2000立方米球罐安装方案解析

第五节球罐安装施工方案

一、编制依据

由于无详细的球罐装配图纸，本方案根据以往的经验进行编制，若球罐材质与设计不符，施工时另行编制详细的施工方案

1、 GB12337-1998《钢制球形储罐》；

2、GB150-1998《钢制压力容器》；

3、《压力容器安全技术监察规程》(1999版)；

4、JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》；

5、JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》；

6、《锅炉压力容器焊工考试规则》（劳动部）；

7、B4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》

8、SHJ505-87《炼油、化工施工安全规程》；

二、主要的施工程序和方法

1、主要的施工程序

施工准备→基础验收→球皮验收→球罐组装→球罐焊接→焊缝检测、返修→球罐热处理→水压试验→气密性试验→球罐防腐、保温→交工验收

2、主要的施工方法

2.1焊接采用手工电弧焊

2.2球皮吊装采用80吨汽车吊

2.3焊缝预热采用电加热带进行加热

2.4焊缝清根采用碳弧气刨

2.5球罐焊缝热处理采用整体热处理法

三、施工准备

1、球罐资料的审查

资料审查包括三个方面，即球罐制造半成品的合格证书资料、球罐基础的完工资料利球罐安装单位应具备的施工资质及制定的施工文件资料等。

2、基础的检查和验收

标准如下(见下图1和表1)

图1基础示意图

表1

3、到现场的球壳板逐张进行下列各项复验并作好记录

3.1曲率检查

根据规范的要求，分别制作二个弧度的样板，横向弧度板的弧长应为1．5m，纵向弧度样板的弧长应为2m，曲率允差≤3mm。

3.2 坡口检查

坡口表而平滑，坡口钝边及坡口深度的允许偏差为±1．5mm，坡口表面不允许有裂纹、分层等缺陷。该球罐坡口为不对称型X坡口，其角度为60°±5°和55°±5°，坡口角度的允许偏差±2°30′。和用坡口检验尺检验内，外坡口，每道坡检测5点。

3.3 几何尺寸检查(见表三)

3.4测厚检查

球壳板厚度应进行检查，实测厚度不得小于名义厚度减去钢板负偏差。抽查数量为赤道带4块，上、下极带各2块，每张球壳板的检测不应小于5点。

抽查若有不合格，应加倍抽查，若仍有不合格，应对球壳板逐张检查。

3.5外观检查

壳板表面应平滑，机械损伤等造成的局部凹凸度应不大于1mm。壳扳表面不应有伤痕、锈蚀和压坑裂纹等缺陷。

3.6内部缺陷的检查

球壳板周边100毫米范围内应进行全面积超声检测抽查，抽齐数量不得少于球先板总数的20％，且每带不应小于2块，上下极带不应少于1块(赤道带4块，上、下极带

各2块)；球壳板超声抽查数量与周边抽查数量相同；按JB4730-94Ⅲ级合格。如发现超标缺陷加倍再检。再有超标现象应100％进行检查，不合格壳板严禁使用。

4 附件的检验

4.1 支柱的弯曲度应小于或等于H／1000(H为支柱高度)。

4.2人孔、拉杆、法兰等所有制造厂供件应符合图纸的有关规定和规范。

4.3 所有配件的测查、防腐均应良好，法兰的密封面和螺纹部分不得有锈蚀及机械损伤等缺陷。在球罐资料、球罐基础、球壳板、支柱、密封构料、焊材、球罐附件和球罐预制品组合件等项的验收合格后，方可进行球罐的组装工作。

四、球罐的组装

1、支柱的连接

柱脚与杜头的连接，在平台上组装并焊接完毕。用水准仪测出赤道带的四个角及柱脚二处位置计六个水准点标高。要求六个水准点水平差小于3mm，以保证柱脚下段与赤道板直线性和垂直度。

支柱组对尺寸允许偏差；

2、卡具方铁的焊接

方铁定位块的布置，坚持以少为原则，根据球壳板的几何尺寸情况来确定方铁的数量。所有方铁均焊在球壳板内侧，每块方铁封焊三面，背向锤着力面，其焊接参数与正式焊接工艺参数一致。

3、各带板组装

由于2000m3球罐公称直径较大，必须采用散片分带组装，组装顺序为：赤道带利柱脚，上极带，下极带，附件。根据先板的曲率、对角线、弧长尺寸等大小情况，合理布

置，既防止曲率大与曲率大、曲率小与曲率小的壳板相邻，造成棱角度和错边的超差。其中，赤道板是球罐组装的基准，其质量的优劣直接影响以下各道工序的质量乃至球罐整体的质量。用专用卡具进行赤道板的调圆、校正，使组对棱角度、对口间隙、标高、水平度、椭圆度、环口平齐度均符合规范要求和质量标准。

赤道带板调整合格以后，先吊装下极带板，再吊装上极带板。焊缝对口间隙2±2mm；对口错边量不大于3mm：对接接头的棱角度不大于7mm：组装后球罐的最大直径与最小直径之差小于47mm，支柱垂直度允许偏差15mm。

五、球罐的焊接

球罐选用的母材为国产16MnR的钢板，焊条选用 E5015，球罐系手工电弧焊、全位置焊接，焊缝数量大。为了确保焊缝质量，施焊前须做抗裂性试验，进行焊接工艺评定；选用持证合格的焊工施焊；焊条严格进行烘干和保管：达到施焊条件才可进行焊接。

球罐安装的质量关键是焊接质量，整个施焊阶段必须对焊工、焊条、焊接工艺、焊接环境、缺陷返修等环节进行严格控制和管理。

1、焊工管理

焊工必须持有劳动部门签发的在有效期限内相应位置的锅炉压力容器焊工合格证。

焊工资质在正式施焊前应向监理、监检报批。

选择掌握在型球罐焊接工艺及长期参加16MnR铜焊接有经验的扰秀焊工。

2、焊条管理

焊接材料为E5015碱性低氢型电焊条。

焊条使用前应逐包抽查，抽查药皮是否脱落，钢芯是否生锈，并按批号对焊条进行扩散氢测定，入库前应由质量证明书，抽查应做好记录，扩散氢试验应有合格报告，投用前应向监理、监检报批。

焊条使用应按说明书进行350—400℃烘烤1小时，烘干后的焊条移入150℃的恒温箱中备用。焊工一次领用焊条最多2公斤，随用随领，焊条放在保温筒内，并应在4小时内用完，做好焊条发放、回收记录。

剩余焊条可重新干燥，便重新干燥的次数不超过两次，并不冷和初次干燥的焊条推放在一起。焊条的干燥利发放、保管设专人负责，并做好记录。

3、焊接环境

当施焊环境出现下列情况且无有效保扩措施时，禁止焊接；

i、雨天或雪天；

ⅱ、风速超过8米／秒；

ⅲ、相对湿度在90％以上：

iV、焊接环境温度在-5℃及以下。

焊接环境的温度和湿度应在距罐壁表面500—1000mm处测量。环境温度和相对湿度采用干湿球温度计进行测量。

4、焊接工艺管理

4.1焊前准备

4.1.1施焊前应对焊接坡口进行检查，确认其坡口角度、对口间隙、错边量等均符合要求，并将坡口表面及两侧20mm范围内的油污、水分、锈蚀、毛刺及其它有害杂质清除干净。

4.1.2定位焊、所有预焊件、临时辅件(工卡具) 与承压件的焊接应由持证焊工焊接，使用与正式焊接相同的焊材，其焊接条件及焊接过程的管理也应与正式焊接相同。定位焊宜在气刨清根的一侧进行（即球罐内侧进行），长度为80～100mm，高度为8～10mm，间距为200～300mm，所有T、Y字接头三个方向均应进行定位焊，正式焊接时必须清除定位焊焊道，以防止缺陷存在。

4.1.3工卡具的焊接引弧、熄弧点应在工卡具焊道上，严禁在非焊接位置任意引弧和熄弧。

4.1.4方帽焊接及定位焊应在预热温度达到要求后再进行，预热必须均匀，预热采用液化石油气或氧乙炔加热。

4.2焊接前的预热

1) 焊接预热采用电加热器，从而达到均匀预热的目的。预热必须由专人负责操作，现场应配备检查完好的消防器材；

2) 焊前预热及焊后消氢处理的加热范围，应以焊缝中心为基准，每侧不应小于150mm，加热带以外部分应进行保温；预热温度为125—175℃，层间温度为125—175℃。后热温度为200—250℃，保持0.5—1小时。球罐上所有工夹具等附件在焊接时的预热温度与正式焊接工艺相同。每条焊缝测温点不得小于3对，测温采用接触式触点测温仪。

3) 热电偶及测温仪表应经计量检定合格，并在有效期内。

4.3、产品焊接试板应在球壳焊缝焊接前焊制，产品焊接试板施焊焊工由监检人员指定。产品焊接试板组对时应垫置牢固，并应采取反变形措施以防止焊接过程中产生变形。4.4、焊条在使用前应按表3.3.3的规定进行烘干，施焊现场必须使用焊条保温筒随用随取，每次领用的焊条不得超过4kg。最长使用时间不得超过4小时，若超过4小时则必须退回重新烘干，重新烘干的次数不得超过2次。

4.5、焊接顺序

正式焊接前应仔细检查定位焊处，不得有裂纹和开脱现象，为了减少焊接变形和残余应力，特制定如下焊接顺序和焊工配置。

4.5.1先焊赤道带，后焊上温带、再焊极盖。

4.5.2先焊纵缝，后焊环缝。

4.5.3同一焊缝先焊大坡口(外)一侧，然后在小坡口(内)一侧。

4.5.4焊工应按对称位置施焊，球罐赤道带、上温带各21块。球壳纵缝可由21名焊工同步、对称焊接。赤道带与上温带环缝由20名焊工同步对称施焊，焊接速度与进度应基本一致。下极盖与赤道带环缝由20名焊工同步对称施焊，上极盖与上温带环缝由20名焊工同步对称施焊。

4.6施焊操作要求

4.6.1焊接时应采取分段退步焊法，分段长度不宜超过2m，且各名焊工焊速应尽可能保证一致，这样除减少焊缝应力外，还有利于焊缝的预热和后热措施的实施。

4.6.2每层焊道引弧点错开50mm以上。焊道始端应采用后退起弧法，焊道终端应将弧坑填满。

4.6.3焊纵缝时，分段处层间接头应错开，便于段与段之间的连接焊接。纵缝两端的分段焊接时，应分别在环缝坡口内引弧、连续焊至环缝坡口内，然后在环缝焊接前将纵缝末端的焊肉打磨干净。

4.6.4焊环缝时不得以T、Y形交叉部位作为分段起始或终止点。

4.6.5每条焊缝的单侧坡口，应合理安排每天每一焊工施焊的具体长度，保证当天连续施焊直至焊完；

4.6.6焊缝清根使用碳弧气刨和砂轮机，必须完全清除根部焊道的缺陷，清除渗碳层。刨槽宽度应基本一致，深度均匀且不宜过大，气刨后用砂轮机将清根后的坡口打磨干净，经磁粉检测无缺陷后再预热施焊。

4.6.7仔细做好焊条烘烤记录、焊材发放记录、焊接记录、焊接环境等记录。

4.7、球罐焊接顺序

球罐焊接采用对称等速施焊，先焊纵缝，后焊环缝，先焊外侧，后焊内侧，每班做好焊接记录。具体焊接顺序为：赤道带板纵缝→上下极带板→上下大环缝→上下小环缝。

五、球罐组焊后的质量控制和无损探伤检测

1、焊缝的宏观检验

焊缝表面不允许有有裂纹、夹渣、气孔、凹坑、咬边等缺陷：角焊缝的焊脚尺寸应符合设计图纸要求；对接焊缝的余高应为1mm-3mm。

对球罐所有的对接焊缝进行100％X射线探伤检查及30％的超声波探伤抽查(丁字焊缝进行100％UT)。对接焊缝内外表面和工装卡具留下的焊痕、支撑垫板的焊缝进行100％的表而磁粉探伤检查：对不能进行磁粉探伤检查的角焊缝，进行着色检查。球罐主体焊缝的内外表面磁粉探伤检查、需要进行两次，一次在球罐整体焊斤进行：另一次在球罐强度试验之后进行。

2、焊缝质量检验

2.1外观及尺寸检验

2.2进行焊缝外观检验前，应清除焊缝及两侧的熔渣和飞溅物，焊缝和热影响区表面不得有焊瘤、咬肉、未熔合、裂纹、咬边、气孔、弧坑和夹渣等缺陷。

2.3角焊缝的焊脚尺寸应符合设计图样要求，在图纸无规定时取焊件中较薄者之厚度，角焊缝应有圆滑过度至母材的几何形状。

2.4焊后成型焊缝的宽度应比坡口每边增宽1～2mm。

2.5采用打磨方法去处焊缝表面焊波，打磨后对接焊缝的余高为外表面0～2.5mm，内表面0～0.5mm，超高部分应打磨掉。

2.6工卡具去除后的表面，不得有裂纹、气孔、咬肉、夹渣、凹坑、未焊满等缺陷。

2.7对接焊缝形成的棱角度E值用弦长不小于1000mm样板检查，不得大于8mm，对口错边量b≤2 mm，沿焊缝每500mm检查一点。

3、焊缝的返修与球壳的修补

球罐在制造、运输和施工过程中产生的各种有害缺陷应进行修补。

3.1球壳板表面和工卡具的焊迹表面的缺陷必须用砂轮机打磨清除，修磨范围内的斜度至少为3：1，修磨后深度不得大于1mm，深度大于1mm的缺陷予以补焊打磨。所有修

磨表面需在热处理前和水压试验后应经100%磁粉检测，结果符合JB4730-94《压力容器无损检测》的规定，Ⅰ级为合格。

3.2对球壳表面缺陷进行焊补时，每处的面积在5000mm2以内，如有两处以上补焊时，任何两处的净距离应大于50mm。每块球壳板上修补的面积和必须小于该球壳板面积的5%。

3.3球壳板表面补焊深度超过3mm时(从球壳板表面算起)，补焊后应进行超声波检测。

3.4所有补焊表面应经100%磁粉检测，结果符合JB4730-94《压力容器无损检测》的规定，Ⅰ级为合格。

3.5对接焊缝表面缺陷用砂轮清除后，其表面不应低于母材，如低于母材则需进行焊接修补，焊补长度应大于50mm。由于该球罐使用的材料σb＞540MPa，焊缝焊补后应在焊补焊道上加焊一道凸起的回火焊道，回火焊道焊完后应磨去回火焊道多余的焊缝金属，使其与主体焊缝平缓过渡。

3.6焊缝修补前应在以修补处为中心，150mm范围内进行预热，预热温度应取工艺规定的预热温度上限；焊接线能量应在工艺规定的范围内；修补后应按工艺规定对修补焊缝进行消氢处理。

3.7返修规定

3.7.1焊缝内部缺陷返修焊补，长度应大于50mm，外部成形应符合要求。

3.7.2焊缝返修前采用超声波检测的方法确定缺陷距球壳板表面的深度，利用射线底片确定缺陷的准确部位，焊缝内部缺陷可采用碳弧气刨或打磨的方法去除，清除缺陷的深度不得超过球壳板厚度的2／3。若清除到球壳板厚度的2／3处还有缺陷，应由现场焊接技术负责人记录，并制定具体的返修工艺，经监理工程师认可后可在该状态下焊补，该状态下焊补后，在其背面继续清除缺陷进行焊补。

3.7.3当采用碳弧气刨清除缺陷时，应用砂轮机修整刨槽形状尺寸，磨除渗碳层。

3.7.4对于判定为裂纹性质的焊缝缺陷及清除缺陷的过程中发现的缺陷为裂纹时，应停止清除，由现场焊接技术负责人记录后再继续清除，并制定具体返修工艺，经监理工程师认可后方可补焊。

3.7.5焊缝的返修应执行原焊缝焊接时的焊接工艺。为保证返修焊缝的质量，尽可能减少焊缝的二次返修，采取以下措施：

3.7.5.1焊缝返修前采用超声波检测的方法确定缺陷距球壳板表面的深度，利用射线底片确定缺陷的准确部位；

3.7.5.2焊缝返修工作应由有经验且技术稳定的焊工承担;

3.7.5.3焊缝返修按原焊接工艺要求进行预热及焊后消氢处理。预热温度宜选取焊接工艺规定预热温度的上限值。

3.7.6焊缝同一部位返修次数不宜超过两次。第二次返修需经公司技术总负责人批准，并在焊缝返修审批报告上签字，做好焊缝返修记录。

3.7.7焊缝返修后应按原焊缝无损检测要求进行无损检测。

3.7.8焊缝同一部位的返修次数、部位和返修情况及球壳板表面缺陷焊接修补部位和修补情况应记入球罐质量证明书。

4、产品焊接试板

4.1产品焊接试板材料由制造厂家提供。每台球罐产品焊接三块产品焊接试板，焊接位置为平+仰焊、立焊、横焊。

4.2试板由施焊该球罐的焊工采用与施焊球罐相同的工艺条件，相同的焊接方法及相同焊接工艺焊接。焊接产品试板的焊工由技术质量监督局锅检所在焊接该球罐的焊工中指定，焊后在距焊缝50mm处敲打材料标记及焊工钢印。

4.3产品焊接试板应经外观检查、100％RT检测和100％UT检测，结果按JB4730-94《压力容器无损检测》的规定，RTⅡ级合格，UTⅠ级合格。

4.4产品焊接试板的规格为650×360×48，产品焊接试板的试样截取、检验方法及合格指标应按JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》的规定。施工时具体要求执行“产品试板工艺卡”。

4.5低温冲击试验的试样为四组，其中两组作-20℃冲击试验，另两组作-40℃度低温冲击试验。每一试验温度的两组试样缺口应开在焊缝金属和距熔合线1～2mm的焊接热影响区。对平焊加仰焊试板的冲击试样，应分别在试板的两个表面相应部位切取。-20℃两组冲击试验的力学性能试验结果应符合下表的规定。-40℃的两组冲击值作为参考值提供给用户。

六、球罐的热处理方法

采用“霍克”喷嘴内燃外保温法进行热处理。以轻柴油做燃料。外表而安放热心偶测温，按规定控制升温、保温、降温等过程。

热处理前将三块产品焊接试板对称安放在赤道带外侧(球罐高温区)，在该处先焊上两块角钢后装入试扳，并加楔打紧，在试板与球片空隙处塞上导热的铜丝。保温厚度适量加厚，以保证试板与球体等速升温。

将28个测温热电偶均匀布置在球体外壁的各带上，将28根引出导线做好标记后，编号接到自动记录仪上，自动记录仪经校验合格后方可使用，并将校验报告作为热处理报告附件。

保温材料选用无碱超细玻棉。

在每个支柱底板处，安置一个螺旋千斤顶，加热时千斤顶放在里侧，降温时放在外侧，在升温或降温过程中用千斤顶给柱脚一定的移动距离，禁止用锤击方式推移。

将经过热处理的试板取下来，做各种机械性能，化学成分及金相组织等分析，以检验球罐热处理的最终效果。

七、强度试验和气密性试验

强度试验的介质为空气，试验时，按升压曲线要求缓慢升压，有各阶希进行有关项目检查，压力升至试验压力的10％时，宜保持5-10min，对球罐的所有焊缝和连接部位作初次泄漏检查，确认无泄漏后，继续升压：压力升至试验压力的50％(0．865MPa)时，保持lOmin，当无异常现象时，应以10％的试验压力为级差，逐级升至试验压力。并保持lO-30min后，降至设计压力(1．50MPa)进行检查，以无泄漏和无异常现象力合格；缓慢卸压；气压试验时应监测环境温度的变化和监视压力表读数，不得发生超压。

设计图纸规定进行气压试验的球罐，气密性试验可与气压试验同时进行。经监理、监检单位检查气压强试验和气密性试验均合格。试压结束及时办理有关试压的确认签证，整理资料做球罐分部工程交工。

八、安全及文明施工注意事项

1、罐内施焊，球罐顶部应有通风设施，以改善工作条件。

2、不允许未经培训的人员安装操作焊接设备，如设备出现电器问题，必须由电器专业人员检查修理。

3、焊机应可靠接地，焊工不应在潮湿的环境中操作。

4、注意防止弧光辐射。

5、进入现场戴好安全帽；高空作业系好安全带。

6、现场做好用电标记；接线时不能带电操作；

7、备好防雨器材；

8、焊工使用砂轮磨光机时应戴好防护镜；焊接时应防止烫伤。

9、罐内作业时应使用安全电压照明。

10、文明施工措施

11、物品要摆放整齐。

12、施工场地要及时清理；

13、导线要理顺，不能相互缠绕；

14、操作室内要清洁、卫生；

15、焊条头要及时回收。