从一起液化石油气铁路罐车安全阀弹簧断裂谈压力容器应力腐蚀

摘要：本文对铁路罐车的安全阀弹簧的在运行过程中，由于液化石油气中介质中的湿H2S环境下发生应力腐蚀，造成该弹簧断裂，并进行原因分析，同时介绍石油化工压力容器常见的应力腐蚀的现象。

关键词：铁路罐车 安全阀弹簧 断裂 应力腐蚀现象 分析

中图分类号：TG172 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0095-01

2010年7月，在对某铁路罐车检修单位进行检修质量现场抽查监督时，发现该单位安全阀检修工作台上有一盘断裂的安全阀弹簧。因铁路管理部门对危化品铁路罐车的安全管理日益重视，许多铁路局罐车安全监督部门均要求铁路罐车上的安全阀弹簧每年更换，安全阀弹簧断裂现象已非常少见，故对此盘断裂的安全阀弹簧来历进行了详细询问。

经询问，该盘安全阀弹簧为才进厂检修的一辆液化石油气铁路罐车上拆下，在从安全阀上取下该弹簧时就发现其已经断裂。同时询问该铁路罐车的押车人员，使用该盘弹簧的安全阀在运行过程中未出现泄漏现象。

1 断裂原因分析

经观察，该盘弹簧的断裂面与弹簧轴线大约成45°角，具有一定金属光泽，但色泽发黑，说明存在腐蚀情况。由于该盘弹簧使用在运输液化石油气的铁路罐车上，故判断为湿H2S环境下应力腐蚀造成该弹簧断裂。

2 几个现象分析

2.1 使用该弹簧的安全阀未泄露

由于断口无金属相互位移磨合面，判断因该断口没有发生相对位移，弹簧仍能通过断口将压缩力传递到密封面上，故此该安全阀未发生泄露事故。

2.2 同一铁路罐车的另一安全阀弹簧未发生断裂

判断该盘弹簧在制造过程中可能有一定质量问题，如在断裂部位有机械损伤或微裂纹，在弹簧压紧后，因局部损伤在该处造成应力集中，故在特定条件下产生应力腐蚀，直至断裂。而另一弹簧无此缺陷，故未发生应力腐蚀。

由此，我们对压力容器应力腐蚀现象进行一下讨论。

应力腐蚀是金属在应力和腐蚀介质协同作用下发生的现象，其产生必须要有三个要素。

（1）敏感的金属。金属的成分、组织和处理状态决定了应力腐蚀敏感性。

（2）特定的介质环境。对于一定的金属来说，只有在特定的介质环境中才发生应力腐蚀。

（3）处于应力状态下。必须有应力，尤其是拉应力分量的存在，但应力并不一定很大。

由以上三要素得知，防止应力腐蚀的发生，就在于降低金属敏感性、消除或降低引起应力腐蚀的介质浓度、降低设备承受的各种附加应力。其中，比较易于实施且有效的措施就是消除或减小设备焊接残余应力和其它附加应力。前述安全阀弹簧一只发生断裂而另一只未发生，原因就是是否满足应力腐蚀产生的三要素从而发生应力腐蚀。

石油化工压力容器常见的应力腐蚀有如下几种。

（1）在湿H2S环境中的应力腐蚀，如液化石油气贮罐因介质H2S含量过高引起的应力腐蚀。

（2）在碱溶液中的应力腐蚀，如氧化铝工业设备使用高浓度苛性钠溶液引起的应力腐蚀。

（3）在液体氨中的应力腐蚀，如贮氨容器因受空气污染而引起的应力腐蚀。

（4）在CO-CO2-H2O环境中的应力腐蚀，如合成氨系统等发生的应力腐蚀。

（5）氯化物溶液中的应力腐蚀，如奥氏体不锈钢设备在水压试验时使用氯离子超标的介质后，引起的应力腐蚀。

（6）连多硫酸溶液中的应力腐蚀，如油品加氢精制或其它含H2S系统中，奥氏体不锈钢设备发生的沿晶应力腐蚀。

对于以上压力容器，在检验中，应在两个阶段对容器应力腐蚀倾向分别作出预测。一是资料审查阶段，根据资料情况预测应力腐蚀倾向，制定有针对性的检验方案，选择适当的检测项目、方法和技术；二是在用压力容器检验中间阶段，根据前期检测结果进一步分析应力腐蚀发生的可能性，或对发现的裂纹判断是否属应力腐蚀，考虑是否需要采用新的检验项目和方法，增加检测比例和部位，以便确定应力腐蚀发生区域、程度，作出正确的检验结论。

3 结语

应力腐蚀由于可在较低应力状态下发生，因此属于影响压力容器安全运行的较大危害之一，检验人员须对应力腐蚀的特点有足够了解，并掌握各类易产生应力腐蚀设备的检验要点，才能保证此类压力容器的安全运行。

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