一起液氨储罐断裂事故分析

1、基本信息
坦克是一个液氨储罐与产品数量的DN 10 - 205,设计压力2.0 mpa, q16mnr,材料规范Ф3500×20毫米,最大工作压力为1.5 mpa,设计温度50℃,有效容积81立方米,工作介质的液氨,制造日期2009年3月,制造商青岛迪安机械制造有限公司。在停机检查更换氮气的过程中，发现储气罐底部有泄漏。在氨进口缓冲板与罐体之间的角焊缝处发现裂纹，裂纹延伸至钢瓶，并穿过钢瓶的周向焊缝。底板的形状与设计图不一致。设计如下:①250毫米圆形底座,但250 mm×250 lnm平方底座。所述底板的角焊缝成形不良，存在夹渣、气孔等缺陷。

2、缺陷位置



3、缺陷描述
三种检验分析:宏观裂纹的长度最大。这是由于在开裂过程中，裂纹端部的表面没有被撕裂。因此，磁粉探伤和渗透探伤均未发现有缺陷的磁痕。因此，我们以宏观检验长度作为最终裂纹长度。从裂纹形貌可以推断出裂纹的大致方向:主焊缝(L1)平行于焊缝周向，并沿背板角焊缝方向传播，向后到a时沿ij2方向传播
当前端到达B点时分叉(分别沿L3和K方向传播)，L裂纹在C点分叉，最终穿过圆筒的周向焊缝。



由于储气罐的储存介质为液氨，液氨对罐体有一定的腐蚀性，且在使用过程中，储存介质冲洗频繁，罐体应力变化大，容易产生应力腐蚀开裂。特别是当金属硬度较高时，应力腐蚀敏感性增加。更容易引起裂纹扩展。硬度分析:焊缝接头硬度极限低合金钢HV(10)≤245(单值)。16MnR的屈服强度下限为345 MPa，接近标准要求的上限。角焊缝硬度为225hb，接近标准要求的上限。根据文献，材料强度越高，耐氨性能越差。业主委托无损检测公司对油罐内表面的所有焊缝进行100% MT检测。结果表明，该部位除有裂缝和渗漏缺陷外，其余部位均未出现渗漏缺陷。没有发现其他缺陷。充装记录表明，储气罐充装频繁，罐体应力变化较大，特别是当金属硬度较高时，应力腐蚀敏感性增大。裂纹主要出现在焊缝区域。硬度测试表明，该区域的硬度比母材硬度高85 HB，容易引起裂纹扩展。

4、综合分析
根据宏观,非破坏性测试和显微分析的故障部件,它可以确定气体储罐设备应力腐蚀开裂的失败,和具体分析如下:(1)贱金属的结构,分汽缸的焊缝和热影响区油箱基本上是正常的,和液氨的环境。低合金钢16MnR对应力腐蚀很敏感。(2)熔合线由于焊接组织和金相组织过热粗晶粒区引起的应力集中和焊接残余应力，是设备应力腐蚀开裂最敏感的区域，应尽量避免。(3)通过对裂纹形貌的分析，发现气罐内表面的大部分裂纹来源于焊缝的熔合线。它们是纵向裂纹，在扩展过程中有分叉，具有典型的应力腐蚀裂纹特征。

5个液氨储罐裂缝原因分析
应力腐蚀是造成液氨储罐裂纹的主要原因。造成应力腐蚀的主要原因有:(1)焊接应力集中的影响。焊接应力集中是造成液氨气罐裂纹的主要原因。实践证明，方板的焊接应力越大，应力腐蚀开裂的倾向越大;相反，圆板的焊接应力越小，应力腐蚀裂纹的倾向越小。(2)母材强度越高，应力腐蚀开裂的趋势越大。从防止裂缝的角度来看。如果选择屈服强度低于220MPa的钢，开裂的概率很低，而屈服强度高于320MPa的钢焊接的液氨气罐发生应力腐蚀的概率很高。随着工业生产的不断发展，液氨储罐也越来越大。高强度钢的使用越来越多，增加了应力腐蚀开裂的风险。经试验证明，厚度为20mm的Q345R钢板的屈服强度为325mpa，易开裂。(3)应力腐蚀环境。当液氨受到空气中氧气和二氧化碳的污染时，液氨储罐的应力腐蚀加速。这是由于二氧化碳和氨反应生成氨基甲酸铵
(4)影响铁离子的反应温度。液氨储罐的应力腐蚀受贮存温度的影响
重大影响。5℃储液氨罐发生应力腐蚀的可能性较大。主要是液氨储罐的应力腐蚀，也是电化学腐蚀过程。温度的升高有利于腐蚀。低温贮存使液氨中的氧含量连续蒸发和降低。但常温下，液氨中的氧含量不会下降。
综上所述，形成缺陷的主要原因是氨进口缓冲板与罐体之间角焊缝原有缺陷引起的液氨应力腐蚀开裂，并受环境和温度的影响而膨胀。

6预防措施和注意事项
(1)严格按照设计要求，使用相同材质的圆形垫板，加强焊接质量检验。整个热处理过程与钢瓶在同一炉内进行，以避免应力集中。
(2)严格按照加油过程进行，避免频繁加油。充填速度过快，交变应力降低。
(3)加强液氨质量管理，避免液氨罐的应力腐蚀。