一起LNG储罐泄露原因分析

一起ＬＮＧ储罐泄露原因分析
姜　波１，
苗东升２，刘　岗１（１．内蒙古锅炉压力容器检验研究院，内蒙古呼和浩特　０１００２０；
２．内蒙古伊泰煤制油股份有限公司，内蒙古鄂尔多斯　０１７０００
） 摘　要：
随着社会经济的发展，天然气作为清洁能源越来越受到青睐。

ＬＮＧ是液化天然气的简称，常压下将天然气冷冻到－１６２℃左右，可使其变为液体即液化天然气（Ｌ
ＮＧ），其液态体积约为气态体积的ｌ／６
２０，其储运是由低温绝热储运容器实现的。

ＬＮＧ在储存过程中的安全性也备受关注，其储罐一旦发生泄漏，将可能导致喷着火、爆炸等事故，会对周围的环境、人员、设备等造成极大危害。

本文通过
对一起ＬＮＧ储罐开裂导致泄露进行原因分析，
为同类设备的制造、维护提供参考。

关键词：Ｌ
ＮＧ；低温储罐；开裂；泄露；分析 中图分类号：
ＴＥ８８１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１８）０４—００５３—０２１　设备总体情况
２
０１６年９月５日，内蒙古某地一天然气公司发生ＬＮＧ储罐泄露，
企业采取停运及倒罐措施等应急措施。

企业用来储存ＬＮＧ的为Ａ、Ｂ两子母罐，每个母罐内置１０个子罐。

子罐为工作罐，１
０个子罐之间填充珠光砂用以隔绝外部热源。

通过对
Ｌ
ＮＧ储罐Ｂ罐查看，Ｂ罐内１０个子罐下封头直边处均不同程度存在贯穿性裂纹，裂纹始于下封头与筒体连接Ｂ类焊接接头热影响区，垂直于焊缝，并沿直边轴向向下开裂，见部分现场照片图
：
２　随机资料审查情况
经审查子罐质量证明文件发现，子罐设计依据
为《压力容器安全技术监察规程》９
９版、《钢制压力容器》Ｇ
Ｂ１５０－１９９８，制造依据《固定式压力容器安全技术监察规程》２
００９版，使用单位提供的资料中未见子罐制造的质量计划。

子罐制造（包括封头制造）单位为四川某企业，
封头及筒体设计材质均为０Ｃｒ１８Ｎｉ９奥氏体不锈钢，制造过程中下段筒体材质变更为３０４奥氏体不锈钢；０
Ｃｒ１８Ｎｉ９奥氏体不锈钢由山西太钢制造，供货状态为固溶酸洗，经材质资料审查未见不符项。

审查无损检测报告发现，封头拼接焊缝经ＲＴ探伤后有多处裂纹，集中体现在下封头与筒体对接接头封头侧，裂纹处最大返修次数为２次，对Ｂ２～Ｂ１０子罐裂纹发生位置及长度进行统计如上表。

本批储罐采用等离子焊接，焊接工艺满足焊接要求。

３　检验与试验
从奥氏体不锈钢材料制造角度考虑，封头冷成型工序控制不好，会发生加工硬化、马氏体相变，导致奥氏体不锈钢材料强度、硬度升高、塑性下降，达
到一定程度时，在内应力作用下会发生开裂；且奥氏体不锈钢膨胀系数大，冷却收缩时应力大，液相线和固相线距离大，凝固过程温度范围大，使低熔点杂质偏析严重，故焊接工艺执行不当、焊材或母材含杂质过量会导致焊接热裂纹产生，所以为进一步完善裂纹产生原因分析，进行了以下检验及试验：①宏观检查；②材质取样进行化学成分分析；③焊接接头金相分析；④硬度检测；⑤Ｘ射线应力分析。

３５
　２
０１８年第４期 内蒙古石油化工收稿日期：２０１８－１２－２０
缺陷情况储罐号封头Ａ类焊接接头
裂纹数量及长度
封头与筒体连接Ｂ类焊
接接头裂纹数量及长度
筒体其他位置裂纹情况
罐Ｂ－１　１０处（Ｌｍａｘ＝３０ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝５ｍｍ）１处（Ｌ＝８ｍｍ）０
罐Ｂ－２　１５处（Ｌｍａｘ＝６６ｍ，Ｌｍｉｎ＝２ｍｍ）１处（Ｌ＝５ｍｍ）５处（返修２次）
罐Ｂ－３　５处（Ｌｍａｘ＝１３ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝３ｍｍ）０　５处（Ｌｍａｘ＝３０ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝５ｍｍ）罐Ｂ－４　１１处（Ｌｍａｘ＝４０ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝５ｍｍ）００
罐Ｂ－５　１４处（Ｌｍａｘ＝４０ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝２ｍｍ）１处（Ｌ＝５ｍｍ）０
罐Ｂ－６　１８处（Ｌｍａｘ＝２６ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝３ｍｍ）０　１处（Ｌ＝５ｍｍ）
罐Ｂ－７　１９处（Ｌｍａｘ＝２５ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝２ｍｍ）０　１处
罐Ｂ－８　２１处（Ｌｍａｘ＝１２３ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝２ｍｍ）００
罐Ｂ－９　７处（Ｌｍａｘ＝１３ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝２ｍｍ）１处（Ｌ＝５ｍｍ）０
罐Ｂ－１０　５处（Ｌｍａｘ＝２９ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝３ｍｍ）０　２处（Ｌｍａｘ＝１５ｍｍ，Ｌｍｉｎ＝１０ｍｍ）
４　检验及试验结果分析
①由“宏观检查”可知，问题ＬＮＧ储罐内部的１０个子罐均出现开裂现象，且开裂部位均集中在筒体与封头的环焊缝的下方，裂纹方向与环焊缝垂直，由此可判定此批子罐的开裂原因具有共性；样品内表面的焊缝两侧母材表层存在发黑现象，这说明该区域受到了焊接热的影响。

根据《压力容器产品质量证明书》中压力容器产品材料清单可知，封头的原材料的厚度为１０ｍｍ，而样品厚度均有所减薄，应系封头在压制成型过程的正常塑性变形。

②由“化学成分分析”可知，封头的材料为０Ｃｒ１８Ｎｉ９奥氏体不锈钢，其各元素的含量与出厂检测结果基本吻合。

③由“封头断口分析”可知，封头内壁一侧断口表面的红褐色附着物为锈迹，靠近焊缝一侧锈迹呈放射状扩展，由此可判定封头直边部位的内壁先发生开裂，开裂后的断口逐渐有锈蚀产物附着；电镜分析表明封头裂纹的开裂形式为沿晶与准解理的混合断裂方式。

④由“焊接接头金相分析”和“显微硬度检测”可知，封头的焊接热影响区、封头母材的组织中除单一的奥氏体组织外，还出现了板条状组织，此组织的硬度较高。

由于封头的组织存在挤压变形，挤压变形时因塑变诱发相变产生马氏体组织，因此可判定该板条状组织为加工制造过程中产生的相变马氏体组织。

封头热影响区出现局部组织粗大，晶界粗化的现象，由此可判定该部位受到焊接热的影响，组织发生长大，晶界析出了第二相，这使得不锈钢的晶界结合力降低，易产生晶界开裂。

封头焊接热影响区中组织粗大区域与封头裂纹的起源位置相吻合。

⑤由“Ｘ射线应力分析”可知，封头和环焊缝部位在Ｘ和Ｙ方向上均存在拉应力（由于封头已经发生开裂，封头部位的应力可能已经被释放），环焊缝的Ｙ方向（与裂纹垂直的方向）出现了残余拉应力的最大值４１０．８ＭＰａ，该应力值已经超过了《压力容器产品质量证明书》中封头板材的屈服应力值３５０ＭＰａ，由此可判定焊接和封头的成型过程中产生了较大的残余拉应力。

⑥由企业“操作报表和ＤＳＣ系统监控记录分析”可知，ＬＮＧ储罐在使用过程中未见异常，排除使用不当造成封头开裂。

５　结论及措施
综上所述，ＬＮＧ储罐封头板材在成型过程中产生了形变马氏体硬化组织，封头热影响区出现局部组织粗大、晶界粗化现象，焊接和封头板材成型过程中产生了较大的残余拉应力，导致ＬＮＧ储罐开裂。

奥氏体不锈钢向马氏体转变有两个途径：①把奥氏体不锈钢温度降到ＭＳ点（马氏体转变开始温度）以下，其组织将转变为马氏体；②在高于ＭＳ点的温度下进行塑性加工也可产生马氏体，但马氏体发生转变温度的上限叫Ｍｄ点。

如果Ｍｄ比常温高，则在常温下冷加工就会使部分奥氏体组织转化为马氏体。

为避免奥氏体不锈钢冷加工发生冷作硬化现象，可采取如下措施：①因奥氏体的稳定性由其成分决定，Ｎｉ、Ｃ，Ｍｎ等奥氏体形成元素越多．奥氏体就越稳定，即在不改变成形工艺的情况下改用高档次的材料．如３１６、３１６Ｌ等。

②提高加工温度，实行温旋压工艺。

即将封头冷成型温度控制在高于室温且低于１５０℃，可明显减少奥氏体转变为马氏体的数量，尽量减少变形引起的塑性下降。

③控制应变大小，且为防止风头开裂，对奥氏体不锈钢成型后，对其直边、过渡区、拼接接头及热影响区部位进行硬度、金相检测，当发现组织变化较大或硬度超过母材硬度较高，进行恢复材料力学性能热处理。

④提高焊接质量。

在旋制前后进行无损检测，消除内外部缺陷。

选用并执行合适的焊接工艺，提高焊接接头力学性能，减小热影响区。

［参考文献］
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２０１２，３３（５）．
４
５内蒙古石油化工 ２０１８年第４期　。