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摘要：在相同容积的前提下,球罐与其它形状的压力容器相比,具有几何尺寸小、材料用量少、受力状态好等优点,因而在工业中得到广泛使用。由于球罐成型和组装难度大、残余应力高、对介质环境苛刻等特点,质量难于保证。笔者通过对江苏新海石化有限公司2000m3丙烯球罐首次全面定期检验中发现的缺陷分析,对球罐主要缺陷及其产生的条件和机理,从制造工艺控制、运行中有害介质的控制及水压试验等方面,论述了球罐质量控制措施、主要危害缺陷的预防方法。
关键词:球罐；质量控制；检验
中图分类号：O213.1 文献标识码：A 文章编号：
1丙烯球罐概况
该球罐由海工英派尔工程有限公司2009年08月设计制造,主要参数为:内径15700mm, 罐壁厚度58mm,由54块Q345R热扎钢板焊接而成，焊缝坡口型式为对称X,双面手工焊,焊缝系数0.85,设计压力2.16MPa,最高工作压力2.0MPa。2010年5月在现场组装竣工,2010年11月正式投入使用，2012年8月进行首次全面检验。
检验方案及主要项目包括:外观检查(包括球体内、外表面腐蚀和机械损伤情况,几何形状缺陷,焊缝的错边量及棱角度的检查),无损检测(包括对所有对接焊缝内表面进行超声波100%探伤，内、外表面100%磁粉探伤)和气压试验。检验目的包括：对原有制造缺陷情况进行监控,对运行后新生缺陷检查处理。
检验人员在进行内部焊缝100%磁粉检测时发现主要问题有：11号纵焊缝两侧长度为80mm、100mm的缺陷磁痕显示各一条，且垂直于纵焊缝。现场打磨后经磁粉检测，未见缺陷磁痕。
2缺陷產生原因及危害性分析
2.1制造过程中的缺陷。主要表现在：未焊透、夹渣、气孔等焊接缺陷。国内大量检验资料表明:气孔、夹渣一般没有扩展迹象,危害性相对较小,可不做返修。层间未熔合、未焊透部位因其通常情况下不会与使用介质直接接触,只要在使用过程中没有发生表面明显变化也可不做返修。
2.2使用过程中形成的缺陷。球罐在运行中同时存在着应力集中和腐蚀，因长期应力、腐蚀作用而导致在用脆性裂纹。此类缺陷常见为表面裂纹，其主要在新的运行周期中产生,也是影响球罐安全的主要危害性缺陷。从裂纹的分布情况看,球罐内面裂纹多、外表面裂纹少，焊缝接头上多、母材上裂纹少，表面裂纹多、埋藏裂纹少。本次检测的球罐中因储存物为丙烯等,其分子中含有的氢原子可以渗透到球罐内表面构成脆化层,使罐体材料的塑性降低,在脉动载荷作用下产生应变开裂,从而形成在用脆性裂纹。另外,焊接接头的组织不均匀、晶粒比较粗大、偏析严重,柱状晶粒又具有方向性,其组织比轧制母材疏松、表面粗糙、熔合区硬度高，同时，焊缝错边量和棱角度过大产生的附加弯曲应力及焊接残余应力也对缺陷形成产生助推作用。因此，在用脆性裂纹在焊接接头区发生比较多，而内表面又与介质接触,所以在用脆性裂纹多发生在内表面。
2.3 缺陷引起的危害性分析。球罐内部的表面裂纹会造成内表面几何尺寸的突变，造成应力集中；同时给氢原子的渗透提供了条件，会加剧脆化层的形成，进而使裂纹扩大加深，最终导致渗漏。一旦球罐发生渗漏，会使球罐内压力下降，球罐不能正常保压工作。球罐内一般储存易燃易爆液化气体，一旦气体外溢至大气，会使大气内易燃气体达到爆炸极限，会给人民的生命财产安全带来更大的危害。
3 球罐质量控制的措施与方法
球罐质量的控制内容应包括影响质量的参量与产生脆性破坏两方面,即分为投产前(制造)和投产后(运行)两个阶段。
3.1投产前的质量控制
主要是严格控制制造工艺,尽量提高工艺试验可靠性,保证组焊工艺合理性及措施的科学性,使焊接接头质量得到尽可能大的保障。控制球体的几何尺寸,降低焊缝错边量和棱角度,减少未焊透、夹渣、气孔等工艺性缺陷,尤其是冷裂纹和延迟裂纹危害极大,在水压试验后如发现裂纹应立即进行修复。控制焊工的资质，要由具备相应资质等级的焊工进行焊接，其持证项目、有效期要与所施焊的项目、施工时间相符。做好出厂或使用前的检查、检验。
3.2 投产后的质量控制
主要是严格控制应力腐蚀和在用脆性裂纹，其主要措施是：降低球罐的结构应力；当不能进行整体热处理时,也应采取局部热处理,消除残余应力,这也是解决在用脆性裂纹的一个有效方法；焊缝区域喷涂防腐剂,可以有效地控制脆化层的产生，是对质量控制的补充保证措施；定期对球罐进行开罐检验，是使用过程中发现和消除隐患最直接而行之有效的方法。新球罐在使用一年后,应开罐做第一次检查,以便对设计、制造、防腐以及球罐的使用安全性、可靠性进行确认。在完成第一次检验后,以后每三年应进行一次开罐检查,并重点对原有的缺陷在运行中是否有扩展变化和表面焊接进行项目查验,当存在补焊及处理缺陷时,使用一年后要开罐检查返修效果,以便对返修工艺作出正确评定；返修补焊时，要对施工单位、施工人员的资质进行严格审查，对返修工艺进行严格控制，切不可随意在罐内动火；严格控制开罐检验中水压试验压力,试验压力一定要根据设计及实际操作使用时的压力来确定。由于运行中的球罐内部存在脆化层,过高地追求水压试验的压力会使球罐试压产生应变开裂,对此不可大意。水压试验压力由下式计算确定:PT=1.25P1[R]/[R]t（式中 PT试验压力,MPa; P1球罐实际操作压力,MPa; [R]球壳材料在试验温度下的许用应力,MPa; [R]t球壳材料在设计温度下的许用应力,Mpa）。
4 结束语
球罐制造时的质量控制，是保证使用安全的前提,合理的使用对延长和提高容器的使用寿命至关重要，定期的检测是及时发现存在问题、消除不良隐患、保证安全使用的重要手段之一，因此，要结合起来并贯穿制造、安装和运行管理工作中多方面的因素。从安全角度来看,投产后的球罐质量控制,责任更重,控制难度也大,在实际工作中应根据球罐制造水平、不同安全状况等级、不同工况,从实际出发,全面分析安全质量控制因素,完善管理措施,以保证达到所要求的安全、质量控制水平。
关键词:球罐；质量控制；检验
中图分类号：O213.1 文献标识码：A 文章编号：
1丙烯球罐概况
该球罐由海工英派尔工程有限公司2009年08月设计制造,主要参数为:内径15700mm, 罐壁厚度58mm,由54块Q345R热扎钢板焊接而成，焊缝坡口型式为对称X,双面手工焊,焊缝系数0.85,设计压力2.16MPa,最高工作压力2.0MPa。2010年5月在现场组装竣工,2010年11月正式投入使用，2012年8月进行首次全面检验。
检验方案及主要项目包括:外观检查(包括球体内、外表面腐蚀和机械损伤情况,几何形状缺陷,焊缝的错边量及棱角度的检查),无损检测(包括对所有对接焊缝内表面进行超声波100%探伤，内、外表面100%磁粉探伤)和气压试验。检验目的包括：对原有制造缺陷情况进行监控,对运行后新生缺陷检查处理。
检验人员在进行内部焊缝100%磁粉检测时发现主要问题有：11号纵焊缝两侧长度为80mm、100mm的缺陷磁痕显示各一条，且垂直于纵焊缝。现场打磨后经磁粉检测，未见缺陷磁痕。
2缺陷產生原因及危害性分析
2.1制造过程中的缺陷。主要表现在：未焊透、夹渣、气孔等焊接缺陷。国内大量检验资料表明:气孔、夹渣一般没有扩展迹象,危害性相对较小,可不做返修。层间未熔合、未焊透部位因其通常情况下不会与使用介质直接接触,只要在使用过程中没有发生表面明显变化也可不做返修。
2.2使用过程中形成的缺陷。球罐在运行中同时存在着应力集中和腐蚀，因长期应力、腐蚀作用而导致在用脆性裂纹。此类缺陷常见为表面裂纹，其主要在新的运行周期中产生,也是影响球罐安全的主要危害性缺陷。从裂纹的分布情况看,球罐内面裂纹多、外表面裂纹少，焊缝接头上多、母材上裂纹少，表面裂纹多、埋藏裂纹少。本次检测的球罐中因储存物为丙烯等,其分子中含有的氢原子可以渗透到球罐内表面构成脆化层,使罐体材料的塑性降低,在脉动载荷作用下产生应变开裂,从而形成在用脆性裂纹。另外,焊接接头的组织不均匀、晶粒比较粗大、偏析严重,柱状晶粒又具有方向性,其组织比轧制母材疏松、表面粗糙、熔合区硬度高，同时，焊缝错边量和棱角度过大产生的附加弯曲应力及焊接残余应力也对缺陷形成产生助推作用。因此，在用脆性裂纹在焊接接头区发生比较多，而内表面又与介质接触,所以在用脆性裂纹多发生在内表面。
2.3 缺陷引起的危害性分析。球罐内部的表面裂纹会造成内表面几何尺寸的突变，造成应力集中；同时给氢原子的渗透提供了条件，会加剧脆化层的形成，进而使裂纹扩大加深，最终导致渗漏。一旦球罐发生渗漏，会使球罐内压力下降，球罐不能正常保压工作。球罐内一般储存易燃易爆液化气体，一旦气体外溢至大气，会使大气内易燃气体达到爆炸极限，会给人民的生命财产安全带来更大的危害。
3 球罐质量控制的措施与方法
球罐质量的控制内容应包括影响质量的参量与产生脆性破坏两方面,即分为投产前(制造)和投产后(运行)两个阶段。
3.1投产前的质量控制
主要是严格控制制造工艺,尽量提高工艺试验可靠性,保证组焊工艺合理性及措施的科学性,使焊接接头质量得到尽可能大的保障。控制球体的几何尺寸,降低焊缝错边量和棱角度,减少未焊透、夹渣、气孔等工艺性缺陷,尤其是冷裂纹和延迟裂纹危害极大,在水压试验后如发现裂纹应立即进行修复。控制焊工的资质，要由具备相应资质等级的焊工进行焊接，其持证项目、有效期要与所施焊的项目、施工时间相符。做好出厂或使用前的检查、检验。
3.2 投产后的质量控制
主要是严格控制应力腐蚀和在用脆性裂纹，其主要措施是：降低球罐的结构应力；当不能进行整体热处理时,也应采取局部热处理,消除残余应力,这也是解决在用脆性裂纹的一个有效方法；焊缝区域喷涂防腐剂,可以有效地控制脆化层的产生，是对质量控制的补充保证措施；定期对球罐进行开罐检验，是使用过程中发现和消除隐患最直接而行之有效的方法。新球罐在使用一年后,应开罐做第一次检查,以便对设计、制造、防腐以及球罐的使用安全性、可靠性进行确认。在完成第一次检验后,以后每三年应进行一次开罐检查,并重点对原有的缺陷在运行中是否有扩展变化和表面焊接进行项目查验,当存在补焊及处理缺陷时,使用一年后要开罐检查返修效果,以便对返修工艺作出正确评定；返修补焊时，要对施工单位、施工人员的资质进行严格审查，对返修工艺进行严格控制，切不可随意在罐内动火；严格控制开罐检验中水压试验压力,试验压力一定要根据设计及实际操作使用时的压力来确定。由于运行中的球罐内部存在脆化层,过高地追求水压试验的压力会使球罐试压产生应变开裂,对此不可大意。水压试验压力由下式计算确定:PT=1.25P1[R]/[R]t（式中 PT试验压力,MPa; P1球罐实际操作压力,MPa; [R]球壳材料在试验温度下的许用应力,MPa; [R]t球壳材料在设计温度下的许用应力,Mpa）。
4 结束语
球罐制造时的质量控制，是保证使用安全的前提,合理的使用对延长和提高容器的使用寿命至关重要，定期的检测是及时发现存在问题、消除不良隐患、保证安全使用的重要手段之一，因此，要结合起来并贯穿制造、安装和运行管理工作中多方面的因素。从安全角度来看,投产后的球罐质量控制,责任更重,控制难度也大,在实际工作中应根据球罐制造水平、不同安全状况等级、不同工况,从实际出发,全面分析安全质量控制因素,完善管理措施,以保证达到所要求的安全、质量控制水平。