低温储罐失效分析及预防措施
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为 了查实 上 部 进 液 管 发 生 的脆 性 断 裂 是 否 为 材 料 原 因导 致 ， 所 用 材 料 进行 了取 样 分 析 ， 论 为 断 对 结
管母 材 化学 成 分 基 本 符 合 奥 氏体 不 锈 钢 ０ ｒ８ ｉ＿ ＣｌＮ９４ Ｊ
的规定 范 围 ， ｓ 含量 偏高 ， 但 ｉ 见表 １ 。
（ ｈ ｎ ａ ｇＩｓ ｔｔ ｏ ｐ ｃ ｌ ｑ ｉｍｅ ｔ ｎｐ ｃ ｏ Ｓ ｅ ｙ ｎ １０ ５ Ｃ ｉａ Ｓ ｅｙ ｎ ｎ ｔｕｅ ｆ ｅｉ ｕｐ ｎ ｓ ｅｔ ｎ， ｈ ｎ ａ ｇ１ ０３ ， ｈｎ ） ｉ Ｓ ａＥ Ｉ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｖ ｉ ｈ ｔ ｕ ａｌ ｒ ｎ ｔ ｅ ｕ ｅ ｏ ｏ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｓｏａ ｅ ｔｎ ｓ ｉ ｉ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅｆ ｔ ｅｆ ｉ ｒ ｃ ｓｒ ｃ ：ｎ ｏ ｄ ｒｔ ａ ｏｄ ｔ ｅ ｆ ｉ ｅ ｆｉ ｅ ｉ ｈ ｓ ｆ ｗ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｔ ｒｇ ａ ｋ ，ｎ ｔ ｓ ａ ｅ ， ｈ ａｉ ａｌ ｅａ — ｏ ａｇ ｕ ｌ ｈ ｕ ｇ ｕ ｃｄ ｎ ｓｃ ｕ ｅ ｙ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｔ ｓ ｙ ｌ ｓａ ｅ ａ ａｙ ｅ ． ｙ ｓｕ ｙ ｎ ｅｆａ ｔ ｒ ｐ ｅ ａ ｃ ｆｆｉ ｒ ｗ— ｍｐ ｒ ｔｒ ｑ ｉｍｅ ｔ ｉ ｅ ｔ ａ ｓ ｄ ｈ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｓｒ ｓｃ ｃｅ ｒ ｎ ｌｚ ｄ Ｂ ｔ ｄ ｉ ｇ ｔ ｒ ｃｕ ｅ ａ ｐ ｒ ｎ ｅ ｏ ｌ ｅ ｌ ｔ ｅ ａｕ ｅ ｅ ｕ ｐ ｎ ， ｅ ｈ ａｕ ｏ ｅ
缝 疲 劳 断 裂 Ｊ 。液 氧 泄 漏 外 溢 ， 成 夹 套 内 压 力 升 造 高 ， 封头 温 度 降低 （ 于 下 封 头 材料 的 无 延 性 转 变 下 低 温度 Ｅ ） 导致 容 器泄漏 失 效 。失 效 时 ， 筒 顶部 安 全 ｓ ， Ｉ 外
泄放 装置 失效 ， 无法 正 常泄放 压力 。
ｖ ｎ ｉｅ ｍｅ ｓ ｒｓ ｆｒｔ ｅ ｄ ｓｇ ｔｕ ｔｒ ，ｗ ｌ ｉｇ ｃ ｎｒ ｌ ａ ｅｙ ｒ ｌ ｆｄ ｖｃ ｉ ｔｎ ｎ ｅ ｏ ｏ — ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉｕ ｄ ｔｎ ｓ ｅ ｔ ａ ｕ ｅ ｈ ｅ ｉｎ ｓｒ ｃｕ ｅ ｅｄ ｎ ｏ ｔ ，ｓ ｆｔ ｅｉ ｅ ｉｅ ｍａｎ ｅ ａ ｃ ｆ ｗ ｔ ｖ ｏ ｏ ｅ ｌ ｅ ｅａ ｕ ｅ ｌ ｉ ａ ｋ ． ｑ
［ ］ Ｊ／ ７ ０— ０ ５ 承压设备无损检测． １ Ｂ Ｔ４３ ２ ０ ［ ］ 杨启明． ２ 压力 容器 与管道安 全评价． 北京 ： 械工业 出版 机
摘 要 ： 中对低 温设备 温差应力循 环所产 生的疲劳失效事 故进行 了分析 ， 文 目的是 防止低温储 罐在 使 用
中出现 疲劳破 坏 。文 中通过对 失效低 温设 备 断 口形 貌特征 的勘 察 ， 用断 口分析 、 采 焊接缺 陷分析 、 差应 温
力循环 与疲 劳载荷 分析 的方法 ， 出 了低 温液体储罐 设备在使 用 中易出现 疲劳失效模 式 的结论 。 同时 ， 得 从
处 壁温也 接 近 一１６ｏ 温 度 较低 。罐 内液 氧使 用 结 ９ Ｃ， 束 后 （ 罐 ） 内简 温 度 又 恢 复 常 态 ， 空 ， 内筒 壁 温 趋 于常
温， 上进 液 管处壁 温 也趋 于常 温 。 由于不 锈 钢 管 热胀
严 格控 制工 艺接 管材 料 和 焊 接材 料 的质 量 ， 定 制
Ｆａ ｌ ｒ ｉｕ ｅ Ａｎａ ｙ ｉ ｎｄ Ｐｒ ｖ ｎｔｖ ｅ ｓ ｅ ｆ ｌ ｓｓ ａ ｅ ｅ ｉ ｅ Ｍ ａ ｕｒ ｓ ｏ ｔ ｅ Ｌｏ Ｔｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｏ ａ ｅ Ｔａ ｋ ｈ ｗ ｍ ｒ ｔ ｅ Ｓｔ ｒ ｇ ｎ
Ｗ ＡＮＧ ． ｕ Ｘｉｄ ｏ
貌 ， 且 沿 厚 度 ４ 。 向呈 现 出 韧性 断 裂 断 口。经 并 ５方
５ ６
Ｐｉ ｌｎ ｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ Ｅｑ ｐｍｅ ｔ ｐｅｉ ｅ Ｔｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｕｉ ｎ
Ｓ ｐ． ０１ ｅ ２ ２
分析 为外 筒破裂 时拉 扯造 成 的断裂 。
１２ 材质 分析 ．
封 头断 裂处 同侧 ） 形 貌见 图 １ ， 。
由于该 断 裂处 正值 焊 缝 的熔 合 线 附近 ， 定 为 该焊 缝 判 存 在未 熔 合类 缺陷 ， 该处 断 口呈 现 出脆 性 断裂 且
的形 貌 。
（ ） 接 接 管 下 半 部 断 口断 面 呈 新 鲜 的 断 口形 ３对
收 稿 日期 ：０ ２—０ ２１ ８—０ ２ 收 修 改 稿 日期 ：０ ２— ８—２ ２１ ０ ７
０ 引 言
２１ ０ ０年 ２月 ， 某气 体 公 司一 台 ５ 低 温 储 罐 泄 ０ｍ
漏 失效 。
该 罐设 计 为 Ⅲ类 低压 容器 ， 计 １期 为 ２ ０ 设 ３ ０２年 ２ 月， 制造 日期 为 ２０ ０３年 ９月 ， 投用 日期 为 ２０ ０４年 ｌ ２
月 。 内筒设 计 压力 为 ０ ８ ４ ＭＰ ， 筒 设 计 压 力 为 一 ．２ ａ 外 ０ １ＭＰ ； ． ａ 内筒 设计 温 度 为 一１ ６ ｏ 外 筒设 计 温 度 为 ９ Ｃ， 常温 ； 内简介 质 为液 氧 ， 简介 质 为 珠 光 砂 ； 外 内筒 材 质 为 ０ ｒ８ ｉ， 度 为 １ Ｃ ｌ Ｎ９ 厚 ０ｍｍ， 筒材 质为 Ｑ ３ Ａ， 度 外 ２５ 厚 为 １ ｍ； 液 管为 ５×３ ５的 ０ ｒ８ ｉ 此罐 容 积 ０ｍ 进 ． Ｃ ｌ Ｎ９， 为 ５ 高 为 １．５ ０ｍ ， ３ １０ｍ． １ 事 故原 因分 析
符合 要求 的焊接 工艺 评定及 焊接 工艺 规程 。
３ ３ 安全 泄放装 置检 查与 维护 ．
冷缩 的原 因形成 了较 大 的 温差 应 力 ， 每一 次 充 装 都 经
历 了一 次 温差应 力 的循 环 。该 罐 已投 运 ６年 ， 间 经 期
使用单 位 必 须 按 设 计 要 求 对 安 全 泄 放 装 置 采 取 防霜 、 防冻保 护措施 ， 定 定期 检 查 维 修 制度 ， 制 并有 效 实施 ， 确保 安 全泄放 装 置灵敏 、 可靠 。
工 艺接 管结 构应按 Ｇ １０— ０ １ 压 力容 器》 Ｂ ５ ２ １《 要求 ， 结 构 简单 ， 少约束 ； 免结 构 形 状 突变 ， 减 避 以减 小 局 部 应 力 ； 管与 壳体 连接 焊缝 圆滑 过 渡 ， 端 内壁 倒 圆 ； 接 管 考
虑温 差 应 力 的 作 用 ， 免 产 生 过 大 温度 梯 度 ； 接 接 避 焊 头结 构设计 采用 全截 面焊 透结构 。 （） ２ 由于低 温液 体 储 罐 为 全 包 夹套 结 构 ， 用 中 使
１３ 载荷 及失效 分 析 ．
（ ） 为 使 用 单 位 提 供 失 效 模 式 和 风 险 评 估 报 ３应
告。 ３ ２ 施 焊控 制 ．
该低 温储罐 每 次充 装 时 ， 按设 计 要 求 内筒 充 满 液 氧时， 内筒压 力 ０ ７ ５Ｍ ａ 壁 温接 近 一１６ｏ 进 液管 ． ８ Ｐ 、 ９ Ｃ，
２ ２正 ０１
管 道 技 术
Ｐ ｐ ｌｎ Ｔｅ ｈ ｉ ｕ ｉｅｉｅ ｃ ｎｑ ｅ
Hale Waihona Puke ｛ 各 曼Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ
２ ２ ０１ Ｎｏ ５ ．
第 ５期
低 温储 罐 失效 分 析及 预 防措 施
汪锡铎
（ 沈阳特种设备检测研究院 ， 辽宁沈阳 １ ０３ ） １０ ５
ｆｔｇ ｅ ｆｉｕｒ ｏ ｅｗｈ ｃ ｌ ｙｓｈ ｐ ｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｕｉ ａ ｉ ａｌ ｅ ｍ ｄ ｉｈ ａ ｗａ ａ ｐ ｎｓｉ ｈ ｑ ｐｍｅ ｔｏ ｒ ｏ ｅ ｃ ｌｑ ｉ ｔｒ ｇ ａ ｋ ． ｈ ａ ｉ ｅ，ｉ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｐ ｅ ｕ ｎ ｆｃｙ ｇ ｎｉ ｉ ｕ ｄ ｓｏａ ｅ ｔｎ ｓ Ａｔｔ ｅ ｓ ｍｅｔｍ ｔｐ ｔｆｒ ｒ ｒ —
大 。在产 品的设计 、 造 和 检验 中必 须 有相 应 的预 防 制 措施 和解决 方法 ， 这样 才能 保证 设备 的正 常运行 。
参考文献 ：
该低 温储 罐 发 生 的 泄漏 事 故是 由于 上 部 进 液 管
根部焊缝存在大量制造未熔合 Ｊ 质 的缺 陷使上进 Ｊ ｌ 生
液 管根 部焊 缝强 度 降 低 （ 不满 足设 计 要 求 ） 。在 多 次 温 差 和其他 应力循 环 作 用 下 ， 致 上 部进 液 管 根 部 焊 导
１ １ 断 口分 析 ．
图 １ 疲 劳 失 效 断 口
（） １ 对接 接 管上半 部 断 口平 齐 ， 色 灰 暗 ， 颜 只有 在 内壁 宽约 １ｈ 呈 新 鲜 断 痕 。通 过 宏 观 检 查 ， 现 断 ｉ ｍ 发
口断 面 存 在 阶 梯 状 纹 理 ， 管 的外 壁 向 内壁 扩 展 ， 从 应 为往 复弯 曲疲 劳破 坏 。
表 １ 上 部 进 液 管材 质分 析及 对 比
应制 定有 效 的定 期 检验 方 案 ， 可采 用 内窥 镜 和压 力 如 试 验 等方 法 ， 真 空 夹层 内 的上 液 管 、 液 管 等 及 其 对 侧
连 接焊缝 实施 有效 的 定期 检 查 ， 时发 现 缺 陷 并 有效 及
预 防设备 失效 。
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（ ） 口观察 发 现疲 劳裂 纹起 始 处存 在 较 多平 滑 ２断 光洁 区域 ， 无断 裂特 征 ， 是 焊接 时形 成 的 自由表 面 。 应
为 了查 找 事 故 原 因 ， 该 低 温 储 罐 进 行 解 剖 分 对 析 。将 外筒 上 封 头 和 上 部第 一 筒 节 取 下 后 查 看 相 连 接 管情 况 。发现 上部 充装 接 管 发 生 断裂 （ 与下 部 外 壳
为 了查实 上 部 进 液 管 发 生 的脆 性 断 裂 是 否 为 材 料 原 因导 致 ， 所 用 材 料 进行 了取 样 分 析 ， 论 为 断 对 结
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的规定 范 围 ， ｓ 含量 偏高 ， 但 ｉ 见表 １ 。
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泄放 装置 失效 ， 无法 正 常泄放 压力 。
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摘 要 ： 中对低 温设备 温差应力循 环所产 生的疲劳失效事 故进行 了分析 ， 文 目的是 防止低温储 罐在 使 用
中出现 疲劳破 坏 。文 中通过对 失效低 温设 备 断 口形 貌特征 的勘 察 ， 用断 口分析 、 采 焊接缺 陷分析 、 差应 温
力循环 与疲 劳载荷 分析 的方法 ， 出 了低 温液体储罐 设备在使 用 中易出现 疲劳失效模 式 的结论 。 同时 ， 得 从
处 壁温也 接 近 一１６ｏ 温 度 较低 。罐 内液 氧使 用 结 ９ Ｃ， 束 后 （ 罐 ） 内简 温 度 又 恢 复 常 态 ， 空 ， 内筒 壁 温 趋 于常
温， 上进 液 管处壁 温 也趋 于常 温 。 由于不 锈 钢 管 热胀
严 格控 制工 艺接 管材 料 和 焊 接材 料 的质 量 ， 定 制
Ｆａ ｌ ｒ ｉｕ ｅ Ａｎａ ｙ ｉ ｎｄ Ｐｒ ｖ ｎｔｖ ｅ ｓ ｅ ｆ ｌ ｓｓ ａ ｅ ｅ ｉ ｅ Ｍ ａ ｕｒ ｓ ｏ ｔ ｅ Ｌｏ Ｔｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｏ ａ ｅ Ｔａ ｋ ｈ ｗ ｍ ｒ ｔ ｅ Ｓｔ ｒ ｇ ｎ
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５ ６
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分析 为外 筒破裂 时拉 扯造 成 的断裂 。
１２ 材质 分析 ．
封 头断 裂处 同侧 ） 形 貌见 图 １ ， 。
由于该 断 裂处 正值 焊 缝 的熔 合 线 附近 ， 定 为 该焊 缝 判 存 在未 熔 合类 缺陷 ， 该处 断 口呈 现 出脆 性 断裂 且
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（ ） 接 接 管 下 半 部 断 口断 面 呈 新 鲜 的 断 口形 ３对
收 稿 日期 ：０ ２—０ ２１ ８—０ ２ 收 修 改 稿 日期 ：０ ２— ８—２ ２１ ０ ７
０ 引 言
２１ ０ ０年 ２月 ， 某气 体 公 司一 台 ５ 低 温 储 罐 泄 ０ｍ
漏 失效 。
该 罐设 计 为 Ⅲ类 低压 容器 ， 计 １期 为 ２ ０ 设 ３ ０２年 ２ 月， 制造 日期 为 ２０ ０３年 ９月 ， 投用 日期 为 ２０ ０４年 ｌ ２
月 。 内筒设 计 压力 为 ０ ８ ４ ＭＰ ， 筒 设 计 压 力 为 一 ．２ ａ 外 ０ １ＭＰ ； ． ａ 内筒 设计 温 度 为 一１ ６ ｏ 外 筒设 计 温 度 为 ９ Ｃ， 常温 ； 内简介 质 为液 氧 ， 简介 质 为 珠 光 砂 ； 外 内筒 材 质 为 ０ ｒ８ ｉ， 度 为 １ Ｃ ｌ Ｎ９ 厚 ０ｍｍ， 筒材 质为 Ｑ ３ Ａ， 度 外 ２５ 厚 为 １ ｍ； 液 管为 ５×３ ５的 ０ ｒ８ ｉ 此罐 容 积 ０ｍ 进 ． Ｃ ｌ Ｎ９， 为 ５ 高 为 １．５ ０ｍ ， ３ １０ｍ． １ 事 故原 因分 析
符合 要求 的焊接 工艺 评定及 焊接 工艺 规程 。
３ ３ 安全 泄放装 置检 查与 维护 ．
冷缩 的原 因形成 了较 大 的 温差 应 力 ， 每一 次 充 装 都 经
历 了一 次 温差应 力 的循 环 。该 罐 已投 运 ６年 ， 间 经 期
使用单 位 必 须 按 设 计 要 求 对 安 全 泄 放 装 置 采 取 防霜 、 防冻保 护措施 ， 定 定期 检 查 维 修 制度 ， 制 并有 效 实施 ， 确保 安 全泄放 装 置灵敏 、 可靠 。
工 艺接 管结 构应按 Ｇ １０— ０ １ 压 力容 器》 Ｂ ５ ２ １《 要求 ， 结 构 简单 ， 少约束 ； 免结 构 形 状 突变 ， 减 避 以减 小 局 部 应 力 ； 管与 壳体 连接 焊缝 圆滑 过 渡 ， 端 内壁 倒 圆 ； 接 管 考
虑温 差 应 力 的 作 用 ， 免 产 生 过 大 温度 梯 度 ； 接 接 避 焊 头结 构设计 采用 全截 面焊 透结构 。 （） ２ 由于低 温液 体 储 罐 为 全 包 夹套 结 构 ， 用 中 使
１３ 载荷 及失效 分 析 ．
（ ） 为 使 用 单 位 提 供 失 效 模 式 和 风 险 评 估 报 ３应
告。 ３ ２ 施 焊控 制 ．
该低 温储罐 每 次充 装 时 ， 按设 计 要 求 内筒 充 满 液 氧时， 内筒压 力 ０ ７ ５Ｍ ａ 壁 温接 近 一１６ｏ 进 液管 ． ８ Ｐ 、 ９ Ｃ，
２ ２正 ０１
管 道 技 术
Ｐ ｐ ｌｎ Ｔｅ ｈ ｉ ｕ ｉｅｉｅ ｃ ｎｑ ｅ
Hale Waihona Puke ｛ 各 曼Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ
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低 温储 罐 失效 分 析及 预 防措 施
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参考文献 ：
该低 温储 罐 发 生 的 泄漏 事 故是 由于 上 部 进 液 管
根部焊缝存在大量制造未熔合 Ｊ 质 的缺 陷使上进 Ｊ ｌ 生
液 管根 部焊 缝强 度 降 低 （ 不满 足设 计 要 求 ） 。在 多 次 温 差 和其他 应力循 环 作 用 下 ， 致 上 部进 液 管 根 部 焊 导
１ １ 断 口分 析 ．
图 １ 疲 劳 失 效 断 口
（） １ 对接 接 管上半 部 断 口平 齐 ， 色 灰 暗 ， 颜 只有 在 内壁 宽约 １ｈ 呈 新 鲜 断 痕 。通 过 宏 观 检 查 ， 现 断 ｉ ｍ 发
口断 面 存 在 阶 梯 状 纹 理 ， 管 的外 壁 向 内壁 扩 展 ， 从 应 为往 复弯 曲疲 劳破 坏 。
表 １ 上 部 进 液 管材 质分 析及 对 比
应制 定有 效 的定 期 检验 方 案 ， 可采 用 内窥 镜 和压 力 如 试 验 等方 法 ， 真 空 夹层 内 的上 液 管 、 液 管 等 及 其 对 侧
连 接焊缝 实施 有效 的 定期 检 查 ， 时发 现 缺 陷 并 有效 及
预 防设备 失效 。
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ：ｏ ｔｍ ｐ ｒ ｔｒ ｔｒ ｇ ａ ｙｗ ｒ ｌｗ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｓｏ ａ ｅ ｔｎｋ；ｅ ｔｍｐｅａｔｒ ｔｅ ｓ；ａｉｕｅ ｆｉｕ ｅ； ｅ ｉｎ ｓｒ ｔｒ ｗｅｄｉ ｏｎｒ ｌ ｒ ｕ ｅ ｓｒ ｓ ｆ ｔｇ ａ ｌｒ ｄ ｓｇ ｔｕｃｕ ｅ； ｌ ｎｇ ｃ ｔｏ
（ ） 口观察 发 现疲 劳裂 纹起 始 处存 在 较 多平 滑 ２断 光洁 区域 ， 无断 裂特 征 ， 是 焊接 时形 成 的 自由表 面 。 应
为 了查 找 事 故 原 因 ， 该 低 温 储 罐 进 行 解 剖 分 对 析 。将 外筒 上 封 头 和 上 部第 一 筒 节 取 下 后 查 看 相 连 接 管情 况 。发现 上部 充装 接 管 发 生 断裂 （ 与下 部 外 壳
