安全生产_试谈油罐的断裂问题

试谈油罐的断裂问题 作者：毛莹 关于油罐断裂破坏的历史可以追溯到比较远，早在1925年美国就发生了一起油罐破裂事故，我国1959年春在兰州白滩油库也曾发生过油罐的脆性破裂事故。油罐的破裂事故在大、小油罐均可能发生，但大型油罐破坏的可能性更大。 由于油罐的大型化使油罐钢板越来越厚，然而由于油罐不能进行热处理，所以允许的壁厚有一定限度。例如美国石油协会规范API 650规定罐壁最大厚度约38mm，英国油罐规范BS 2654规定为40mm，日本油罐JIS B 8501规定低碳钢最大厚度为38mm，高碳钢为45mm。以上数据是各国根据自己的实践经验提出的，由于有了厚度的限制，所以各国为建设更大的油罐，必须在钢板强度上下功夫。 一般来说，钢板的强度越高，则韧性越低（即CTODC值低），也就是说越易于产生断裂，这是油罐大型化过程中所遇到的第一个问题。为了解决这个问题除了在冶金工艺上进行工作之外，对油罐的设计、制造工作者来说还必须严格材料的韧性指标及其检验要求。日本油罐最常用的材料为HW50，对这种钢材规范要求，根据不同的厚度要分别在+5、-10、-15的条件下进行冲击韧性的实验，其CVN值均不得低于47.07J。在我国有些人往往忽略了钢材韧性指标的要求，甚至放弃这一要求，这是很危险的。这一状况目前已有所改变。一般来说，材料的强度等级越高，钢板越厚,在焊縫或热影响区附近越易于产生裂纹(即a增加),从而也增加了断裂的危险性,这是油罐大型化过程中遇到的第二个问题。 现以日本神奈川县的球罐为例。该地区自1955年以来共建200以上的球型罐210座。由于连续发生破裂事故，他们最近做了一次普查，在210座球罐中检查了209座，其中有152个深度1mm以上的裂纹，在152座中有50座深度5mm以上裂纹。 此外，由神奈川县的统计来看，钢材强度等级越高生产裂纹的倾向也就越大，如用HT60钢制造的球罐裂纹率为70%,HT70为87%,HT80为85%. 为了解决这个问题,油罐的设计工作者在选材时特别注意材料的可焊性,制造工作者要注意采取正确的焊接工艺和挑选合适的焊工。焊前的预热、焊接顺序、线能量的大小、环境条件（大气温度、湿度、风速）等都有密切的关系。 油罐的破裂可在以下三种不同的情况下发生： （1）在油罐进行水压实验时，于充水期间发生。在充水期间，随着水位的增高式中的值逐渐增高，随之CTOD值也在增加。由于焊缝中存在着较严重的缺陷（较大），或由于焊缝韧性很差（CTODc值很小），当水位还未达到规定值时，已满足了式子的条件，因而产生断裂。前苏联有一座5000油罐（22.8mX11.44m），该罐是按FOCT 248644建造的，在试水时水位升到10.6米，突然由第二圈纵焊缝处脆裂，并向上下延伸而破坏，既属于这种情况的破裂。 （2）在充水以后，保持水位观察期间，由于大气温度的降低而造成脆裂。在这种情况下，充满水时CTOD值仍小于CTODc值，但由于焊缝中由严重的缺陷或焊缝韧性差，使CTOD值接近于CTODc值。CTODc值象其它的韧性指标一样，是随着温度的降低而降低的，由于大气温度的下降，使CTODc值进一步降低，最终达到条件而破坏。1952年英国由两座2万油罐（42.67mX16.46m,45.72mX14.63m）试水时水温为4.44，已处于罐金属BS-13的转变温度区，以后在观察期间气温进一步下降，从而CTOD迅速下降，最终达到条件而破裂。 （3）在使用期间破裂。油罐在经过水压实验的考验以后，在使用期间随着液位的变化使裂纹产生亚临界扩展，当裂纹扩散至c值时，CTOD 达到了CTODc 从而产生破坏。裂纹的扩展速度通常可按Paries公式进行计算。 1995年我国兰州白滩库1座汽油油罐的破坏事故和1974年12月日本水岛炼油 厂1座万油罐的破裂事故均属于这种类型的破坏。 综上所述人们可以总结如下几点： (1)随着油罐的大型化，由于采用了强度等级越来越高的钢板和罐壁厚度的增加，增加了断裂破坏的危险性。为避免这一危险，要特别注意钢材和焊缝的冲击韧性要求，以保证CTODc值。要加强无损探伤检查，以保证缺陷值在允许范围内，与此同时也要注意提高施工技术水平，采用合理的组装工艺和焊接工艺。 (2)油罐的断裂破坏可能发生在试水过程中、充水后保持水位的观察期间及使用期间。人们只好很好地认识断裂的规律，才能预先加以避免，从这一角度看，对油罐的断裂力学研究及大型化由着重要的意义。 (3)油罐大型化以后，一旦破裂就是一场灾难，在油罐大型化的过程中首先由加以考虑的就是油罐的破裂问题。我们总羡慕别