《球罐炸裂失效分析》PPT课件.ppt
球罐炸裂失效分析,时间:1979年12月18日14时许，地点：吉林煤气公司液化气场 一台直径9.2米，容积400m3的球罐突然爆裂，由裂缝喷出的液化石油气遇明火爆炸燃烧，一起附近3个400m3和一个50m3卧式储罐以及25m外仓库中的5000个民用液化气瓶先后爆炸起火，大火燃烧19h共烧掉液化气超过700t，烧掉机动车辆15辆以及储罐区全部建筑，死亡33人，受伤53人。,现场调查和背景调查,1）102#球罐材质：15MnV，15MnVR2）内径：9.2m3）设计压力：1.57MPa，经常处于较低容量4）壁厚：25mm5）坡口：X型6）液化石油气：丙烷、丁烷、杂质7）环境温度：低8）断口长度：13m，沿罐环焊缝B板一侧HAZ扩展5m9）主断裂纹源位置：断口上的人字纹表面,分析项目,1）外观检查：上下环缝缺陷较多，主要是咬边，且往往是连续的，住裂纹源处有长165mm深度大于1mm的咬边，最深处2.7mm，另外局部存在严重错边。由外观检查知道焊缝处存在严重的应力集中。2）焊缝无损探伤：焊缝无损检验多处由为熔合、夹杂、群孔，焊趾部位存在大量裂纹。3）母材成分：见表一,表一 母材化学成分,4）HAZ硬度和金相组织检查：上环焊缝HAZ的HV=279345，近融合线组织为B+M。5）分析球罐焊接时的预热温度;预热温度可由组织和硬度共同确定（1）组织分析：金相组织分析发现球罐焊接HAZ的组织与80oC预热焊接试板的组织十分相似。（2）硬度分析：由实验结果：To=25oC，HV=320;To=80oC，HV=297;To=180oC,HV=250;To=200oC,HV=225;知在To=80oC时的硬度在279345范围内。因此可由组织和硬度确定出预热温度为80oC。6）插销裂纹实验，见表2,表2 插销实验结果,1)由插销实验结果分析预热温度焊条烘干温度对B4板焊接裂纹敏感性影响。（1）随着预热温度20150oC升高，插销临界应力增大，临界应力比增大因而使焊接裂纹的敏感性减小。（2）对预热温度To=150oC时，烘干温度分别为250oC和350oC的情况下，可看出：随着烘干温度的增大，临界应力也提高，使焊接裂纹的敏感性减小。分析：(1)预热能缓解焊后的冷却速度，有利于扩散氢的溢出，避免产生氢致裂纹，同时也减少焊接热影响区及焊缝的淬硬倾向，提高了焊接接头的抗裂性，此为预热还降低了焊接应力和拘束度作用，改善接头性能，使得临界应力值提高。对裂纹敏感性降低。（2）焊条的烘干温度越高，则焊条中所含水等杂质减少，从而减少了融入焊缝中氢原子的含量，使扩散氢含量降低，使其对焊接裂纹的敏感性也降低。,2 结合B4、C6板的成分，对B4、C6实验结果进行分析。实验结果：预热温度为20oC时烘干温度为350oC，B4板的裂纹敏感性比C6大；预热温度为150oC烘干温度为350oC，B4板的裂纹敏感性比C6大。原因：由B4、C6的成分，见表1，由Pcm表示为合金元素的冷裂纹敏感系数，知B4的冷裂倾向比C6的大，由B4板Si含量低，Mn/S比值高，金属的韧性较C6板的好，对裂纹敏感性稍比C6的小，但由于B4板具有原始裂纹，处于裂纹源的位置，具有延迟性，故使得裂纹倾向增大，由插销实验也可知，随着预热温度的升高，B4板对焊接裂纹的敏感性降低程度大于C6板。7 斜Y坡口对接裂纹实验斜Y坡口对接裂纹实验结果见下表3,表3 斜Y坡口对接裂纹实验结果,1）斜Y坡口对接裂纹实验结果说明：1焊条在不烘干条件下，焊接接头处扩散氢含量很高，焊缝对裂纹及其敏感。2焊前不预热时，B4D6板对焊接裂纹及其敏感。C6板不出现焊接裂纹。3随着预热温度升高，钢板出现焊接裂纹的可能性大为降低。2）与插销实验相同规律：随着预热温度升高，钢板对焊接裂纹的敏感性降低。,8 环境影响分析（应力腐蚀）球罐等压力容器，都是在现场安装焊接。这样焊缝中就容易由氢进入。氢时来自焊条、焊剂、空气中的水分，特别是雨水水分等。随着焊接的过程中电弧作用下高温分解，产生氢原子或氢离子，大量的氢原子被熔融金属所吸附冷却后成为过饱和物，由于氢的进入焊缝中会诱发焊缝和热影响区产生裂纹。液化石油气罐内有H2S介质，H2S+Fe FeS+2H FeS+H2,阳极：FeS+S2-FeS+2e阴极：2H+2e-2HH2S是一种强渗氢介质，阻碍阴极反应所析出的氢原子结合成氢分子的反应，提高表面氢浓度，其结果是加速氢往钢中的扩散溶解过程，从而破坏金属基体的连续性，造成氢脆，因而对于高强度钢而言，对硫化氢应力腐蚀开裂的敏感性很大，更易产生裂纹，产生应力腐蚀开裂，对102#球罐的破坏产生了重要影响。,9 结论1）裂纹起源于B4板焊趾处2）球罐破裂的主要原因是焊接质量差，包括1存在大量咬边、为熔合的缺陷，产生应力集中。2预热温度不足，近缝区由M，H含量高，在低应力作用下即可开裂。3 H2S 应力腐蚀促使裂纹的进一步扩展。,
