低温罐作为存储液态氧、液态氮、液化天然气（LNG）等低温介质（温度通常低于 - 160℃）的核心设备，其焊接处（如罐体对接焊缝、接管与罐体连接焊缝）是泄漏高发部位。焊接处泄漏不仅会导致低温介质损耗（如 LNG 泄漏量达 1%/ 天，年损失超百万元），还可能引发严重安全事故 —— 低温介质泄漏会导致周边金属材料脆裂，若介质为易燃易爆型（如 LNG），遇火源易引发爆炸；同时，低温气体扩散会造成人员冻伤、窒息风险。因此，精准识别焊接处泄漏类型，掌握科学的修复方法与安全操作规范，对保障低温罐运行安全至关重要。本文从泄漏原因分析、修复方法分类、安全操作流程三个层面，系统阐述低温罐焊接处泄漏的全流程修复方案。
一、低温罐焊接处泄漏的类型与核心诱因
低温罐焊接处泄漏的形成与焊接质量、工况条件、维护不当等因素密切相关，不同类型的泄漏对应不同诱因，需针对性制定修复策略。根据现场检测数据，泄漏主要分为 “渗透型泄漏”“裂纹型泄漏”“腐蚀型泄漏” 三类。
（一）渗透型泄漏：焊接缺陷导致的微量泄漏
渗透型泄漏表现为低温介质从焊缝内部微小孔隙缓慢渗出，泄漏量小（通常＜0.1L/h），初期易被忽视，但长期运行会加剧焊缝劣化。其核心诱因是焊接过程中的工艺缺陷：
焊缝气孔：焊接时保护气体（如氩气）纯度不足（＜99.99%）、坡口清理不彻底（残留油污、铁锈），导致熔池中产生气体无法逸出，形成直径 0.1-1mm 的气孔。低温介质会通过这些气孔缓慢渗透，在焊缝表面形成结霜（如 LNG 泄漏时，空气中水分遇低温结霜）；
未熔合 / 未焊透：焊接电流过小（如低于 120A）、焊接速度过快（＞15cm/min），导致焊缝金属与母材、多层焊道之间未充分熔合，形成微小缝隙（宽度 0.05-0.2mm）。这类缝隙在低温工况下，因金属热收缩会略微扩大，成为介质渗透通道；
焊道咬边：焊接时电弧偏离焊道中心，导致母材边缘被电弧熔化后未被填充，形成深度 0.5-1mm 的沟槽。咬边处应力集中，低温下易产生微小裂纹，进而发展为渗透泄漏。
渗透型泄漏多发生在新投用或运行 3 年内的低温罐，常见于接管与罐体连接的角焊缝处，需通过氦质谱检漏仪（检漏精度≤1×10⁻¹⁰Pa・m³/s）才能精准定位。
（二）裂纹型泄漏：应力与低温导致的结构性泄漏
裂纹型泄漏表现为焊缝处出现明显裂纹（长度 1-100mm，宽度 0.1-1mm），泄漏量随裂纹扩展快速增大，是低温罐危险的泄漏类型。其核心诱因是 “应力叠加 + 低温脆化”：
焊接残余应力：焊接过程中焊缝金属冷却收缩不均匀，产生残余应力（通常达 200-300MPa），若未进行焊后热处理（如低温罐常用的 16MnDR 钢，焊后需 600-650℃去应力退火），残余应力会长期存在。低温工况下，金属材料塑性下降，残余应力超过材料屈服强度，导致焊缝开裂；
热循环应力：低温罐频繁启停（如每天充装、放空）会导致焊缝处温度剧烈波动（从 - 160℃升至常温），金属反复热胀冷缩，产生疲劳应力。当疲劳应力超过材料疲劳极限（如 16MnDR 钢低温疲劳极限约 150MPa），焊缝会出现疲劳裂纹，且裂纹会随启停次数增加而扩展；
低温脆化：多数低温罐用钢（如 16MnDR、09MnNiDR）在低温下会发生 “韧脆转变”，当温度低于韧脆转变温度（约 - 40℃至 - 60℃），材料从韧性状态变为脆性状态，受轻微外力（如罐体振动）即可导致焊缝开裂。
裂纹型泄漏多发生在运行 5 年以上的低温罐，常见于罐体环向焊缝、支座与罐体连接焊缝处，泄漏时伴随明显的低温气体喷射声，焊缝表面有白色结霜带。
（三）腐蚀型泄漏：介质与环境导致的焊缝腐蚀
腐蚀型泄漏表现为焊缝金属被腐蚀变薄，形成孔洞或沟槽，泄漏量随腐蚀程度加剧而增大。其核心诱因是 “介质腐蚀 + 环境侵蚀”：
介质腐蚀：若存储介质含腐蚀性成分（如液态氧中含微量 H₂O₂、液化天然气中含微量 H₂S），会对焊缝金属产生化学腐蚀 ——H₂O₂会氧化焊缝中的 Fe 元素，生成 Fe₂O₃腐蚀产物，导致焊缝变薄；H₂S 会与焊缝中的 Mn 元素反应，生成 MnS 疏松产物，形成腐蚀孔洞；
电化学腐蚀：焊缝金属与母材的化学成分差异（如焊缝含 Cr 量高于母材），在潮湿环境中会形成原电池，焊缝成为阳极被腐蚀。例如，低温罐外表面焊缝在雨水、露水作用下，会发生电化学腐蚀，形成宽度 0.2-0.5mm 的腐蚀沟槽；
应力腐蚀：焊接残余应力与腐蚀介质共同作用，会导致焊缝发生应力腐蚀开裂（SCC）。例如，存储液态二氧化碳的低温罐，焊缝在残余应力与 CO₂水溶液（碳酸）作用下，会产生应力腐蚀裂纹，裂纹沿焊缝晶界扩展，终导致泄漏。
腐蚀型泄漏多发生在存储腐蚀性介质或长期暴露在潮湿环境中的低温罐，常见于罐体底部焊缝、接管法兰焊接处，泄漏部位伴随明显的腐蚀锈迹或产物。
二、低温罐焊接处泄漏的修复方法分类与适用场景
根据泄漏类型、泄漏量、低温罐运行状态（在线 / 离线），低温罐焊接处泄漏的修复方法可分为 “应急封堵修复”“在线焊接修复”“离线彻底修复” 三类，不同方法的操作流程、适用场景存在显著差异，需精准匹配。
（一）应急封堵修复：快速控制泄漏的临时措施
应急封堵修复适用于泄漏量较小（＜1L/h）、无法立即停机的场景，核心目标是快速阻止介质泄漏，为后续彻底修复争取时间。常用方法包括 “机械封堵”“密封胶封堵” 两种：
1. 机械封堵：物理挤压式临时密封
机械封堵通过金属夹具、密封垫对泄漏点施加压力，实现临时密封，适用于渗透型泄漏、小型裂纹泄漏（长度＜5mm）：
夹具选型与安装：根据泄漏部位形状（如直管焊缝、角焊缝）选择适配的封堵夹具 —— 直管焊缝选用 “半环形夹具”（材质为 304 不锈钢，内壁粘贴耐低温密封垫，如聚四氟乙烯垫，耐温 - 200℃）；角焊缝选用 “L 形夹具”（材质为 316L 不锈钢，密封垫为耐低温丁腈橡胶，耐温 - 60℃）。安装时，先清理泄漏部位表面（用无水乙醇擦拭，去除结霜、油污），将夹具覆盖泄漏点，用螺栓均匀拧紧夹具（螺栓力矩按规格设定，如 M10 螺栓力矩 30-40N・m），使密封垫与泄漏点紧密贴合，直至泄漏停止；
适用限制：机械封堵的密封压力有限（通常≤0.6MPa），不适用于高压低温罐（设计压力＞1.0MPa）；密封垫耐低温性能有限，不适用于存储液态氦（-269℃）、液态氢（-253℃）的超低温罐；封堵有效期短（通常≤3 个月），需定期检查夹具螺栓力矩，防止密封垫老化失效。
2. 密封胶封堵：化学填充式临时密封
密封胶封堵通过耐低温密封胶填充泄漏缝隙，实现临时密封，适用于渗透型泄漏、小型腐蚀泄漏（孔洞直径＜1mm）：
密封胶选型与施工：选择耐低温、耐介质的密封胶 —— 存储液态氧、液态氮时，选用硅酮类耐低温密封胶（耐温 - 60℃至 200℃，氧指数≥30%，避免燃烧风险）；存储液化天然气时，选用聚氨酯类耐低温密封胶（耐温 - 80℃至 120℃，耐 LNG 溶胀率＜5%）。施工前，先清理泄漏部位（用砂纸打磨表面，去除腐蚀产物、结霜，露出金属本色），用无水乙醇清洗表面；待表面干燥后，将密封胶均匀涂抹在泄漏点及周边 50mm 范围内（涂抹厚度≥5mm，形成密封胶层）；静置固化（硅酮胶固化时间≥24 小时，聚氨酯胶固化时间≥12 小时），固化后用肥皂水检测泄漏是否停止；
适用限制：密封胶不耐高压（通常≤0.4MPa），不适用于高压低温罐；密封胶与介质的相容性需严格验证（如部分密封胶会被液态氧溶解，导致封堵失效）；封堵有效期短（通常≤6 个月），需避免密封胶长期接触高温环境（＞80℃），防止老化开裂。
（二）在线焊接修复：不停机状态下的局部修复
在线焊接修复适用于泄漏量中等（1-10L/h）、可控制介质压力的场景（如将罐内压力降至 0.2MPa 以下），核心目标是通过焊接填补泄漏缺陷，实现较长周期的密封（有效期≥1 年）。常用方法包括 “补焊修复”“堆焊修复” 两种，需严格控制焊接过程中的温度，避免损伤低温罐母材。
1. 补焊修复：针对小型缺陷的局部焊接
补焊修复适用于小型裂纹（长度 5-20mm）、未焊透、气孔等缺陷，操作流程如下：
预处理与保护：先将罐内介质压力降至 0.1-0.2MPa（通过泄压阀缓慢泄压，避免压力骤降导致罐体变形），用干燥氮气（纯度≥99.99%）对泄漏部位进行吹扫（流速≥5m/s），去除泄漏介质与空气中的水分，防止焊接时产生气孔；在泄漏部位周边安装防护挡板（材质为耐高温陶瓷，厚度≥5mm），避免焊接火花引燃泄漏介质（如 LNG）；
焊接参数设定：根据母材材质（如 16MnDR 钢）选择适配的焊接材料 —— 焊丝选用 H08Mn2SiA（直径 2.0mm），焊条选用 J507RH（低氢型，烘干温度 350℃，保温 1 小时）；焊接电流控制在 80-120A，焊接电压 18-22V，焊接速度 8-12cm/min，采用小线能量焊接，避免母材过热（焊接热影响区温度≤300℃，防止母材脆化）；
补焊操作与检测：采用 “分段退焊法”（每段焊接长度 50-100mm，分段冷却至常温后再焊下一段），减少焊接残余应力；焊接完成后，用角磨机打磨焊缝表面，去除焊瘤、飞溅，使焊缝表面平整；采用氦质谱检漏仪检测修复部位，确保检漏精度≤1×10⁻¹⁰Pa・m³/s，无泄漏后，缓慢恢复罐内压力（升压速率≤0.05MPa/min）。
2. 堆焊修复：针对腐蚀、磨损的焊缝强化
堆焊修复适用于焊缝腐蚀变薄（厚度减少＞2mm）、大面积渗透型泄漏的场景，操作流程如下：
表面预处理：先将罐内介质压力降至 0.1MPa 以下，用砂纸、钢丝刷清理泄漏部位表面的腐蚀产物、结霜，露出新鲜金属表面；用超声波测厚仪测量焊缝剩余厚度，确定堆焊层厚度（通常堆焊厚度 2-4mm，确保堆焊后焊缝厚度不低于设计值）；
堆焊材料与参数：根据介质腐蚀性选择堆焊材料 —— 存储腐蚀性介质（如含 H₂S 的液化天然气）时，选用 ER309L 不锈钢焊丝（含 Cr23%、Ni13%，耐腐蚀性强）；存储非腐蚀性介质（如液态氮）时，选用 ER50-6 焊丝（与母材匹配性好）；堆焊电流控制在 120-150A，焊接电压 22-25V，采用多层多道堆焊（每道堆焊厚度 1-1.5mm），每道焊后用压缩空气冷却至常温（避免层间温度过高）；
堆焊后处理：堆焊完成后，对焊缝进行打磨（表面粗糙度 Ra≤6.3μm），用渗透检测（PT）检查堆焊层是否存在裂纹、气孔；用超声波测厚仪检测堆焊层厚度，确保符合要求；用氦质谱检漏仪检测泄漏，无泄漏后恢复罐内压力。
（三）离线彻底修复：停机状态下的全面修复
离线彻底修复适用于泄漏量较大（＞10L/h）、裂纹长度＞20mm 或腐蚀严重的场景，需将低温罐完全停机、排空介质，进行彻底修复，确保长期安全运行（有效期≥5 年）。常用方法包括 “焊缝挖补修复”“整体更换焊接段” 两种：
1. 焊缝挖补修复：去除缺陷后的重新焊接
焊缝挖补修复适用于中型裂纹（长度 20-50mm）、严重未焊透、大面积气孔的场景，操作流程如下：
罐内介质处理与置换：先关闭低温罐进料阀，打开放空阀将介质排空（放空时需通过火炬系统燃烧易燃易爆介质，如 LNG）；用干燥氮气对罐内进行置换（氮气通入量为罐容的 3-5 倍），直至罐内氧含量≤1%（防止焊接时发生爆炸）；进入罐内作业前，需进行通风（通风时间≥2 小时），检测罐内有毒有害气体浓度（如 H₂S≤10ppm），确保符合安全作业要求；
缺陷清除与坡口加工：采用碳弧气刨（碳棒直径 6-8mm，电流 200-250A）清除泄漏焊缝的缺陷部位，刨削深度需超过缺陷深度 1-2mm，确保完全去除缺陷；用角磨机将刨削后的坡口打磨平整，坡口角度按设计要求加工（如 V 形坡口角度 60°-70°，钝边厚度 2-3mm）；用渗透检测（PT）检查坡口表面，确保无裂纹、气孔等缺陷；
重新焊接与焊后处理：采用手工电弧焊或埋弧焊进行重新焊接 —— 手工电弧焊选用 J507RH 焊条（烘干后使用），埋弧焊选用 H08MnA 焊丝配合 HJ431 焊剂；焊接时严格控制层间温度（≤250℃），采用多层多道焊，每道焊后进行外观检查；焊接完成后，对焊缝进行焊后热处理（16MnDR 钢加热至 600-650℃，保温 2 小时，降温速率≤50℃/h），消除焊接残余应力；进行无损检测（RT 射线检测，Ⅰ 级合格）、氦质谱检漏（无泄漏）、水压试验（试验压力为设计压力的 1.25 倍，保压 30 分钟无压降）。
2. 整体更换焊接段：腐蚀、裂纹严重时的彻底更换
整体更换焊接段适用于焊缝腐蚀严重（厚度减少＞50%）、裂纹长度＞50mm 或焊缝多次修复仍泄漏的场景，操作流程如下：
旧焊接段切割与移除：根据缺陷范围确定更换段长度（通常比缺陷范围大 100-200mm），用等离子切割机（切割电流 300-400A）切割旧焊接段，切割时需在切割部位两侧安装临时支撑（材质为 Q235 钢，确保罐体变形量≤2mm/m）；移除旧焊接段后，用角磨机打磨切割口，去除毛刺、氧化铁，确保切割口平整；
新焊接段预制与安装：根据罐体材质、规格预制新焊接段（如采用卷板机卷制，焊接成型后进行无损检测）；将新焊接段吊装到位，调整其与罐体的同轴度（偏差≤0.5mm/m）、垂直度（偏差≤1mm/m），用临时点焊固定（点焊长度 50-100mm，间距 200-300mm）；
焊接与质量验证：采用埋弧焊进行环向焊缝焊接（焊丝 H08MnA，焊剂 HJ431），焊接参数按工艺文件设定（电流 600-800A，电压 30-35V，焊接速度 30-40cm/min）；焊接完成后，进行焊后热处理、无损检测（RT+UT，Ⅰ 级合格）、氦质谱检漏、水压试验，确保所有指标符合设计要求；进行罐体抽真空（若为真空绝热低温罐），真空度需达到设计要求（如≤1×10⁻³Pa）。
苏公网安备32102302010786号