摘要：压力容器是一种能够承受压力的密闭设备，它广泛应用在工业、民用等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用，其中以在化学工业与石油化学工业中使用最多，压力容器一旦发生爆炸或泄漏，往往并发火灾、中毒、污染环境等灾难性事故，因此必须加强压力容器安全管理。压力容器的定期检验是安全管理的重要环节，定期检验就是按照一定的时间周期，在压力容器停机时对它的安全状况所进行的符合性验证活动。在用压力容器检验过程中，经常会发现各种缺陷，而裂纹是压力容器中最危险的一种缺陷，它是导致容器发生脆性破坏的因素，同时又会促进疲劳破裂和腐蚀破裂的产生。
关键词：压力容器；检验；裂纹
1 凝缩油压送罐的基本情况及湿硫化氢环境的定义
该设备于2011年4月制造并于2011年10月30日投入某炼油催化裂化装置使用，容器内径1600mm，容积8.11m3，设计压力1.9MPa，设计温度140℃，使用压力不大于1.7MPa，使用温度不大于40℃，介质为凝缩油（含湿H2S）。主体结构为单层焊接，筒体和封头材质均为Q245R，筒体壁厚18mm，封头壁厚20mm，总长4300mm，长期使用。结构如下图：
湿硫化氢环境的定义：化工部 HG20581-1998《钢制化工容器材料选用规定》定义。（“当H2S与液相水或含水少流共存时，就形成了湿H2S腐蚀环境。”）当化工容器接角的介质同时符合下列条件时，即为湿H2S应力腐蚀环境：1、温度小于等于（60+2P）℃；P为压力，Mpa（表）2、H2S分压大于等于0.00035 Mpa，即相当于常温在水中的H2S溶解度大于等于10*10-6；3、介质中含有液相水或在水的露点温度以下；4、PH<9或有氰化物存在。
2 凝缩油压送罐检验方案及发现的问题
该设备属湿硫化氢破坏工况且材质为碳钢，内表面易发生氢鼓包（HB）、氢致开裂（HIC）、应力导向氢致开裂（SOHIC）和硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）等；外表面易发生大气腐蚀。依据基于风险的检验方法和专业的检验软件分析，该设备风险为中等风险（风险即为容器失效可能性和失效后果的组合变量）。针对以上情况，凝缩油压送罐检验方案中对内外部表面可见部位进行宏观检查（外壁有保温），内部对整台容器进行超声波测厚；对接焊缝进行60%磁粉检测抽查并对可检接管100%检测；对接焊缝60%超声波检测；如发现氢鼓包，对其附近区域进行60%纵波和K1探头横波超声检测，检查分层和氢致开裂；对焊缝、热影响区、及母材进行硬度抽查。检验中，用10倍放大镜检查内表面有轻微肉眼可见腐蚀，内表面磁粉检测时发现西侧筒体和封头对接焊缝和热影响区（母材）有5处裂纹，裂纹最长一处500mm（参照16MnR钢球罐在湿H2S环境中发生的SSCC的图例），凝缩油压送罐内部裂纹为硫化物应力腐蚀开裂。
16MnR钢球罐在湿H2S环境中发生的SSCC 示例
3 硫化物应力腐蚀开裂机理及及凝缩油压送罐裂纹原因分析
SSCC机理及形式
硫化氢在液相水中，由于电化学的作用，在阴极反应时生成氢原子渗透到钢的内部，溶解于晶格中，导致脆性增加（氢原子渗透到钢的内部晶格，在亲和力的作用下生成氢分子，钢材晶格发生变形，材料韧性下降，脆性增加），在外加拉应力或残余应力的作用下形成开裂。
• 特征：沿晶或穿晶，成树枝状。如下图
原因分析：1.焊接后没有进行热处理。2.溶液中溶解的硫化氢浓度有时大于50×10-6时湿硫化氢破坏容易发生。3.操作工艺不当。
4 缺陷处理
当发现压力容器有裂纹缺陷时，首先应根据裂纹所在部位、数量、大小、分布情况及容器的工作条件等分析裂纹产生的原因，然后再根据缺陷的严重程度和容器的具体情况确定处理方法。根据TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》的规定，压力容器内、外表面不允许有裂纹。如果有裂纹，应当打磨消除，打磨后形成的凹坑在允许范围内不需补焊的，不影响定级；否则，可以补焊或者进行应力分析，经过补焊合格或者应力分析结果表明不影响安全使用的，可以定为2级或者3级。如果需要进行焊接修理，须找有资质的单位进行修理，修理过程应符合制造、验收标准及相关国家法规要求。重大维修前，维修单位应当向压力容器使用登记机关书面告知，重大维修方案应当经原设计单位或者具备相应资格的设计单位同意，重大维修的施工过程，必须经过具有相应资格的特种设备检验检测机构进行监督检验。压力容器焊接修理时，挖补以及焊后热处理，应当参照相应的设计制造标准制订施工方案，经技术负责人批准；经无损检测确认裂纹完全清除后，方可进行焊接，焊接完成后应当再次进行无损检测；母材补焊后，应当打磨至与母材平齐。找最严重的250mm区域进行打磨，打磨深度为8mm，考虑检修期间时间紧及现场检修条件，经建设单位主管领导协商，对该设备进行更换。
5 湿硫化氢环境的设计要求 n
碳素钢或低合金钢制设备应符合下列要求：所使用的材料应是镇静钢；材料的使用状态应是热扎（仅限于碳素钢）、退火、正火、正火+回火或调质状态；Ø
材料的碳当量CE应不大于0.43 CE = C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15；Ø
冷成形加工的碳素钢或低合金钢制设备，当冷变形量大于5％时，成形后应进行消除应力热处理，且其硬度应不大于HB200。
6 其他减缓湿硫化氢腐蚀的措施 Ø
采用不锈钢复合板；Ø
表面非金属涂料；Ø
注水洗涤；Ø
注入聚硫化铵缓蚀剂（[NH4]2Sx）可转换氰化物成无害的硫氰酸盐；控制HCN<20PPM。注入量为中和HCN量的1.5倍；Ø
避免金属受到变形、弯曲、冷作加工和喷丸处理；
结语
综上所述，压力容器在工业生产中应用比较广泛，其安全性是非常重要的。在生产的过程中，企业要对其进行严格的检修与控制，及时发现并解决容器裂纹问题，从而保证压力容器正常运行，避免影响生产工作的正常进行，给企业造成损失。
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[8] RBI检验策略（电子文件）中国特种设备检验检测院
[9] 失效案例分析（电子文件）合肥通用机械研究所
论文作者:陈鹏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/10
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