中科储运单元正丁烷球罐安装过程浅析

张 涛

中石化第五建设有限公司 广东省广州市 510170

中科炼化一体化项目位于广东湛江东海岛，包括1000 万t/ a 炼油、80 万t/ a 乙烯工程，以及总图、储运、公用工程和相应配套设施和原油、成品油及液体化工、煤、散杂货码头。以下主要阐述油品储运区域的1台Ⅲ类3000m3三带混合式正丁烷球罐的详细安装过程。正丁烷球罐的设计参数：公称容积3000m3；内径Φ18000mm；设计压力1.77MPa；耐压试验压力2.225MPa；壁厚46mm；壳体材质Q370R；球罐重量412t。

1 施工准备

1.1 技术准备

（1）编写球罐施工方案：按照SEG 的重大、专项、一般方案划分类别，3000m3球罐的安装属于重大方案，需公司总工程师签字和各个职能部门审核会签。

（2）方案具体围绕焊材选用、球壳板到货时的摆放、组对安装和焊接、热处理、水压试验、喷砂防腐等内容重点进行指导施工。

（3）安装前填写《特种设备安装改造维修告知书》，带上告知书和质量证明文件到所在行政区域的市场监督管理局对压力容器的安装告知，并在特检院做备案，时刻待检。

1.2 人力准备

（1）根据压力容器安装改造的要求，配置相应的专业工程师、质量保证工程师、焊接质量控制系统责任人和热处理质量控制系统责任人。要求安装前人员到位，并做施工指导性文件。

（2）现场一线施工人员配备，根据承接的项目规模和球罐数量，配置数量足够的施工人员，如焊工、组对工和起重工等。

1.3 机械和辅助工具准备

（1）起重机械：考虑球壳板安装时吊装机械的灵活和可操作性，选择履带吊车。本次选择了ZCC850H（85t）和ZCC900HWG- 27Z（90t）型履带吊2 台，双吊车配合起吊。

（2）工装夹具采用脊板形夹具。

（3）现场焊材需要配置储存室和烘烤室，储存室内湿度不得大于60%，温度不得低于5℃，室内环境每天要有记录。焊材烘烤和发放人员需要上岗前培训，并持证上岗，过程中将焊条烘烤记录、焊条发放回收记录的表格填好。

2 球罐组装

2.1 零部件的检查和验收

（1）掌握和了解球壳板等材料的到货时间、运输方式，按照规范和设计文件，球壳板应采用钢结构托架包装，球壳板的凸面朝上，各板间垫以柔性材料，严防运输中产生变形和损伤。每个包装件的总重不宜超过30 t。

（2）对到场的材料，按设计图样和GB12337 的有关规定对球罐附件和零部件进行检查和验收。球罐零部件的数量应进行核对确认，清点后做好记录，验收合格后分别进行入库和场地存放；对误差超出要求的部件，应另行摆放；对缺陷部位做好标识，并在排版图上注明，会同有关部门研究处理。在搬运过程中，要防止机械损伤和磕碰划伤，法兰、管板的密封面、紧固件的螺纹应有可靠的保护措施。

2.2 球罐组装

2.2.1 夹具及吊耳

单片球壳板在地面时使用脊板形夹具（脊板形卡码、方形卡帽及圆锥销配套而成，图1）。脊板形夹具的刚性大，组装精度高，调整性和通用性强，对组装较厚壳体的球罐优势尤为突出。吊耳和挂耳四周满焊，保证焊接牢固可靠，防止吊装过程因吊耳脱落造成人员受伤和球壳板损伤。

图1 脊板形夹具

2.2.2 脚手架

（1）球罐外部采用双排架十棱柱形式搭建脚手架，内侧以球体形状搭设阶梯状平台，平台距球罐表面0.4m 左右，各环缝要比平台高出1.2m 左右，平台采用3 排钢架板；球罐内部脚手架采用满堂红结构形式，立杆井字结构，横杆紧靠球罐内壁，平台采用3 排钢架板，平台距球罐表面0.4m 左右，环焊缝要比平台高出1.2m 左右，平台层高1.6～2.0m；人行斜道采用盘旋上升形式，宽度800mm，坡度宜采用1:3，斜道每隔300mm 设置一根200～300mm 的防滑木条；球罐脚手架每层平台设置护栏（双护腰），护栏高度在1100～1200mm 间；每层平台必须设置护脚板，护脚板高度大于180mm。

（2）球罐四周设置方式：外脚手架搭设完成后，在脚手架垂直高约15～18m 周围从上至下铺挂阻燃篷布，用10# 铁丝按竖向、横向牢固地捆扎在脚手架外侧，可起到防风和安全防护的作用。

（3）球罐顶部设置方式：首先用架管在球罐顶部搭设一个直径约3m，高出上人孔2.5m 的多边圆形架。为保证圆形架的稳定性，圆形架的下方与球罐顶部定位块焊接，利用30 根左右架管将圆形架与外脚手架的最上方横杆用扣件相连，形成一个伞形圆顶。伞形圆顶上方用6m×6m 的篷布铺挂，不仅防风遮阳，还起到防雨作用。

脚手架搭建示意图见图2。

图2 操作脚手架及防护棚搭设

2.2.3 球壳板组对

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→下极带侧→下极带中板→上极带边板→上极带侧板→上极带中板。极板布置示意图见图3。

图3 极板布置示意图

3 球罐焊接

3.1 焊前准备

（1）焊工必须取得相应的合格证书，持证上岗。根据母材材质，做出合理的焊接工艺评定，并以此选用合理的焊接参数。

（2）焊条熔敷金属扩散氢含量的测定按GB/ T 3965 中的水银法进行，以[H]≤5.0mL/ 100g 为合格。20 根为一个样品，复验结果符合要求。

3.2 焊接过程

3.2.1 预热、温度和焊后消氢处理

严格控制焊接线能量，窄焊道、薄层多层焊焊接的层数按照16 层执行，每一焊道宽度不大于焊芯直径的3 倍，每一层焊道的厚度不超过3mm。预热、温度和焊后消氢处理见表1。

表1 预热、温度和焊后消氢处理参数

3.2.2 球壳主体焊缝的焊接

总的焊接顺序是先纵缝后环缝，先大坡口后小坡口，一面焊接成形后再焊接另一面。具体焊接顺序：赤道带纵缝外口→上极带拼缝及上极带边板纵缝外口→下极带拼缝及下极带边板纵缝外口→上环缝外口→上口字缝外口→下环缝外口→下口字缝外口→赤道带纵缝内口→上极带拼缝及上极带边板纵缝内口→下极带拼缝及下极带边板纵缝内口→上环缝内口→上口字缝内口→下环缝内口→下口字缝内口。

3.3 焊接结果及焊接合格率

本台球罐焊缝合计455m，TOFD 检测合计16 处需要返修，返修合计长度1m，缺陷类型皆为埋藏型缺陷。分析产生的原因为内部气刨过程存有部分未干净创面，返修后再次检测全部合格，一次焊接合格率达到99.73%。

4 球罐整体热处理

4.1 热处理要求

球罐焊接工作全部结束，经无损检测合格后，拆除球罐内部一切临时设施，检查球罐外脚手架与球罐外表面距离是否满足球罐膨胀要求。然后松开支柱拉杆和地脚螺栓螺母使球罐能够在热处理过程中自由膨胀。热处理前，要及时掌握天气情况，保证热处理质量不受雨天影响，并要组织监理、质量检测部门联合检查。

测温点应均匀布置在球壳板表面，相邻测温点的间距不宜大于4500mm，距人孔与球壳板焊缝边缘200mm 以内，并且产品焊接试板上必须设测温点。400℃以上升温和降温过程中，任意两点的温差不得超过130℃。球罐试版分别安置在球罐外部高温区，按指定的方位作临时固定。安装测温系统所用热电偶和补偿导线，并引到自动记录仪。温度记录采用连续自动记录仪表，仪表精度应达到1%的要求。记录仪表实现温度适时打印，根据要求打印时间－温度图。

4.2 热处理施工工艺

热处理工艺曲线见图4。加热时，在400℃及以下可不控制升温速度；在400℃以上，升温速度宜控制为50～80℃/ h，球壳表面上任意两测温点的温度差不得大于120℃；降温时，从热处理温度到400℃的降温速度宜控制为30～50℃/ h，400℃以下可在空气中自然冷却。

图4 热处理工艺曲线图

热处理工艺系统由燃油、供油、温度测量、型态监测等系统组成。采用一套微机系统对热处理过程进行智能化控制，燃料采用0 号柴油，通过油泵增压送油，由电磁阀控制经喷嘴后喷出；雾化的燃烧油，由电子点火器自动点燃柴油进行燃烧。本次球罐热处理最大耗油量为960kg/ h。

5 球罐水压试验

5.1 水压试验前准备

（1）球罐本体和附件的焊接已全部完成。核对每个附件尺寸、大小、位置正确无误。

（2）支柱拉杆调整紧固完毕。热处理工作全部结束并检验合格。

（3）球罐底部安装一块压力表，罐顶安装两块压力表。压力表应在试验前进行校验。压力表等测量仪器已按要求进行检定，该球罐使用6MPa 压力表，试验压力以罐顶压力表度数为准。

5.2 耐压试验

（1）充水前，打开球罐顶部的出气阀；待球罐内充满水后，关闭出气阀。在试验过程中，应保持罐体外表面干燥。

（2）试验时，压力应缓慢上升；当压力升至试验压力的50%时，保持足够时间；然后对球罐所有焊缝和连接部位进行检查，确认无渗漏、无可见的变形、无异常响声后继续升压。

（3）压力升至设计压力时，保持足够时间，再次进行检查，确认无渗漏、无可见的变形、无异常响声后再升压。

（4）当压力升至试验压力时，保持30min，然后将压力降至设计压力进行检查，以确认无渗漏、无可见的变形、无异常响声为合格。

（5）降压应缓慢进行，待顶部压力表降至为零后，方可打开放空口及人孔盖。

（6）耐压试验完毕后，先打开进气口，将水排尽。排水时，严禁就地排放。

（7）耐压试验的全过程必须做好各项记录。

5.3 基础沉降观测

球罐在充、放水过程中，应在下列过程对基础的沉降进行观测：充水前；充水高度到1/ 3 球壳直径时；充水高度到2/ 3 球壳直径时；充满水时；充满水24h 后；放水后。

6 结语

球形储罐安装和焊接作业时，要将厚壁球罐的预热和后热温度控制执行到位。焊接时严格执行多层多道焊的要求，严格控制焊接过程中的焊接工艺纪律，提高焊接质量和球罐的安全性，保证球罐在设计要求使用的20 年内不出现质量安全问题。