摘要：液化石油气储罐在有硫化氢的潮湿条件下，容易发生腐蚀，使储罐的脆性增加，在应力条件下使得硫化物腐蚀开裂。应力腐蚀断裂有突发性，危害较大，磁粉检测在预防应力腐蚀起到重要的作用。本文简要介绍液化石油气储罐磁粉检测、应力腐蚀的基本原理及储罐的受力分析，进而归纳储罐预防应力腐蚀的相关措施。

关键词：液化石油气储罐；应力腐蚀；磁粉检测；

随着石油化工的发展，液化石油气作为基本原料和燃料，在工农商等领域都有着广泛的应用。液化石油气的组成是丙烷和丁烷，也会伴有少量的丙烯和丁烯，由于操作条件和生产工艺的不同，成分略有差异。

本文主要从应力腐蚀条件对储罐开裂影响的分析，讨论了液化石油气储罐的应力腐蚀原因、磁粉检测原理及如何预防硫化氢腐蚀以及对储罐的设备管理。

1 液化石油气储罐应力腐蚀分析

1.1 应力腐蚀简述

液化石油气储罐的液相硫化氢含大于10mg/kg 时，在湿硫化氢环境下，储罐容易发生腐蚀，硫化氢与钢材反应形成具有高渗透性的氢离子，渗透到钢材中后，可形成氢鼓包、氢致开裂等缺陷，并增加钢材的脆性，在应力下会造成硫化物应力腐蚀开裂[1][2]。

1.2 应力腐蚀特征

液化石油气储罐发生应力腐蚀开裂是在力学因素、环境因素和冶金因素共同作用下的结果。在湿硫化氢环境下，应力腐蚀易发于冶金应力集中部位缺陷处，而且应力腐蚀具有在拉应力作用下，扩展到穿透的特点。

2 电化学腐蚀分析

硫化氢在水溶液中电离：

H2S → H++ HS- → 2H+ + S2-

电化学腐蚀反应：

阳极： Fe + HS- → FeS↓ + H+ + 2e-

阴极： 2H+ + 2e- → 2[H] → H2↑

会看出H2S先电离出氢离子，氢离子体积小，储罐存储液化石油气，常温下就会向储罐内表层渗透并扩散，然后与Fe发生反应，逐渐渗透到储罐内表层，形成催化层。熔合区的塑性和致密性都相对较差，这些位置将逐渐形成催化层，在应力或载荷的作用下会形成应变开裂[4][9]。根据经验，利用磁粉探伤手段发现应力腐蚀形成裂纹与以上理论相符。

3 应力腐蚀检测

3.1 磁粉检测的原理

铁材料工件被磁化后，由于不连续性存在，使工件表层和近表层的磁力线发生局部畸变形成漏磁场，吸附施加在工件表层磁场，在一定的光照下形成看见的磁痕，从而展现出不连续性的大小、位置、形状和严重程度。

3.2 检测方法的选择

检测铁磁性材料表层微小裂纹，荧光磁粉检测是一种有效方法。其具有很高的检测准确性、灵敏度、可靠性和结果直观性，是常用且经济的无损检测方法。

通过荧光磁粉检测液化石油气储罐在湿硫化氢环境下形成的应力腐蚀，然后以金相检验方法校准，磁粉主要检测储罐的内表层，包括搭接接头、焊接接头、变形部位、几何不连续等应力集中部位。如发现储罐内表层某个部位发生了应力腐蚀，则相应的外表层也要进行检测[2]。

4 储罐应力分析

对于受内压的薄壁容器只需考虑轴向应力和环向应力，容器壁上任意一点处于二向应力状态，假设应力沿截面均匀分布，采用“材料力学”中的截面法，截取液化石油气储罐。

对于薄壁壳体，近似将内直径视作壳体中面直径，即2r。根据平衡因素，其轴向外力πr2P 与轴向内力2πrhσφ相等。即：

πr2P = 2πrhσφ 得：σφ= rP / 2h

取薄壁容器的封头半圆形部分，如图2所示。

根据平衡因素，半圆环上其 y 方向外力为2∫π/20 prcosθdθ，与作用在x 截面上y 方向内力2hσθ 相等，即：

2∫π/20 prcosθdθ= 2hσθ 得：σφ= rP / 2h

根据如上计算看出，环向应力σθ 是轴向应力σφ的2 倍[5]。这样就会了解储罐的受力情况，应力集中的部分的检测需更加仔细，维护要需更加认真。

5 预防应力腐蚀的措施

选材不当或制造、安装不规范，使不少液化石油气储罐焊缝处及附近形成裂纹，会导致液化气泄漏，并有火灾、爆炸等隐患。根据储罐应力腐蚀因素和腐蚀机理分析，提出液化石油气储罐應力腐蚀完整性管理的预防措施有：

（1）合理选材：硫化氢应力腐蚀破裂与材料的刚度、强度、成分和金相组织有密切关系。应力腐蚀的破裂敏感性与材料强度成正比，随着材料强度的提高，材料的屈服极限与破裂临界应力比值越大。实验证明，材料HB ≤ 235，采用Mn 含量在1.65% 以下普通碳素钢及低合金钢制压力容器。在设备设计时，有害元素Ni、Mn、S、P 等一定要限量，而某些防止硫化氢应力腐蚀的有利元素，如Cr、Mo、V 等，应适量加入材料[7]。

（2）严格控制硫化氢的含量，硫化氢的量应小于10-6[6]，还应在储罐的表层做防腐层处理，来防止氢离子渗入材料造成硫化氢应力腐蚀。在焊接消除应力的热处理后，不容易发生硫化氢应力腐蚀。

（3）加强维护和检查

储罐的排残装置、工艺管道、排污系统需定期保养，清除残液和硫化氢水溶液，排除发生析氢的因素。

按规定做好在线检查和年度检查，重点是有硫化氢应力腐蚀倾向设备的检查，及时掌握腐蚀情况，一旦发现氢鼓包、裂纹要及时处理，保证安全运行。

（4）发展在线检测技术

储罐进行在线检测是为了发现损伤，并确定腐蚀状况，对存在的活性缺陷和泄漏源进行检测定位，并结合超声波测厚手段，最终对储罐的结构完整性做出合理评估，为制定检维修方案提供依据，从而减少检测的盲目性，节约资金，创造更大的经济效益[8] [10]。

参考文献：

[1] 李泳泉，富阳，李智梁，等.液化石油气储罐硫化物应力腐蚀检测[J].油气储运，2010，2（29）：141-142.

[2] 王勇，李崇刚.液化石油气储罐氢鼓包分析[J].石油化工设备，2009，4（38）：95-96.

[3]李文艳，潘俊智，郭淑娴.液化石油气储罐裂纹成因分析[J].特种设备，2008，4 ：27

作者简介：

高威，男，汉族，硕士研究生，研究方向：化学（有机化学）