某公司LNG子母罐上排气管道三通裂纹的原因分析

 某公司LNG子母罐上排气管道三通裂纹的原因分析

           某公司LNG子母罐上排气管道三通裂纹的原因分析，1750m3LNG子母罐由7个子罐和1个母罐组成，7个子罐位于母罐内，一周均布6个，中心处1 个。子罐设计压力0.66MPa，最高工作压力0.6MPa，设计温度-196℃，工作温度-162℃，工作介质为LNG，主体材质0Cr18Ni9，腐蚀裕量0，容积263.2 m3，充装系数0.95。母罐设计压力0.03 MPa，最高工作压力0.02MPa，设计温度-19℃，最高工作温度≥-19℃，工作介质为珠光砂+氮气，主体材质16 MnR。母罐和子罐之间有下出液盘管、上进液盘管、上排气管经三通与子罐相连，子罐制造日期：2006年4月。母罐和连接管道于使用现场进行组焊。2006年10月份投入使用，2008年11月在使用中发现一号罐夹层中有可燃气体含量，连续观察几个月发现夹层中的可燃气体含量在不断增加。鉴于以上情况，该罐于2009年7月1日开始扒出夹层内珠光砂结合开罐检漏进行常规性全面检验，7月20日珠光砂清除完毕，7月21日对子罐和管路系统进行试压检漏，发现上排气盘管与4#子罐连接的三通弯弧处出现裂纹，长度35mm。
三通具体参数如下：该三通为异径三通，φ159mm×φ89mm×5mm, 材质：0Cr18Ni9，按GB/T12459-2005 《钢制对焊无缝管件》制造验收，最高工作压力、工作温度和工作介质同子罐一样
将该三通从盘管上切割下来后，宏观检查发现裂纹处内侧有修磨的痕迹
对该三通所有内外圆弧处进行渗透检测，发现该三通裂纹处内侧裂纹除直线外还有两处分支，且对面圆弧处也发现小裂纹
磁性与硬度用一块磁铁去吸该有裂纹的三通, 发现磁铁像吸普通钢板一样紧紧地吸了上去，可见该三通明显具有磁性。
随后对该三通进行了硬度测定发现吸力大的部位硬度值也高，硬度值随着磁性的大小而变化，分别用磁铁和硬度计对有裂纹的三通的6个部位进行了测定，位置如图所示，具体数值如表1所示，表中的硬度值是每一位置测三次的平均布氏硬度值：

       通过对有裂纹三通的宏观检查及渗透检测，发现三通内侧裂纹部位有明显修磨痕迹，可见该三通在使用前出现裂纹的部位就存在缺陷。经对该排气盘管其他同一规格、同一批次的7个三通进行测厚发现出现裂纹的部位厚度是最薄的。从内侧裂纹处的分支和对面的小裂纹来分析，可以断定裂纹是从三通内壁贯穿到外壁的穿透性裂纹。从装在母罐呼吸阀处的红外可燃探头检测到在使用中夹层内天然气不断增加的情况来看，该三通的裂纹在-163℃的工作环境下，在慢慢地扩展之中。

     奥氏体型是无磁或弱磁性，马氏体或铁素体是有磁性的。0Cr18Ni9是奥氏体型的材质，一般来讲是无磁或弱磁的，由于冶炼时成分偏析或热处理不当，会造成奥氏体0Cr18Ni9中有少量马氏体或铁素体组织。这样，奥氏体0Cr18Ni9中就会带有微弱的磁性。另外, 奥氏体0Cr18Ni9不锈钢在三通制造过程中， 加工硬化了，产生磁性的原因就是在冷加工时，引起了马氏体相变，可以理解为冷作硬化，形变产生相变，而马氏体是有磁性的，且磁性的强弱和冷加工的变形量有关，形变量越大，相变越多，产生的磁性就越强。特别是折角部分，变形更激烈磁性更明显。 要想完全消除上述原因造成的奥氏体0Cr18Ni9钢的磁性，可通过高温固溶处理来恢复稳定奥氏体组织，从而消去磁性。特别要提出的是，因上面原因造成的奥氏体0Cr18-Ni9的磁性，与其他材质如碳钢的磁性完全不是同一级别的，也就是说奥氏体0Cr18Ni9钢的磁性始终显示的是弱磁性。

         GB/T12459-2005《钢制对焊无缝管件》中6.2.2要求采用热加工成形的管件，对铬钼钢和不锈钢材料，应进行热处理；6.2.3规定了奥氏体0Cr18-Ni9钢的热处理方式是固溶处理；硬度值（HB）≤190。该三通磁性较强、硬度值多处超标，可见该三通在加工成形后没有按GB/T12459-2005《钢制对焊无缝管件》中要求进行固溶处理或固溶处理工艺不合格，故此三通属不合格产品， 0Cr18Ni9的含碳量应为≤0.066，该三通的含碳量明显超出0Cr18Ni9的要求范围。故该三通制造时使用的φ159mm管子的材质不是标准的0Cr18Ni9材料， 根据有关标准的要求，对于在深冷，下使用的0Cr18Ni9奥氏体不锈钢管道和管件，其化学成分和机械性能指标必须满足规定值要求。该三通碳含量超标、成形后没有按标准要求进行固溶处理或固溶处理工艺不合格，是引发此次裂纹的主要原因，用磁铁和硬度计对该子母罐所有管道上使用的38个管件（包括异径三通25个、等径三通2个、大小头1个）全部进行了检验，都具有高磁性，且硬度值都在230（HB），最高的达到330（HB），均属不合格产品，需全部进行更换。制造商已到场进行确认，已订购合格管件，进行了更换。二号罐也准备开罐对管道上的管件进行检验，如有类似情况也将全部更换。实践证明，用磁铁对奥氏体不锈钢管件进行前期检查，根据磁性的大小是判断奥氏体不锈钢管件成形后有没有按标准要求进行固溶处理或固溶处理工艺是否合格是一种既简单又实用的方法。