5000m3液氨球罐设计及制安的关键技术

2020-11-09曹凤玲杨林

辽宁化工 2020年10期

关键词：球罐液氨压制

曹凤玲，杨林

（1.沈阳地铁集团有限公司运营分公司，辽宁沈阳 110166 2.东北大学设计研究院（有限公司），辽宁沈阳 110166）

5 000 m3液氨球罐主体结构为5 带12 支柱混合式，球罐内直径为21 200 mm，支柱型式为赤道正切式，工作压力0.8 MPa，工作温度-33～20 ℃，介质为液氨，密度为680 kg·m-3，设计寿命15年。

1 球罐设计的关键技术

1.1 结构选型

根据GB/T17261《钢制球形储罐型式与基本参数》，球罐选择5 带12 支柱混合式，支柱型式为赤道正切式。分带的角度为：赤道带45°，温带30°，极带37.5°。采用这样分带，不但球壳板的压制模具制造方便、省料，而且板材的利用率也高于标准分法，具体见表1。

表1 标准分带与设计分带的对比

由表1 可知，本次分带在焊缝总长上只有标准分带的90.5%，焊条用量上为96.9%，板材利用率提高了2.9%，模具费用降低了1.2 万元。可见，这种分带具有十分可观的经济效果。

1.2 材质选择

根据设计温度为-33 ℃，球壳板选16MnDR，设计使用温度下限为-40 ℃，其应符合GB3531《低温压力容器用钢板》的相关要求。

该球罐是液氨应力腐蚀工况，所以对球壳的材料有更为严格的要求，且需符合HG/T20581《钢制化工容器材料选用规定》中对液氨应力腐蚀工况的要求。16MnDR 正火状态下供货，逐张进行UT（超声波）检测及夏比（V 型缺口）冲击试验，试验温度-40 ℃，冲击功值按标准规定。16MnDR 的抗拉强度ReL≤355 MPa；屈服强度Rm≤630 MPa；碳当量CE≤0.45。

1.3 球壳板厚度的设计

依据标准GB/T12337《钢制球形储罐》中的厚度计算公式：

式中：Pc—设计压力，取0.95 MPa；

Di—球罐内直径；

[σ]t为—球壳设计温度下的许用应力，设计温度为-33～26 ℃；

∅—焊接接头系数，取1.0；

C2—腐蚀裕量，取2.5 mm。

先计算液柱静压力，p=ρgH,ρ为液氨密度，见表2。

表2 各带液柱静压力

再计算计算压力，计算压力=液柱静压力+设计压力，见表3。

根据厚度计算公式，算出计算厚度，圆整得出名义厚度，见表4。

各带根据承受不同的液柱静压力，给出不同的厚度，不但节约材料，而且降低了现场焊接强度，也缩短了建造工期。与取同厚度的设计相比，更经济合理。

表3 各带计算压力

表4 各带名义厚度

1.4 技术要求

A.B 类焊缝进行100%射线检测，技术等级为AB 级；合格后进行20%超声复验，技术等级为B级；合格级别：射线为Ⅱ级，超声为Ⅰ级。手工焊材用J507，按批进行熔敷金属扩散氢含量的复验。按GB/T12337 中要求，制作焊接试板。球壳板不得拼接，周边100 mm 范围内进行UT检测，Ⅱ级合格。球罐上的对接、角接接头及返修焊缝在热处理前进行100%MT（磁粉）检测，Ⅰ级合格。水压试验合格后，应进行 100%MT（磁粉）复验。锻件按NB/T47009《低温承压设备用低合金钢锻件》中的规定，且须进行夏比（V 型缺口）低温冲击试验，试验温度按标准规定。球罐应整体热处理。并按GB/T12337 中要求进行消氢处理。热处理后应做水压试验，水压试验合格后，做气密性试验。

2 球罐制造及安装的关键技术

2.1 厂内压制球壳板的技术点

厂内制造主要在板材压制。压制前去除板材表面的氧化皮及杂物，压制时随时清理板材及压胎上的氧化皮，避免在压制过程中造成机械损伤。压制采用多点冷压成型，严禁急剧成型压制，示意图见图1。所有球壳板均为反曲压型。

图1 多点冷压示意图

2.2 现场支柱制作的技术点

球罐组装采用内外三角架、挂梯相结合的散装法，其中主要是立柱的方法。

支柱、拉杆、赤道带板放在其投影位置的附近。上极带围板、侧板、中间板摆放在支柱、拉杆、赤道带板的外侧。下极带围板、侧板、中间板摆放在其投影位置的内侧。

吊装前，将上、下段支柱进行组对焊接，将带支柱的赤道带板吊到组装平台上，保证壳板的4 个角在同一个水平面上。画出赤道板和上段支柱的中心线，并画出赤道板中心O 点，在赤道板中心线两侧画出A、A′，使OA=OA′=a。对准上段支柱与下段支柱中心线（注意耳板方位），在支柱下部定一个B 点，找正支柱左右偏差，使︱AB-A′B︱≤2 mm。计算出H的高度，并在D 点设置支架以保证支柱的径向和纬向偏差，如图2所示。上段支柱与下支柱间的环缝焊接，必须采取防变形措施，应采用多层、对称断焊。在焊接过程中监控变形情况，以便采取处理措施。

图2 支柱现场制作

2.3 现场焊接技术参数

球罐焊接工艺参数见表5。

2.4 焊后热处理的方法

球罐的热处理为内燃式整体热处理方法。使用柴油燃烧器，将0 号柴油从球罐下极人孔处引入。由喷嘴将柴油雾化，通过点火器点火。通过柴油的燃烧产生的热量及高温气流，将球罐内壁的温度不断升高。最终达到热处理所需温度。在球罐上极人孔处安装一个排气口以排除烟气，外表面覆盖保温被降低热量损失。热处理工艺参数见图3。