液化气体罐车防波板装置开裂原因分析及安全性分析

液化气体汽车罐车防波板装置开裂原因分析

张永红　乌永祥

陕西省锅炉压力容器检验所

1　前　言

我所2007年共检验液化气体汽车罐车240多台，其中80％存在防波板装置开裂缺陷，针对防波板座（垫板）与筒体连接角焊缝出现开裂情况，共发检验意见通知书55份。这里谈谈罐车防波板装置角焊缝开裂、脱落形成原因。

2　缺陷类别及分布情况

防波板与板座的连接方法一般为焊接、螺栓连接和一侧焊接、另一侧螺栓连接三种形式，板座（垫板或角钢）与筒体采用焊接连接，如图1所示。

图1　防波板与板座的连接示意图

表1为我所2007年3份检验意见书中表述的缺陷部位、性质及程度。

从表1可看出，防波板装置缺陷多为防波板裂纹、防波板从螺栓孔处撕裂或断裂、防波板座与筒体连接角焊缝脱焊或开裂、防波板与板座连接角焊缝开裂等，而且缺陷又多出现在介质最高液位以下、防波板和板座下部。

表1　防波板开裂缺陷部位、性质及程度

3　缺陷的危害

（1）对于防波板与板座采用螺栓连接的，在防波板和螺栓孔处撕裂和断掉，螺栓全部松动或部分螺栓脱落，有时甚至发现全部螺栓脱落，导致防波板掉落至罐车底部，在罐车行驶时，防波板极易在罐底自由移动。检验中常常发现掉落至罐底的防波板撞坏装在罐底的紧急切断阀、温度计护套的现象。所以防波板两侧采用螺栓连接以及一侧采用螺栓连接另一侧采用焊接都不是好方法。

（2）对于防波板自身开裂或与板座连接角焊缝处开裂，开裂会继续延伸，如果不及时处理防波板会断掉，这块防波板作用减弱，同时防波板另一侧也会很快断裂，或在板座与筒体连接角焊缝处开裂。板座与筒体连接角焊缝开裂，裂纹可能会延伸至筒体母材，以致产生较为严重的安全隐患，危及罐车的安全运行。

（3）对于防波板掉至罐底或一侧断掉时，介质对其他防波板冲击增大，加速了防波板的破坏，同时罐车在行驶时稳定性变差，影响安全运行。

4　原因分析(www.xing528.com)

（1）焊接质量不佳。因为不属于受压元件，所以制造时往往对筒体与板座、板座与防波板角焊缝质量不够重视。在上述缺陷检查时发现部分角焊缝存在虚焊、未熔合等缺陷。

（2）角焊缝的几何尺寸不足。由于板座和防波板几何尺寸所限，使得角焊缝长度和焊角高度不足，导致受力截面不足，各连接面承载小。

（3）存在拘束应力。筒体与板座（或垫板）连接角焊缝虽然进行了焊后热处理，但防波板与板座采用焊接或螺栓连接都属于刚性连接，所以筒体与板座，板座与防波板的连接处最终都存在拘束应力。

（4）存在交变应力。按《压力容器安全技术监察规程》第38条，罐体每个防波段的容积不得大于3m³，而常见的56m³的罐车，防波板数量为7组或8组，则防波板之间的容积大于6m3，其他容积的汽车罐车也有类似情况。介质在防波板之间反复运动，对防波板形成剧烈冲击，使得各连接部位因受断续的冲击载荷引起巨大的交变应力。

下面举例说明介质对防波板的冲击作用。

某罐车容积为56m³，其液化石油气充装量约为23 500kg，防波板为8组，罐车正常行驶速度72km/h（20m/s）。如果刹车距离为30m，则刹车约需要3s。《液化气体汽车罐车安全监察规程》第10条规定，每个防波板的有效面积应大于罐体横断面积的40％，各防波板之间液化石油气的质量m＝23 500×40％/9＝1 044Kg。由物理公式Ft＝mv得介质对防波板的冲击力F＝mv/t＝1 044×20/3＝6 960N。

（5）应力集中部位氢脆开裂。液化石油气中含有一定量的硫化氢和水，硫化氢在水溶液中发生电离：

在金属表面发生电化学反应：

氢原子H向金属表面内渗透并扩散，形成脆化层，在防波板装置应力集中部位更容易产生开裂。由于介质重心位于罐体横截面下部，溶于水的硫化氢也集中在下部，所以开裂部位多发生在防波板和板座下部。

图2　防波板改造示意图

5　建　议

（1）增加防波板数量。防波板数量应符合《压力容器安全技术监察规程》要求。防波板之容积减少，不仅可减少冲击力对防波板的影响，还可提高汽车罐车行驶稳定性。

（2）提高焊接质量以避免因焊缝缺陷引起防波板破坏。通过增加板座（筒体）尺寸，以增大角焊缝面积，来提高焊接连接处的承载能力。

（3）改刚性防波板为柔性防波板，防波板与板座采用焊接连接方式，如图2所示（应选用尺寸不同的波纹形防波板）。