大型液化气球罐现场安装技术及质量管理

范海俊　张新建　牛　铮

（1.合肥通用机械研究院　2.国家压力容器与管道安全工程技术研究中心）



大型液化气球罐现场安装技术及质量管理

范海俊*1,2张新建1,2牛铮1,2

（1.合肥通用机械研究院2.国家压力容器与管道安全工程技术研究中心）

针对国内大型丙烷及混合碳四球罐现场安装工程，结合球罐安装工程的特点，制定了覆盖原材料入场复验、现场组装、焊接、焊后热处理、无损检测以及水压试验等各方面的安装技术要求，并对这些重要节点提出了相关的质量管理措施。对球罐安装现场建立了包含业主、总承包单位、施工单位以及监理单位的质量管理体系，对安装过程严把质量关，以确保按照安装技术要求建造的球罐安全运行并满足工艺要求。

大型球罐丙烷安装技术要求质量管理液化气

0　前言

丙烷及混合碳四作为常用的化工物料，既可直接作为燃料，又可进行深加工，使用量巨大。球罐作为常用的化工原料储存设备，在丙烷及混合碳四的储存中应用广泛。本项目为某公司 “138万t/a丙烷与混合碳四利用项目”储运罐区的球罐部分，共有41台球罐。由于受到场地限制，丙烷及混合碳四球罐选择6000 m3的球罐，共有15台，这是目前国内丙烷及混合碳四球罐中容积最大的球罐。该批球罐的球壳板厚度为52 mm，超过GB 150—2011及 GB 12337中 “球壳板厚度不宜大于 50 mm”的规定。该项目还具有场地受限、工期紧、协调工作难等特点。

1　设备参数

6000 m3丙烷及混合碳四球罐的型式为4带混合式，实际容积为6044 m3，主要设计参数如表1所示。

表1　6000 m3丙烷及混合碳四球罐设计参数

2　球罐安装的质量控制

2.1质量控制方式

根据球罐安装项目的一般施工顺序，结合此项目的实际情况，把可能影响局部和总体施工质量的关键点一一列出，作为质量控制点，并以此建立起从总承包到施工单位的质量管理体系。在施工过程中要确保质量管理体系有效运转，把质量管理落实到具体人员，从而使得整个项目正常、顺利实施。

2.2进场的零部件的检验检测

6000 m3球罐为4带混合式，由7块上极板、24块温带板、24块赤道板、7块下极板以及12根支柱组成，其中12根支柱与赤道板的焊接成型在制造厂进行。对到场的零部件要进行数量确认，审核球壳板的材料质量证明书[1]，并根据GB 50094及相关设计文件的要求进行检验检测，包括几何尺寸检查、坡口检测、球壳板测厚、球壳板超声检测等[2]，各项目检验检测合格后方可使用。具体检验检测结果如表2、表3、表4所示。

表2　主材化学成分 （熔炼分析）

表3　主材的力学性能和冷弯性能

表4　支柱入场几何尺寸检查

球壳板周边超声检测、球壳板全面超声检测以及坡口磁粉检测结果均为Ⅰ级合格。

2.3基础复验

6000 m3球罐安装前必须对基础各部位尺寸进行检查和验收，结果应符合GB 50094及设计文件的相关规定[3]。复验应由业主、监理、总承包单位、安装单位及土建单位共同完成。复验后要形成基础验收报告，由各方签字确认，并报送监理、业主。复验结果见表5。

表5　基础各部位偏差

2.4球壳板组装

球罐组装采用散装法，即将球壳板逐块吊起，组装成球体。球壳板吊装顺序如下：赤道带板→下极带边板→下极带侧板→上温带板→上极带边板→上极带侧板→上极带中板→下极带中板。考虑到人员在罐内操作及内脚手架的拆除，下极中板留在最后安装，待球罐其它焊缝全部焊完，借助定位方铁做吊耳，用手拉葫芦进行吊装就位。

2.5组装尺寸检查

球罐组装完成之后要进行尺寸检查，具体要求及检查结果如表6所示。

表6　组装后的尺寸检查 （单位：mm）

检查合格之后，需将相关资料报送至监理、业主，审批之后方可进行焊接工作。

2.6球罐焊接

2.6.1焊接注意事项

球罐的焊接质量主要从以下四个方面进行管理：焊接工艺评定、焊工资质审查、焊接技术交底、焊接质量控制。

焊接是球罐安装过程中质量管理的重点。要严格审定焊接工艺评定，对入场的焊工进行资格考试。焊接前对焊工进行技术交底，施工过程中要不断巡检，及时制止焊工的违规操作，严格控制焊接电流及焊接线能量，确保焊缝质量。表7、表8是焊接电流与焊接线能量的参数[4]。

表7　J557R焊条所采用的焊接电流范围

表8　各种位置下的焊接线能量

施工单位须在焊条房放置焊接工艺卡，要有专人负责焊条的烘干与发放，做好记录。J557R高韧性低氢型焊条入场前应对其进行入场复验，包括扩散氢和熔敷金属力学性能检验 （其检验结果见表9、表10），合格后方可使用。焊条使用时，先进行烘干，在350～400℃下烘干1～2 h，再转存到温度为100～150℃的恒温箱内，随时取用。现场施焊时，焊工应将烘干好的焊条置于保温筒内，且每个保温筒的焊条 需在4 h内用完，超过4 h则要重新烘干。球壳板和受压元件使用的焊条不得采用烘干超过两次的焊条。

表9　焊条熔敷金属力学性能

表10　焊条扩散氢检测结果

2.6.2焊道调整和定位焊

焊接施工前，需借助卡具对组装完成后球壳板的焊道进行调整定位，调整后的焊道尺寸要满足焊接要求。定位焊的顺序是先纵缝、后环缝，以赤道带线为基准，在球罐内侧事先画好的位置线上施工。定位焊间距宜为300 mm，焊道长度80 mm以上，焊后余高不小于8 mm，且至少为两层。组装过程中的临时焊缝不得在非焊接位置引弧或熄弧。

2.6.3焊接顺序

先焊接纵向焊缝，后焊接环向焊缝。所有焊缝外部全部焊完后，进行内部清根，并经渗透检测合格后再进行内部焊缝的焊接。极板的纵缝从中间向两侧焊。具体焊接顺序如下：

赤道带纵缝→上温带纵缝→上下极带边板纵缝→上极带中心板纵缝→赤道带上、下环缝→上温带环缝→上极带环缝→下极带中心板纵缝→下极带环缝[5]。

2.7无损检测

球罐焊接完成后，需对其进行无损检测。此次无损检测中，由于球罐多，距离近，厂区交叉作业频繁，不宜采用放射源或X射线检测，而是采用了衍射时差法超声检测 （TOFD）。TOFD法具有效率高、灵敏度高、无污染等优点。具体无损检测的部位及要求见表11。

2.8整体热处理

为消除组装和焊接过程中的残余应力、改善焊缝及热影响区的机械性能，需对球罐进行焊后整体热处理。本次采用的方法是较为成熟的柴油内燃法。针对此次6000 m3大型球罐，为了更好地使球罐整体受热均匀，温度平均，经业主、监理、总包与安装单位协商，制作了直径约6 m的不锈钢导流伞。导流伞倒挂在上人孔上，距离火焰2 m高，使热量充分地向周围扩散，以使热处理效果更好。

表11　焊后无损检测比例

整个热处理过程，应按照事先制定的热处理方案进行，对升降温速度进行控制。热处理恒温温度为615±15℃，恒温时间为2.0 h。在整个过程中，要注意调整支柱，一般每100℃移动一次，约为16.5 mm。热处理之后，要重新调整支柱的垂直度。热处理温度控制曲线见图1。

图1　热处理温度控制曲线

2.9水压及气密性试验

在各种检验均合格、球罐内部清扫干净、产品焊接试板性能试验合格以及支柱找正和拉杆调整完成以后，即可进行水压试验。水压试验时，在球罐的顶部设置两块、底部设置一块量程相同并经过校验合格、精度不低于1.6级的压力表，试验压力以球罐顶部压力表读数为准。

水压试验过程中，要密切观察压力表读数以及基础沉降，如有异常，立即停止试压。水压试验合格后按照规定进行气密性试验。在试验过程中，要注意观察是否有泄漏，严禁带压紧固螺栓。

3　结语

在大型丙烷及混合碳四球罐的安装过程中，由于其设计参数高，应严格按照相关标准及设计文件的要求执行。对到货检验、组装、焊接、无损检测和压力试验等各个节点应进行严格的质量管理，以确保球罐在设计周期内的正常安全运行。

[1]张军，董瑞峰，王栋，等.Q370R锅炉与压力容器用钢板的研制 [J].上海金属，2011，33（3）：50-54.

[2]汪琳.2000 m3C5球罐的设计与制造 [J].化工装备技术，2002,23（6）：29-32.

[3]GB 50094—2010球形储罐施工规范 [S].

[4]NB/T 47014—2011承压设备焊接工艺评定 [S].

[5]李涛，李永华，郭徽，等.5000 m3液氨球罐的建造技术 [J].化工装备技术，2009，30（4）：31-35.

On-Site Installation Technology and Quality Management of Large-scale Liquefied Gas Spherical Tank

Fan HaijunZhang XinjianNiu Zheng

In respect to the on-site installation engineering of the domestic large-scale propane and mixed-C4spherical tank and its own characteristics,the installation technical requirements,such as the entrance test of the raw material,the field assembly,the welding,the post-weld heat treatment,the nondestructive test and the hydraulic pressure test,are formulated and the corresponding quality management measures are proposed.Meanwhile,the quality management system according to the field installation of the spherical tank,including the owner,the general contractor,the construction unit and the supervision unit are built so that the safe operation is guaranteed and the installation technical requirements are satisfied.

Large-scale spherical tank;Propane;Installation;Technical requirements;Quality management; Liquefied gas

TQ 050.7DOI：10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.06.017

2015-10-14)

*范海俊，男，1990年生，助理工程师。合肥市，230031。