第五节 球形储罐安装

第八篇球形储罐安装

第一章球形储罐简介

第一节简介

球形储罐被广泛应用在石油、化工、治金等工业部门，用来贮存气体、液体及液化气（乙烯、丙烯、丙烷、氧气、氮气、石油气、液氨、液氯）及轻烃油品等。球形储罐与立式贮罐比较，在容积、压力相同，罐壁内应力最小，而且均匀，钢材消耗量一般可减少30%~45%以上。此外，球罐还具有占地面积小、基础工程量小等特点，所以国内外应用越来越广泛。

下面以2000m3球罐为例，讲述球罐的安装过程。2000m3球罐一般采用混合四带式设计，自上而下分为上极带、上温带、赤道带、下极带四部分，下设10根支柱，共计有54块球壳板组成，焊缝长度为458.4米。

第二节球形储罐的几种组焊方法比较

一、伞形架安装法安装球罐

优点：伞形架安装简单、方便。伞形架可重复利用。伞形架的重量由中心柱承担，球壳板的附加应力小，组对容易。伞形架易安装易拆除，节约安装时间。

缺点：由于有中心柱的存在，球罐整体焊接后才能安装下极板，容易造成组对变形。由于中心柱易失稳，该方法不能安装大型球罐。

二、脚手架法安装球罐

优点：可安装各种规格球罐，不受体积限制。

缺点：罐内需要担设满堂红脚手架，脚手架用量太大，脚手架的重量由球罐承担，球壳板的附加应力大，组对困难。

第二章球形储罐安装

第一节球罐组焊施工流程图

1、球罐基础验收

球罐安装前，应按设计图纸和基础施工单位交工资料，对基础各部分尺寸外观质量进行检查和验收。

2、受压元件的检查

2.1、坡口检查

坡口角度的允许偏差为±2°30″。

坡口表面应平滑，表面粗糙度Ra应小于或等于25μm

平面度B≤1mm

坡口表面应进行100%的渗透检测。

溶渣与氧化铁皮应消除干净，坡口表面不得有裂纹和分层等缺陷，若有缺陷时，应将缺陷彻底清除，并经渗透探伤确认没有缺陷后可修补。焊后磨平，使其保持原有坡口形状及尺寸。

若发现有不允许的缺陷，应加倍抽查；若仍有不允许的缺陷，应逐件检测。

2.2、几何尺寸检查

长度方向的弦长允许偏差不大于±2.5mm

宽度方向的弦长允许偏差不大于±2 mm

对角线方向的弦长允许偏差不大于±3 mm

球壳板曲率任何部位与样板允许间隙≤3 mm

球壳板曲率测量方法是：球壳板弦长L≥2m时，应采用样板弦长2m，球壳板弦长L＜2m时，应采用样板弦长等于球壳板弦长。

两条对角线应在同一平面上，用两直线对角测量，两直线的垂直距离不得大于5mm。

2.3、测厚检查（20%球壳板）

抽检上、下极板各不少于两块，赤道带、上温带不少于一块，每张球壳板检测不小于5点。钢板的实际厚度不得小于名义厚度减去钢板的负偏差，即不小于0.25mm。

抽查若有不合格，应加倍抽查；若仍有不合格，应逐件检测。

2.4、超声波探伤（20%球壳板）

球壳板周边100mm范围内进行全面积超声波检测抽查，上、下极板各不少于两块，赤道带、上温带不少于一块。合格等级Ⅲ合格。

若发现有不允许的缺陷，应加倍抽查；若仍有不允许的缺陷，应逐件检测。

2.5、支柱检查

用肉眼逐根检查支柱的外观，其表面不得有裂纹，折叠，轧折离层裂纹和结疤等缺陷存在。

支柱全长长度允许偏差为3mm。

支柱全长的直线度偏差应小于或等于全长的1/1000，且不应大于10mm。

支柱与支柱底板焊接后应保持垂直，其垂直度允许偏差不应超过2mm。

检查支柱上下支耳的角度，位置是否合适。

2.6、组焊件的检查

分段支柱上段与赤道板组焊后，采用弦长不小于1m的样板检查赤道板的曲率，其间隙不得大于3mm。上段支柱直线度的允许偏差为上

段支柱长度的1/1000，轴线位置偏移不应大于2mm。

第二节球罐组装

1、定位块的定位焊接

定位块除上极中板纵缝焊在外侧，其余均焊在球壳内侧，其焊接工艺同正式焊缝。焊接之前应划出定位块位置线。

2、下支柱与上支柱的组焊

首先，将带支柱的赤道板吊放于15m×10m预制平台上与下支柱组对焊接。焊接时须对称点焊和对称焊接，支柱组装成型后测量好的支柱底面到赤道带中心线的实际长度，做好记录确定相应各柱基础标高。

3、组装与调整

吊装壳板，吊装时要尽量利用定位块和专门吊具，否则利用吊耳的材质必须与球壳板材质相同。

吊装前先将上拉杆安装在支柱上耳板上，并用10#线临时将拉杆绑在支柱上，防止吊装时碰坏拉杆。

从零度开始吊装，首先吊装靠近零度的第一块带支柱的赤道板，使其安装在相应十字线上，为防止倾倒，用3根钢丝绳临时拉住，用经纬仪测量，调好支柱垂直度。第二块板吊装仍是靠近零度的带支柱的赤道板，使其安装在与已就位的第一根支柱相邻的基础墩中心线上，并用两根钢丝绳里、外方向拉住，找好支柱垂直度，此时可将两支柱间拉杆安装好但不要调紧。第三块吊装是零度不带支柱的赤道板，插装在已就位的两块赤道板中间大致找好坡口间隙和错边，并用组装卡具加以固定。以后继续按一块带支柱的赤道板，一块不带支柱的赤道板

的顺序进行吊装，直到赤道板闭合。

赤道带是整个球罐的基准带，对其他各带组焊质量影响很大，要精心调整，调整内容：赤道带水平度、对接焊缝坡口间隙、棱角量、错边量、椭圆度、支柱垂直度和上、下环口的平齐等项目，为防止组装时产生过大的附加应力，禁止强力组装。

调整拉杆，使支柱垂直度、赤道带椭圆度达到标准要求。

然后按同样方法组装其它各带。

第三节焊接

一、焊材的检验

1、球罐使用的焊条必须具有质量证明书。

2、按规格及批号对焊材进行检验。测定方法按GB3965—83甘油法进行。

二、焊接工艺评定

●按GB12337-1998 《钢制球形储罐》及JB/T4708-2000 《钢

制压力容器焊接工艺评定》中的规定，进行对接焊缝焊接工

艺评定。

●焊接工艺评定过程，按所拟定焊接工艺指导书进行试件施焊

及机械性能的试验来测定所拟定工艺指导书的焊接接头的

使用性，提出综合性焊接工艺评定报告。

●焊接工艺评定和作业指导书可以进行延用。

三、焊工管理

●参加球罐焊接的焊工，必须持有技术监督部门颁发的有效期

内焊工合格证。合格证的项目必须与球罐施焊位置相符，焊

工本身具备良好思想素质及身体素质。

●焊工在球罐施焊过程中，必须严格按着焊接工艺过程卡规定

的程序、工艺参数进行施焊。

四、焊接线能量的控制

●线能量的计算

Q = 60IU/V

式中Q—焊接线能量，单位J/cm

I—焊接电流，单位A

U—电弧电压，单位V

V—焊接速度，单位cm/min

焊接过程中，焊接工程师要严格测定每名焊工的焊接线能量，及时纠正焊接工艺错误，并做好记录。

五、焊条的管理

●焊条正确管理并合理的使用，是保证焊接质量的重要环节之

一。现场设有二级焊材库，库房应通风良好。

●焊条烘干：E5015焊条烘干温度350—400℃，恒温1小时，

温度降至100-150℃时应转入恒温箱内，恒温在100-150℃，

焊条从恒温箱中取出放在焊条保温筒内，取出的焊条应在4

小时用完，4小时未用完焊条要重新烘干，焊条烘干的次数

不超过二次。

六、球罐施焊环境要求

球罐在施焊前当出现下列任一情况时应采取有效防护措施后，方可施焊。

●相对湿度大于90%时。

●环境温度在-5℃以下时。

七、产品焊接试板

●试板材质及厚度与球壳板相同，试板的尺寸为360mm×

650mm

●每台球罐应按施焊位置（横、立、平+仰）各做一块产品试板，

且试板与球罐一起进行热处理。

●试板应由施焊球罐的焊工，采用施焊球罐时相同的条件和相

同的焊接工艺焊接。

●试板焊完后进行外观检查，并进行100%射线探伤（Ⅱ级合格）

或超声探伤（Ⅰ级合格），取样时可避开缺陷。

●焊接试板的拉伸、弯曲性能试验如不合格，允许对不合格的

项目取双倍试样进行复验。冲击试验结果不符合要求时，可

再取一组（3个）试样进行试验，合格指标为：前后两组6

个试样的冲击功平均值不低于规定值，允许有两个试样的冲

击功小于规定值其中小于规定值70%的只允许有一个。

八、焊缝名称及编号

●焊缝名称编号

九、焊接

●定位焊

（1）定位焊必须在球壳体、直径、椭圆度、棱角度、错边量和坡口间隙等调整合格后进行。

（2）纵焊缝定位焊一定要从焊缝中心向两端进行，环焊缝固定焊从0°开始逆时针进行。

（3）定位焊在初焊层的背面，焊接工艺与球罐的正式焊接工艺相同，出现裂纹时必须清除。

（4）定位焊为每间隔250—300mm焊接长度大于50mm，但丁字缝处以纵缝为中心向两方向间隔50mm焊150mm。

（5）球罐所用定位块、限位块及卡具等临时固件的焊接与定位焊相同。定位焊时必须在焊接处引弧，注意不要产生咬肉和电

弧擦伤球壳板。

●焊接程序

为了减少焊接变形和焊接应力，球罐施焊程序总的原则是先焊纵缝后焊环缝，先焊大坡口，后焊小坡口。

焊接顺序为：赤道带纵缝外侧焊接→上温带纵缝外侧焊接→上极顶外

侧焊接→下极顶外侧焊接→上大环缝外侧焊接→下小环缝外侧焊接→上小环缝外侧焊接→赤道带纵缝内侧焊接→上温带纵缝内侧焊接→上极顶内侧焊接→下极顶内侧焊接→上大环缝内侧焊接→下小环缝内侧焊接→上小环缝内侧焊接。

气刨清根

球壳板的外侧焊完后内侧焊前必须用碳弧气刨清根，碳棒使用φ6mm、φ10 mm两种，电源采用ZXG-650硅整流焊机，焊接电流在（35-50）d范围内（其中d为碳棒直径），采用直流正接，气刨速度以0.5-1.2mm/min为宜，碳棒伸出导电嘴长度为50-80mm。刨槽形状为U形，一次刨削宽度为d+（1~2）mm，刨槽内不得有夹碳、铜斑等现象，对于氧化渣、夹碳、铜斑等必须用角向磨光机打磨掉，并进行着色检验合格才能焊接。

十、防变形措施

（1）严格球壳板进场检验，确保每一块球壳板的曲率都符合要求。（2）细化定位块排列分布图，必须满足能保证每一条焊缝的间隙、错边量、棱角量均可进行调整。

（3）组装后，对球罐整体进行检查，符合要求后再进行点焊。（4）正式焊接时，必须专人负责，统一安排，杜绝个人随意焊接。（5）在容易变形的丁字焊缝处，内侧在焊接时卡具不许拆除。（6）焊接时对球罐的棱角量进行跟踪监控，防止出现棱角超差。（7）严禁在球壳板表面进行引弧，随意焊接其它临固件。

十一、焊后质量检验

（1）焊后形成的棱角度（用弧长为1000mm样板检查），E值不得大于10mm。球壳两板间的净距与球壳设计内直径之差和赤道截面最大内直径与最小直径之差，均应小于球壳设计内径的

0.7％且不大于80mm。

（2）焊缝表面的几何尺寸及外观的要求：

焊缝表面不得有裂纹、咬边、气孔、弧坑和夹渣等缺陷，并不得留有熔渣与飞溅物。

（3）内部缺陷检查

球壳板对接焊缝按GB4730-94进行100％射线探伤检验，合格标准为Ⅱ级。

十二、球壳板表面缺陷的修复

（1）电弧擦伤或机械操作和夹具焊接等原因在使球板表面出现了缺陷，凡是大于2mm深的缺陷应补焊，每处的补焊面积应在50cm2之内。

（2）同一张球壳板有多处需补焊时，每处的间隔应大于50 mm，修补总面积不得超过球壳板面积的5％。

（3）修补的焊接与相应焊缝的焊接工艺相同。

十三、焊缝内部缺陷的修复

（1）焊缝内部缺陷返修：通过底片及超声波探伤来确定焊缝内部或外部缺陷的位置、深度，为此确定内侧或外侧返修且清除缺陷深度不得超过球壳厚度的2/3。

用碳弧气刨将表面焊肉刨去，清除缺陷，刨槽要比缺陷长，即最小长

度不得小于50mm，经打磨着色检验无缺陷后进行焊接。

（2）补焊后进行100%射线探伤，参加返修的焊工要求技术高，有丰富实际经验，要严格执行返修工艺规范。

同一部位焊缝返修的次数不能超过两次，当超过两次时必须采用可行的技术措施，并经总工程师批准后方可施焊。

第四节球罐热处理

一、热处理方法及目的

（1）由于焊接有残余应力，热处理目的就是消除残余应力，改善球罐的使用性能，如防止焊缝硬化裂纹和延迟裂纹，使焊接硬化区软化和改善塑性和韧性，降低氢腐蚀敏感性。

（2）由于焊缝金属的收缩以及整个焊缝区域的不均匀受热和冷却，从而在焊缝附近产生残余应力的不利状态，加上焊缝的热影响区有较大的淬硬倾向和焊缝中残余氢的存在，所以增加焊后延迟裂纹和在使用过程产生冷裂纹的危险，同时也会使焊接接头的脆性转变温度提高，低温韧性变化，为避免上述危险，改善球罐性能。因此对球罐进行整体热处理。

二、热处理工艺

钢材及合金为消除应力而施行的退火称为应力退火。去应力退火一般在稍高于再结晶温度下进行，不同钢材的热处理温度，在图样上有明文规定。

加热时在300℃以上，升温宜在50-80℃/h范围内，降温时从625±25℃至300℃的降温速度宜控制在30-50℃/h之间，300℃以下应在

空气中自然冷却；在300℃以上的升温和降温阶段，球壳表面上相邻两测温点温差不大于130℃，恒温时间150min，依据上述原则绘制出理论热处理工艺曲线。

三、测温系统

（1）测温点

《球罐施工及验收》GB50094-98规定测温点应均匀分布在球壳体表面，相邻测温点的间距宜在4.5m内，其中距上、下人孔与球壳板环焊缝边缘200mm以内各设一个测温点，在赤道带上距赤道上端300mm位置布置三块试板，各设1个测温点，上极板、下极板再各设2个测温点。

（2）热电偶

热电偶采用镍铬、镍硅、补偿导线采用铜和康铜，其分度号EV-2，采用M16螺母，开4×4方槽为安装热电偶靴座，把开槽螺母点焊在测点部位的球壳上，靴座缺口为径线方向，点焊力求小，便于消除磨光。

热电偶安装前检查电偶丝有无开路、短路，并标上热电偶的极性。热电偶安装后，把冷端的联结座固定在保温壳型钢上，按极性与补偿导线要固定。

加热时，随时注意各热电偶指示读数和温升曲线变化，并随时检测保温层外则温度，发现局部散热严重，应采取补救措施。

（3）温度记录

采用自动温度记录仪。

（4）保温结构示意图如下：

钢带，—30×4扁钢

球罐热处理加热和冷却引起热膨账和冷收缩将使支柱向外向内移动，但由于磨擦力的存在，柱脚不能随柱头移动，致使柱头与球板的相贯焊接焊缝产生过大的应力，并引起不允许的永久塑性变形，因此，必须在球罐热处理加热和冷却过程中随时调整柱脚位置，以保持其垂直度。

（1）柱头膨胀和收缩的测量

在球罐加热过程中，温度每变化100℃应调整一次柱脚。并做好记录。（2）柱脚移动装置

在支柱底板间加黄油，以便在热处理过程中支柱滑移，减少支柱摩擦力，防止产生塑性变形。