液化气储罐形成裂纹的问题与研究

引言：

随着经济的快速发展，能源化工和电力产业对液化气储罐的需求日益增长。液化气储罐作为储存和运输液化气的关键特种设备，其安全性能直接关系到国家经济的稳定运行和公众的生命财产安全。然而，由于液化气储罐在长期运行过程中会受到各种复杂因素的影响，裂纹扩展成为导致其失效的主要原因之一。相关数据显示，每年发生的液化气储罐失效事件中，有相当一部分与裂纹扩展现象紧密相关。因此，深入研究液化气储罐裂纹扩展的机理，对于提高特种设备的安全性和可靠性具有重要意义。本文将基于液化气储罐的全寿命周期管理框架，探讨裂纹模式的发展机理，并提出有效的解决策略，以期为特种设备的内在安全性难题提供新的思路和方法。

1.液化气储罐特种设备检验概述

液化气储罐特种设备检测涉及对可能因爆炸或泄漏引发安全问题的特定设备，如液化气储罐等，进行全面的技术审查与安全性评价。其核心目标在于确保设备的运行安全性，防止事故发生，并确保符合国家立法的强制性规定。这类设备在高温、高压、腐蚀性介质等极端工作环境时，其检测覆盖从设计、制造、安装、运行、改造到维修的整个生命周期过程，应遵照《中华人民共和国特种设备安全法》、TSG 系列安全技术法规以及相应的行业标准进行操作。检验内容主要涵盖定期检测（包括宏观状态评估、壁厚测量、非破坏性检测、安全附件校验）、型式验证以及监查检验三大方面，重点监测材料老化、结构损坏、介质侵蚀、密封泄漏等潜在风险。

2.液化气储罐裂纹形成的原因

2.1 冷热裂纹成因

冷热裂纹的发生主要归因于温度波动引发的热应力增加以及材料在不同温度下的相变特性。冷裂纹通常出现在焊接冷却阶段，其发生源于焊缝区域氢气的积聚导致的氢脆现象、残留应力以及淬硬组织的协同效应，在较低温度甚至室温条件下引发延迟断裂，典型实例为低合金钢焊缝中的氢诱发裂纹。相反，热裂纹则在高温状态下（比如熔池凝固期间）出现，主要由低熔点共晶体杂质（如硫、磷）在晶界处形成液态膜，在受到拉伸应力的作用下导致晶间断裂，此类现象在不锈钢或高合金钢的高温热影响区域较为普遍。

2.2 蠕变裂纹成因

蠕变裂纹是由材料在持续高温环境及恒定应力共同影响下，所导致的缓慢塑性形变过程中产生的。高温环境下，晶界强度减退，连续的应力驱动着晶界区域的原子扩散与位移，进而引发空洞生成，并逐渐演化为微裂纹，这一现象在温度超越材料蠕变临界值的情形下表现得尤为明显，例如在电站锅炉过热器管路中观察到的现象。这类裂纹常沿晶界蔓延，展现出多孔的微观形态，且其发展速率随使用周期的延长而逐步加快。

2.3 机械疲劳裂纹成因

机械疲劳裂纹源自交变机械负载，诸如压力振动、震动或是周期性启动与停止所引发的应力循环。材料在低于静态强度的循环应力作用下，通过位错滑移产生微小裂纹，随后这些裂纹逐渐延伸，直至引发断裂现象，

这一过程多发生在压力容器的接管、法兰螺栓等应力高度集中的区域。裂纹通常与主导应力方向垂直，断面呈现出类海滩般的疲劳斑纹，其增长速度明显受到应力幅度、频率以及材料韧性等因素的影响。

2.4 应力腐蚀裂纹成因

应力腐蚀开裂（SCC）是由拉伸应力、腐蚀环境以及材料易感性三要素共同作用而产生的现象。在特定介质条件下（例如，Cl-对奥氏体不锈钢、湿 H₂S 对碳钢），当施加静态拉应力时，材料表面可能出现局部蚀坑或微裂纹。这些裂纹尖端通过阳极溶解或氢脆过程不断延伸（类似氯碱设备中的裂纹现象）。SCC 裂纹展现出典型的分枝状或贯穿晶界/沿晶界面的复合模式，常见于焊缝邻近区域或冷加工硬化部位。环境因素，包括温度和pH值，对其初始形成过程起着关键性的影响。

3.防止液化气储罐裂纹产生的措施

3.1 提升生产材料及制造过程的科学性

为防止液化气储罐裂纹的产生，必须全面考虑材料选择与工艺创新策略，优先采用低硫磷、高纯度的特种钢材，例如SA387Gr11 抗氢钢，以减少热裂倾向。对于高温工况下的关键部件，建议使用 TP347H 等细晶粒抗蠕变合金材料。在生产过程中，应运用焊接数值模拟技术优化热输入和层间路径配置。必须严格遵守预热操作（不低于 150^∘C ）和分层温度管理（在150–250^∘C 之间）。焊接完成后，应执行 590^∘C×2 小时的去氢处理和690℃退火程序以消除残余应力。管件成型应优先采用冷旋压/无模液压工艺，以预防因切削加工导致的表面硬化裂纹。在腐蚀性环境中，增加激光熔覆层可以构建双重屏障，有效抑制裂纹的发生和发展。

4.2 强化质量控制与温度控制

裂纹预防策略应贯穿整个生命周期的质量管理中，原材料入厂时应进行光谱分析（参照GB/T4336 标准）和低温冲击测试（确保在零下30 摄氏度条件下冲击能量不低于 34 焦耳），同时，焊接过程应严格遵守 ASMEIX规范，以确保工艺适应实际工况需求。在生产过程中，采用 TOFD 与相控阵超声波的联合检测策略，并首选E4315 这类低氢含量的焊接材料。同时，利用物联网传感器技术对预热温度和层间温度进行实时监控。

结束语

综上所述，液化气储罐裂纹的形成是一个复杂的过程，涉及多种因素，包括材料特性、制造工艺、运行环境和维护管理等。为了有效预防和控制裂纹的产生，必须从材料选择、生产制造、质量控制、运行监测和维护保养等各个环节入手，采取科学合理的措施。通过提升生产材料及制造过程的科学性，强化质量控制与温度控制，以及采用先进的检测技术，可以显著降低液化气储罐发生裂纹的风险，从而保障特种设备的安全稳定运行，确保国家经济的持续健康发展和公众的生命财产安全。

参考文献

[1]苏鑫,陈强强,令成君,周宏,崔真.液化石油气储罐内表面裂纹案例分 析[J].石油和化工设备 ,2024,27(11);195–198+203. .

[2]王永可.承压类特种设备形成裂纹的问题研究[J].现代制造技术与装备,2025,61(1):19-21.