的表面沒有被撕裂。因此，磁粉探傷和滲透探傷均未發現有缺陷的磁痕。因此，我們以宏觀檢驗長度作為最終裂紋長度。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時沿ij2方向傳播
當前端到達B點時分叉(分別沿L3和K方向傳播)，L裂紋在C點分叉，最終穿過圓筒的周向焊縫。



由于儲氣罐的儲存介質為液氨，液氨對罐體有一定的腐蝕性，且在使用過程中，儲存介質沖洗頻繁，罐體應力變化大，容易產生應力腐蝕開裂。特別是當金屬硬度較高時，應力腐蝕敏感性增加。更容易引起裂紋擴展。硬度分析:焊縫接頭硬度極限低合金鋼HV(10)≤245(單值)。16MnR的屈服強度下限為345 MPa，接近標準要求的上限。角焊縫硬度為225hb，接近標準要求的上限。根據文獻，材料強度越高，耐氨性能越差。業主委托無損檢測公司對油罐內表面的所有焊縫進行100% MT檢測。結果表明，該部位除有裂縫和滲漏缺陷外，其余部位均未出現滲漏缺陷。沒有發現其他缺陷。充裝記錄表明，儲氣罐充裝頻繁，罐體應力變化較大，特別是當金屬硬度較高時，應力腐蝕敏感性增大。裂紋主要出現在焊縫區域。硬度測試表明，該區域的硬度比母材硬度高85 HB，容易引起裂紋擴展。

4、綜合分析
根據宏觀,非破壞性測試和顯微分析的故障部件,它可以確定氣體儲罐設備應力腐蝕開裂的失敗,和具體分析如下:(1)賤金屬的結構,分汽缸的焊縫和熱影響區油箱基本上是正常的,和液氨的環境。低合金鋼16MnR對應力腐蝕很敏感。(2)熔合線由于焊接組織和金相組織過熱粗晶粒區引起的應力集中和焊接殘余應力，是設備應力腐蝕開裂最敏感的區域，應盡量避免。(3)通過對裂紋形貌的分析，發現氣罐內表面的大部分裂紋來源于焊縫的熔合線。它們是縱向裂紋，在擴展過程中有分叉，具有典型的應力腐蝕裂紋特征。

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

6預防措施和注意事項
(1)嚴格按照設計要求，使用相同材質的圓形墊板，加強焊接質量檢驗。整個熱處理過程與鋼瓶在同一爐內進行，以避免應力集中。
(2)嚴格按照加油過程進行，避免頻繁加油。充填速度過快，交變應力降低。
(3)加強液氨質量管理，避免液氨罐的應力腐蝕。