液化石油气储罐失效及对策分析

摘要：文章探讨了液化石油气储罐的失效问题，并对其从应力的影响、H2S腐蚀物的影响及贮罐金属材料的敏感性等方面进行了分析；对现阶段的LPG（液化石油气）的生产，贮罐的设计、制造以及运输、充装工艺、管理操作和检验方面提出了相应的措施和对策。

关键词：液化石油气储罐；H2S；应力腐蚀开裂；储罐失效；卧式贮罐 文献标识码：A

中图分类号：TQ028 文章编号：1009-2374（2015）35-0082-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.35.040

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。为确切得出引起贮罐腐蚀、裂纹的原因，对其进行了定性分析和定量分析，根据LPG贮罐的腐蚀裂纹的具体问题，对卧式贮罐的应力大小、腐蚀速率、腐蚀介质的浓度及裂纹失效问题进行了力学条件下的电测和化学条件的分析。

1.2 H2S的腐蚀物对液化石油气贮罐应力腐蚀开裂的影响

1.2.1 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。

1.2.2 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。

1.2.3 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。

1.3 贮罐金属材料对H2S应力腐蚀开裂的敏感性

16MnR与16Mn这样的低合金中强度钢有着特殊的要求，在我国腐蚀数据手册中提出：“对于低合金中高强度钢与碳钢在潮湿的H2S环境中，当温度为20℃～50℃时，年腐蚀速率为0.5～1.5mm。”美国金属学会主编的《金属手册》中，也提供在室温条件下H2S与硫化物杂质对低合金中高强度钢在硫的作用下，会使其加快应力腐蚀的开裂。因此对16MnR与16Mn的材料来说，大多是在正火的状态时运用。其晶粒较为细化，据金属材料的结构影响，拥有小晶粒尺寸的任何材料与拥有大晶粒尺寸的同种材料相比，其更加抗应力腐蚀开裂。因为整体热处理与焊后热影区的不均匀，其会产生较大晶粒，从而产生淬硬的索氏体或马氏体组织，所以会降低金属材料对硫化物腐蚀开裂的相应抵抗能力。特别是在硫的作用下，在应力与H2S腐蚀介质的共同作用下，金属材料腐蚀部位会生成微小的裂纹，从而造成大量的沿晶与穿晶裂纹。7#、8#应变片处的应力值最高且处于焊缝的边缘，焊缝边缘金属及热影响区常对裂纹开裂是敏感的。因此，在这样的局部位置上产生大量的裂纹，这是由于这些区域有更为敏感的显微组织的原故。

2 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。

3 结语

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。

参考文献

[1] 李毅.锅炉压力容器的案例[M].北京：中国人事出版社，1992.

[2] 强天鹏.压力容器检验[M].北京：新华出版社，2008.

作者简介：徐松（1980-），男，江西九江人，江西省锅炉压力容器检验检测研究院九江分院工程师，研究方向：压力容器的检验。