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1、球形压力容器现场组焊,一、球罐简介,球形压力容器（简称球罐）是储罐的一种，容器等级为三类，多数用于盛装液态烃等介质。球罐从结构上可分为橘瓣式和混合式，可分为3带、4带、5带、7带等几种。以7带球罐为例，从上到下依次为上极、上寒带、上温带、赤道带、下温带、下寒带和下极，其它几种相应的减少上下温带和上下寒带，随着球壳板制造工艺的发展，现在安装的球罐多为3带和4带的混合式球罐。球罐焊缝分环焊缝和纵焊缝两种，与地面平行的焊缝称为环焊缝，其余的焊缝称为纵焊缝。,球罐与其它储罐相比，由于其球壳板内的环向应力与径向应力一致，在相同的设计压力下，球罐的设计厚度最小，并且在容器设计压力相同的情况下，球罐的表面积
2、最小，所用的材料最省。球罐由于结构上比较特殊，组装和焊接的难度比其它形式的容器大。,第二分公司在2004年9月承建了工程公司施工史上的首个球罐现场组焊工程的施工任务，该球罐位于腈纶化工厂仓储车间，容积1000m3，直径12.3米，球罐形式为复合式，整台球罐由30块球壳板拼接而成，自上而下分为上极带、赤道带和下极带三部分。该球罐材质较为特殊，是一种调质低合金低温钢，牌号为07MnNiCrMoVDR，厚度为36mm。该钢种的可焊性较差。,2005年9月，第二分公司又承建了石化二厂甲乙酮装置B线两台配套球罐的安装，球罐容积为400m3，材质为16MnR，厚度14mm。 2006年7月，第二分公司为大
3、连港集团建设了两台氮气球罐，球罐容积为500m3，材质为16MnR，厚度20mm。 2007年7月，第二分公司承担了抚顺石化开发公司两台2000m3球罐的施工任务，这也是工建公司历史上首次承担大型球罐的施工任务，这两台球罐的材质同样为16MnR，厚度分别为24mm和50mm。,二、施工前准备及验收,1、技术准备 施工前首先编制施工方案和质量控制方案，并编制焊接工艺和铆装工艺。对于未进行过焊接的钢种，还应在焊接工艺编制完成后，按焊接工艺进行试板焊接，并对试板进行拉伸、弯曲和冲击等力学性能试验，进行焊接工艺的评定。 球罐施工前对技术人员和施工人员进行技术交底，对施工人员讲清楚球罐施工的重点和难点以
4、及质量控制的要点。 所有技术资料应向业主、监理和锅检所报验，合格后方可进入下道工序。,2、施工机具准备 球罐施工所使用的机具在施工前按网络计划进现场，准备就绪。球罐焊接宜选择规格型号完全一致的焊机。为便于焊接材料的管理，应在施工现场设置焊材库和烘干室并由专人进行管理。所有机具应经过技术监督部门的安全质量检定并在检定期内，球罐施工所使用的测量和检查器具、仪器也应经过检定并在检定期内。,3、基础验收 球罐安装前应对基础进行验收。球罐基础分为采用地脚螺栓固定和采用预埋地脚板固定的两种，验收时应测量基础中心圆直径、基础方位、相邻基础中心距、相邻基础标高差、单个基础上表面标高和单个基础上表面水平度等技术
5、数据，检查结果应符合GB50094-98中的有关规定。对于预埋地脚板固定的基础，因属于无垫铁安装，应着重检查单个基础上表面水平度和相邻基础标高差，可采用水准仪或水平管进行精确测量并标注，这两项数据的精确程度对球壳板组装的精度有着非常重要的影响。,中心圆直径,4、预制件验收 预制件的验收应从定货开始，定货时应对制造厂家资质进行审查，制造厂家必须具有球形压力容器制造资格。球壳板等配件到货以后，首先对制造厂家的质量证明文件进行审核，然后对实物进行验收，检查项目主要有球壳板的曲率、厚度、坡口尺寸、成型尺寸、下料尺寸、对角线差、平面度、表面质量等以及支柱的长度、直径、直线度、底座厚度等。检查结果应符合图
6、纸标注的尺寸公差或图纸规定的标准要求。对于球壳板，还应根据图纸或GB50094-98中的相关规定，进行无损检测，无损检测包括超声波测厚、坡口磁粉检测和周边100mm范围内母材的超声波检测。,球壳板,球壳板弧长测量,球壳板曲率测量,5、焊接材料验收 焊接材料的验收主要按批进行扩散氢含量复验，如图纸有要求，还应进行化学成份复验和力学性能复验，并检查质量证明书。在得到所有复验项目的合格报告后才允许使用。 所有验收完成后应编制相关的技术资料向业主、监理和锅检所报验，合格后可进入下到工序。,三、球罐组装,1、支柱组对 对于分段到货的支柱，应首先进行支柱下段的现场组装，支柱对接口通常为承插口，组装时将赤道
7、板平放，支柱下段安装就位后从与赤道板焊焊接在一起的支柱上段引一条粉线与支柱上段平行，上下调整支柱下段的位置与粉线平行（见图1），然后测量支柱底座两侧分别到赤道板两下角的距离，左右调整下段支柱，使两侧的距离相等（见图2），最后点焊固定，然后进行焊接。组对过程主要应控制上、下支柱的同心度、直线度和下支柱的焊角高度在规范的允许范围内。,平台,支柱组对,支柱组对,2、卡具组焊 球壳板的组对完全靠卡具进行连接，组对过程不进行点焊固定，因此在组对前先在球壳板上焊接连接卡具用的方板。方板首先进行排版，排版应保证各块球壳板组装到位时方板一一对应，方板之间的间距以不影响组对操作为宜，对于厚度较薄的球壳板，可适当
8、增加方板的密度，同一球罐环缝上方板的密度应比纵缝上的方板密度大，以防止焊接变形。对于图纸规范要求需要在焊接过程进行消氢处理的球罐，在焊接卡具时首先用氧炔焰对施焊部位进行预热，焊接完成后马上用保温岩棉覆盖进行缓冷处理，所有卡具焊接完成后对球壳板表面进行检查，对局部出现电弧擦伤的部位进行打磨清除，打磨后进行表面磁粉（或渗透）检测。,方板焊接后采用岩棉保温,对电弧擦伤处打磨后进行磁粉检测,3、组装 以抚顺石化开发公司石油液化气球罐为例介绍球罐的组装过程。该球罐共34块球壳板：赤道带20块，上、下极边板各4块，上、下极侧板各2块，上、下极中板各1块。,组装前先在各个基础上找处赤道板支柱底座的圆心，对于
9、尺寸合格的基础，可以认为两个地角螺栓的中心点即为支柱底座的圆心，圆心找处后按1：1的比例将支柱底座样板划在基础上，组对时按线就位。 安装前应在基础上涂抹黄甘油以便于在热处理时支柱底座和基础之间的滑动。黄甘油在每个带支柱的赤道板安装前涂抹即可。,前期准备工作完成后开始进行球壳板的组装，球壳板全部由卡具进行连接，卡具为专用工装，配合楔铁使用，具有调整错边量、调整间隙和对焊缝位置进行钢性固定，防止焊接变形的三种功能。组装的顺序为先组装赤道带的球壳板，液化石油气球罐共有20块赤道带板，其中10块带有支柱。首先安装带有支柱的第1块和第3块球壳板，立起来后用钢丝绳进行牵引固定以防止翻倒，然后安装第1块和第
10、3块之间的第2块球壳板，安装完毕后再依次安装第4、第5到第20块，使赤道带形成合拢。,安装第一块赤道板,安装第三块赤道板,安装第二块赤道板,依次安装其它赤道板,钢丝绳牵引固定,赤道带合拢,1,2,3,4,5,左图为赤道带安装的起始工序，先安装1号和3号带支柱的赤道板，然后安装2号赤道板，完成后即可按顺时针或逆时针方向依次安装其它赤道板，直至赤道带合拢。组装的操作过程是在专用的梯子上完成的，梯子需现场绑制，顶端有两个吊钩挂在赤道板上，随赤道板一同起吊。,1,2,3,球罐现场组装,球壳板,左图为使用龙门卡具连接和调整焊缝的示意图，黄色的为方板，事先与球壳板焊接在一起，浅绿色为龙门卡具，黑色的为圆楔
11、子和方楔子。安装时将龙门卡具套在方板上，用圆楔子固定，然后用方楔子1调整错边量，用方楔子2调整焊缝间隙，调整合格后将其余所有楔子砸实。方楔子1除了有调整错边量的作用以外，在焊接时还起到对球壳板刚性固定，防止焊接变形的作用。,正在进行组装的赤道带,赤道带的组装时应注意将焊缝间隙、错边量基本调整到位，减少后序调整工作量，并且在组装过程赤道带基本处于自由状态，间隙较易调整，一旦合拢后调整间隙将变得十分困难。,赤道带安装应注意赤道板尺寸偏差的问题。原则上，20块赤道带板的尺寸应该是完全相同的，具有互换性，因此理论上每一块赤道带板可以放在任意的位置。但由于球壳板在制造过程中不可避免的存在偏差，而偏差又有
12、正偏差和负偏差之分，如果两块相临的赤道带板分别为正偏差和负偏差，组装后可能出现两块板长短相差较多的情况，这样就会在环焊缝上出现局部间隙过大，达不到设计要求的情况，这种偏差是极难调整的。为了避免这种情况的出现，应根据到货验收的测量数据进行简单的排版，避免具有正负偏差的板相邻。,赤道带安装完成后安装下极带，下极安装时先安装四块极边板，安装前应对下环口周长进行测量，对比四张极边板的弧长之和进行比较，确定四张板之间的奸细大小，避免在四张板最后的合拢口出现间隙过大或无间隙无法合拢的情况发生。安装完极边板后，安装两块极侧板和一块极中板，安装时要注意，几乎所有的球罐开口全在这三张板上，要仔细核对各个接管的方
13、位和规格，以免弄混了。,下极带安装完成后开始球罐内搭满堂架子，应全部采用钢铁材质的杆子和跳板，以确保安全。然后按与下极带相同的工序安装上极带，最终完成整球罐的组装。,组装完成后的球罐,为确保施工安全，球罐内部脚手架全部用钢铁材质的跳板和杆子搭制而成，防止起火燃烧,球罐组装完成后开始对焊缝进行调整，第一次调整完毕后由质检人员进行检查，检查的项目为对口间隙、错边量和棱角度，检查方法是使用样板和焊缝检测尺沿焊缝按不大于500mm一点进行测量，将测量结果用记号笔在测量点附近标注并对不合格的区域进行标记。检查结束后进行第二次调整，调整完毕后由质检人员再次检查，如有不合格再进行调整和检查，直至全部符合要求
14、。调整完成后对球罐内径和水平面、赤道面的最大最小直径差和支柱的垂直度进行测量，并将测量数据标注在测量点附近。 检查完成后编制技术资料向相关部分报验，合格后可以进入下道工序。,4、定位焊接 球罐组装完成并经相关部门进行验收后，可以进行定位焊接。定位焊接宜采用多人对称进行，由于焊接顺序为先纵缝后环缝，因此在环缝位置最终聚集的应力是比较大的，所以在定位焊接时应增加环焊缝的焊接量，避免在焊接过程中环焊缝位置由于强度不足造成开裂，出现这种情况，重新组对是非常困难的，很容易造成局部变形。 所有丁字口应再至少100毫米范围内满焊，必要时可焊两层。,四、焊接,1、焊接前准备 球罐组装完成后经报检合格后开始进行
15、焊接。首先搭设外侧脚手架，为保证焊接质量，应球罐外侧搭建整体的防风棚，并在现场设置湿度计和温度计对施焊环境进行即时监控。,2、焊接材料管理 焊接材料的管理是确保球罐焊接质量的一个重要因素，焊材库应设专人进行管理，应有严格的焊材烘干规程和焊材发放、回收制度。焊材库内应配备温度计和湿度计对室内环境进行监控，并应配备空气去湿机。焊材库内不准堆放其它杂物。焊工领取焊条一律用保温筒盛装并在整个施焊过程中一直存放在保温筒内。焊条出库后4小时之内未使用完毕应一律退回进行二次烘干，为确保焊接质量，二次烘干的焊条不宜用于对接焊缝的焊接，可以在焊接垫板角焊缝时使用。,3、球罐焊接 以腈纶化工厂仓储车间丙烯球罐为例
16、介绍球罐的焊接过程。该球罐共有焊缝38条，共270米。 丙烯球罐的焊接顺序采用对称焊接，具体顺序为上、下极和赤道带同时施焊，赤道带焊缝由8名焊工焊接，每次同时焊接4条处于对称位置上的焊缝，每条焊缝两名焊工，分上下同时进行。上、下极焊缝各4名焊工，也采用对称焊接。所有焊缝均为先焊接外侧，焊接完成后进行内侧清根、打磨处理，处理完成后对焊缝进行100%渗透检测，合格后按与外侧焊接的相同顺序进行了内侧焊缝的焊接。上述焊缝焊接完成后进行上、下大环缝的焊接，每条环焊缝由8名焊工采用分段跳焊的方法进行焊接，仍然是先焊外侧，然后进行内侧清根、打磨、检测，最后进行内侧焊接。 焊接过程严格按焊接工艺执行，着重强调焊接的同步性，即每一带上的各条焊缝施焊的焊工焊接速度大致相同，不允许出现各别焊工焊接速度过快或过慢，造成应力不均衡的情况产生。,由于丙烯球罐为低温钢，图纸要求进行焊接消氢处理，因此该球罐焊接过程进行了预制和后热。焊前预热和焊后后热是消除焊接过程产生的氢，防止出现裂纹的重要手段，焊接过程严格控制焊缝的预热和后热。预热和后热用加热带进行，由4名电工
