液化石油气储罐失效分析与预防

液化石油气储罐失效分析与预防

臧磊

中石油昆仑燃气有限公司液化气华南分公司广东珠海519000

摘要：液化石油是当今社会普遍的应用燃料。在我国液化石油气储罐保有量大，使用时间较长，大部分使用时间超过20年，且容积较大，多为几十至上百立方。一般在贮罐的底部有腐蚀，壳体母材区、焊缝内部和热影响区常有裂纹，一旦出现腐蚀及裂纹将非常危险。本文就液化石油气储罐失效分析与预防展开探讨。

关键词：液化石油气储罐；开裂预防措施

引言

我国的液化石油气储罐数量多、分布广，如果不及时地发现这样的问题和缺陷，一旦发生破坏事故，后果不堪设想。所以，要及时检验，及时发现问题，确保设备的安全运行，保护人民的生命和财产的安全。

1失效原因分析

贮罐裂纹的产生及扩展原因很复杂。由于卧式贮罐在承载时应力分布不均匀；贮罐内贮存的液化石油气中的H2S含量超出规定的几倍到几十倍，在使用中不注意排残和排污，致使贮罐底部H2S含量高达800～1200ppm。贮罐的使用情况也较特殊，使用压力随介质温度的变化而变化。因此，容易造成典型的腐蚀，裂纹的产生需要在一定的力学因素，腐蚀介质存在的环境因素以及贮罐金属对裂纹敏感因素等条件下而造成扩展。

1.1应力条件

容器承受的拉应力主要有两部分组成，一部分是容器运行时的承载应力，另一部分是制造过程留下的残余应力。残余应力主要包括焊接产生的、金属冷加工变形产生的和结构设计不合理产生的。焊缝及热影响区部位的残余应力主要是焊接产生的残余应力。发生应力腐蚀的一项必要条件是承受一定的拉应力作用，而残余应力是主要的拉应力来源。当容器所受的拉伸应力超过临界应力且环境条件也符合时就可能会发生应力腐蚀开裂现象。

1.2H2S的腐蚀物对液化石油气贮罐应力腐蚀开裂的影响

（1）H2S的含量对腐蚀开裂的影响。存在H2S介质的环境中，如果其含量越高，出现的腐蚀就越严重，特别是在有杂质时会更加突出。在H2S含量较高的环境中，贮罐金属材料的表面氧化膜与H2S接触时，其材料的氧化膜会被破坏，腐蚀介质和金属材料在电化学的作用下产生了局部腐蚀，会很快发展为大面积的均匀腐蚀，与此同时会引起贮罐的腐蚀裂纹进一步扩展而产生失效。（2）周围环境温度的改变对腐蚀裂纹的影响。金属材料在H2S含量较大的气氛中存在时，因为吸收了氢而致其变脆，有时也会在硫的作用下使氢变得活跃而形成坑状不均匀腐蚀和较大的均匀腐蚀，同时可能出现较多的微裂纹，这些与温度及环境的变化有较大关系。温度是化学腐蚀的重要因素，实践证明，温度每升高10℃，腐蚀的速度会增加数倍。所以对于液化石油气贮罐在室外时，朝阳面和朝阴面的日照温度不同，金属材料的内部腐蚀的程度也是不同的。在大约30℃时的温度下，低合金钢在H2S的环境下腐蚀最恶劣，它的腐蚀速度会显著增加。（3）晶间的氢原子对应力腐蚀开裂的影响。H2S造成金属材料腐蚀开裂的根本原因是经过大量数据说明的。其在潮湿的环境中，在H2S的作用下，会促使氢的吸附。因此，在金属材料的表面，对于腐蚀反应而生成的原子氢，反应的方程式为：H2S＋Fe—FeS＋2[H]依据以上化学反应式可以得出，在液化石油气储罐中，H2S与水越多，它的反应将会越剧烈，所产生的原子氢也就越集中。因此在液化石油气储罐中含有较多的H2S，且有水分的存在，这是液化石油气贮罐在运行中最恶劣环境，也是造成氢致开裂的重要原因。因为这个原因的存在，液化石油气贮罐材料的硬度与强度需进行仔细的考量，需择优选用LPG贮罐的金属用材。

2液化石油气储罐火灾的特征

如果在液化石油气储罐的周围发生了火灾，液化石油气储罐内的液化石油气温度与压力会急剧升高，液化石油气储罐的罐壁强度会迅速下降，当在一定程度的条件下，液化石油气储罐便发生了破裂现象与爆炸事故。当液化石油气储罐破裂或爆炸时，会引起石油气的沸腾液体发生膨胀，膨胀的蒸汽爆炸时将引起强烈的热辐射与冲击波，还会抛出大量的容器碎片，这些物质会对液化石油气储罐的周围人员、设备及建筑物等造成巨大破坏。因此，在设计液化石油气储罐时，要充分考虑火灾对其产生的影响，进行合理且有效的防范火灾的保护设施，预防液化石油气储罐爆炸，并减少生命财产的损失是非常必要的。

3改进措施与对策

液化石油气贮罐的应力腐蚀开裂失效是一种力学、环境破坏过程，贮罐在运行中，持久拉伸应力与化学侵蚀作用使金属产生裂纹并使其扩展。从分析中得知应力腐蚀开裂是由拉伸应力和特定的腐蚀环境的综合作用产生的，产生断裂失效的时间比应力和腐蚀性环境单独的作用或二者简单地叠加所需的时间要短。应力腐蚀开裂引起的失效常常是因为化学环境及远低于金属的屈服强度的拉应力同时作用下造成的，在这种情况下，细小的裂纹向金属材料里伸展，而表面仅呈现出模糊不清的均匀的腐蚀迹象，因此，不可能有破坏迹象的宏观标志。当LPG中含有大量H2S时，其在拉应力的促使下，在液化石油气贮罐正常运行中可能会造成失稳而破坏，造成灾难性事故。为防止液化石油气中的H2S造成贮罐的应力腐蚀开裂失效，我们应在贮罐的设计与制造上、LPG的生产工艺上、充装的工艺上、相应的储运上、管理操作上和检验方面采取一些必要的措施与对策：（1）为防止液化石油气储罐中的H2S超标，相关生产单位应按质量标准规定，坚决采用新的脱水与脱硫工艺，尽量减少液化石油气中H2S的含量与浓度；（2）相应的设计单位在设计液化石油气储罐时，应当采用合理的结构，尽量避免在应力较高的区域开孔和布置纵向的焊缝，用以防止开孔处的应力集中与焊接的残余应力；（3）对于大型卧式贮罐制造加工后，应采用整体热处理措施，在保证焊缝和母材消氢热处理的同时，消除焊后残余应力；（4）液化石油气的供应及充装单位应当规范管理，需做到排污装置及系统完善与完好，并在定期对液化石油气储罐进行排污，以减少储罐中残液的H2S含量与浓度；（5）相应的贮运LPG的贮罐且H2S的含量与浓度较高时，需按照相关规定，做到定期地进行开罐检验工作，及时地发现相关的问题，以防止H2S所产生的应力腐蚀开裂。

结语

储罐失效的主要形式就是应力腐蚀。防范应力腐蚀发生应当从腐蚀机理出发，防止应力和腐蚀环境这两个条件同时存在。同时还应当加强对液化石油气储罐的管理和定期检验工作。我国的液化石油气储罐数量多、分布广，如果不及时地发现这样的问题和缺陷，一旦发生破坏事故，后果不堪设想。所以，要及时检验，及时发现问题，确保设备的安全运行，保护人民的生命和财产的安全。

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