大型球罐焊接工艺设计

大型球罐焊接工艺设计内容摘要：

..................................................................................................47 接管与极中板组焊 ..........................................................................................................48 焊后矫正 .........................................................................................................................48 赤道带纵缝组焊 ..............................................................................................................49 上、下温带纵缝组焊 .......................................................................................................49 上、下极板纵缝组焊 .......................................................................................................50 上、下温带与赤道带环缝组焊 ........................................................................................50 极板与温带环缝 ............................................................................................................51 焊接规范参数 ........................................................................................................................52 6. 焊后 检测 ................................................................................................................................ 53 外观检测 ...............................................................................................................................53 无损检测 ...............................................................................................................................53 7. 焊后整体热处理 .................................................................................................................... 55 8. 水压试验和气密性试验 ........................................................................................................ 57 水压试验 ................................................................................................................................57 气密性试验 .............................................................................................................................58 致谢 ............................................................................................................................................... 59 参考文献 ....................................................................................................................................... 60 附录（一） ................................................................................................................................... 61 附录（二） ................................................................................................................................... 67 1. 绪论 球罐的工程背景及实际意义 球形储罐是一种存储气体、液体或液化气体的压力容，由于球罐同其他形式储罐相比具有很大的优越性，具有占地面积少、壁厚薄、质量轻、用材少、造价低等优点，并且随着我国石化、冶金和城市燃气的高速发展，球形储罐作为一种储存液化石油气、天然气、液化天然气、丙烷、丙烯、丁烯及其他低沸点石油化工原料和产品的典型压力容器，被工业领域广泛应用。 球形储罐最早出现在 19 世纪末到 20 世纪初，开始时只是储存低压气态介质，早期的球罐为铆接结构。 这种结构形式制造较为困难，材 料的浪费也较大，而且一但其中有一部分铆接不合格，只得拆除重新铆接。 因此，早期的球罐发展速度是缓慢的。 随着金属材料的不断革新和电弧焊接的广泛应用，世界发达国家美国、俄罗斯、西德，日本、法国很早开始研究并不断地建造球罐，并取得了很大的成果，特别是自二十世纪 60 年代以来，日本的球罐制造业非常突出。 1956 年日本东京煤气公司建造两台材料是 T1 钢的 20200m3 煤气球罐 (设计压力是 )。 1960 年美国采用纵缝预制拼板自动焊和环缝手工电弧焊的技术建造了两台 5000 m3 液化石油气球罐， 1964 年西德采用自动焊 接和手工电弧焊接结合的技术完成了 10000m3 球罐的建造， 1976 年日本神户煤气公司建造一台材料是 WELTEN80C的 33400 m3 煤气球罐 (设计压力是 M pa)， 1984 年日本三菱重工采用 MIG 焊接为主的工艺制造了 15 台 25000m3 的球罐。 目前，世界上球罐的制造技术水平得到了迅速发展，最大球罐的几何容积已达到 36000m3【 1】。 从国外球罐发展来看，球罐的材料、焊接方法已经得到了迅速的研究、应用，球罐已由早期仅储存低压、常温气体发展到储存中、高压、低温气体和液体介质，并朝着以高强钢为材料、有 良好的可焊性、高压力、大容积的方向发展。 我国于五十年代开始制造球罐， 1958 年制造出了第一台 50m3，的球罐， 1966 年北京金属结构厂首次制造出了容积为 400m3 的球罐，当时制造大型球罐在我国仍是空白。 随着我国科学技术进一步发展，特别是改革开放以来，我国工业制造业高速发展，为了满足我国的国防、科研、石油化工、冶金、市政等工业对储存容器的要求，我国的球罐工业得到发展。 近年来我国主要引进建起了一批 5000m3 ， 10000m3 的特大型球罐和低温球罐，促使我国自行设计、制造、安装大型球罐已取得了一定的成果。 随着 我国工业建设的发展，球罐的应用会越来越广泛。 目前， 随着材料、焊接、制造、施工安装技术不断提高 ，国内外球罐研究发展 也正向大型化、多结构、高参数的方向发展。 但由于球罐大多数用于储存易燃、易爆和有毒的液体和气体介质，一旦发生事故，不但球罐本身会遭到破坏，而且还会带来灾难性后果。 因此，球罐的建造与使用管理一球罐的安全性不仅引起各国科技界的高度重视、同时也得到各国政府的极大关注。 可见，球罐作为一种装备，其制作加工工艺在国民经济中已经占据重要而又不可忽视的地位。 球罐结构特点及分类介绍 随着我国石油、化工 、轻纺、冶金及城市燃气工业的发展，作为储存容器的球罐，得到了广泛的应用和迅速的发展，在石化企业、国防工业、冶金工业及城市然气中，用于储存液态丙烷、丁烷、丙烯、丁烯及其混合物 (LPG)、液化天然气 (LNG) ,液氨、液氧、液氮、液氮等物料。 例如在城市燃气中，球罐供气系统常用于储存液化石油气和天然气以及煤气，在钢厂中利用球罐储存氧气或氮气等，这都说明球罐作为储存容器而言，不仅应用广泛，而且具有很大的优越性。 球罐的特点 储存容器一般有圆筒形和球形两种，球形储地一般由球壳板、支柱、拉杆、人孔、接管、 梯子、平台等部件组成，见图 12。 作为球罐来说具有如下优点 【 2】 ： （ 1）与同等体积的圆筒形容器相比，球罐的表面积最小。 （ 2）球罐受力均匀，且在相同的直径和工作 压力下，其薄膜应力为圆筒形容器的 1/2，故板厚仅为圆筒形容器的 1/2。 （ 3） 由于球罐的风力系数为 ， 而圆筒形容器约为 0. 7 左右，因此对于风载荷来说，球罐比圆筒形容器安全得多。 因此，球堆具有占地面积少、壁厚薄、质量轻、用材少、造价低等优点。 图 11 球罐实体结构 由以上所述的球罐优点可知，球形容器比其他形式的容器更节省金属材料。 另外，搭建制造球形容器的基础相对较简单，受风面积小，维修和保养简单，所以在工业水平高速发展的今天，球形容器的应用也越发广泛。 但是，球形容器的壳体板材下料加工比较困难，焊接制作技术复杂且要求严格。 故球形容器的制作技术比单层卷焊圆柱容器要复杂的多，要求也要高得多。 图 12 球罐各部分名 称 球罐分类 球罐按球壳板排版形式分类 可分为足球式、桔瓣式和足球桔瓣混合式，球罐分瓣形式如图 13 所示。 足球瓣式球壳板结构，每块球壳板的结构尺寸完全相同，互换性好，下料成型规格化，材料利用率高，拼装焊缝长度短，相应检测工作量亦小。 缺点是球壳板交接处有 Y 型焊缝，焊缝布局复杂，且部分支柱在球壳的环焊缝上，施工组装困难，对球壳板的精度要求高。 （ a） 足球式 （ b） 桔瓣式 （ c） 足球桔瓣混合式 图 13 球罐分瓣形式 桔瓣式结构是最通用的形式，桔瓣式球壳板的结 构较为灵活，球壳板分块分带对称，组装应力及焊接内应力较为均匀，组装焊缝较为规则，施工简便；焊接质量较易得到保证；当球壳按等强度设计时，可以用不同的分带去承受不同液柱高度的附加压力，可以产生不等厚的球壳板结构。 但是桔瓣式球罐的球壳板在各带的位置、尺寸大小不一，只能在本带内或者上下对称带内进行互换；球壳板的下料和成型较为复杂，原材料大的利用率较低。 桔瓣式可以适合任何大小的球罐。 混合式分瓣形式集中了足球式分瓣法和桔瓣式分瓣法的优点，板材利用率高、分块较少焊缝短，因此焊接及检验的工作量也相应减少。 缺点是因具有两种 型式的球壳板，组装校正较麻烦，仍有 Y 型接缝，制造精度要求高。 目前国内外广泛采用桔瓣式和足球桔瓣混合式的排版形式。 2. 球罐设计 本球罐设计过程中执行的标准： GB/T 1502020《压力容器》标准释义 GB 123371998《钢制球形储罐》 GB 5009498《球形储罐施工及验收规范》 GB 172612020《钢制球形储罐型式与基本参数》 JB/T 47082020《钢制压力容器焊接工艺评定》 SH 351290《球形储罐》 SH 35122020《球罐施工工艺标准罐》 SH 30622020《石油化工球罐基础设计规范》 JB/T 《承压设备无损检测》 球罐的结构设计 球罐的结构设计主要是指球瓣、支承结构、人孔接管、梯子平台、温度压力液位检测、隔热喷淋、保冷保温设施、紧急切断装置、安全阀配置及防震、减震装置等项。