5000m3液氨球罐的設(shè)計、制造及安裝

楊林 曹鳳玲

摘 要：壓力容器在石油、石化等行業(yè)中已經(jīng)非常常見，其中球罐的使用更是逐漸的大型化，逐漸的出現(xiàn)了5000 m3、10000 m3甚至更大的球罐。球罐的設(shè)計及工藝更是日趨完善，各種新材料的出現(xiàn)更是為大型化提供了堅實的基礎(chǔ)。本文介紹了5000 m3液氨球罐的設(shè)計、制造及安裝中的技術(shù)關(guān)鍵點。

關(guān)鍵詞：壓力容器；球罐；設(shè)計；制造；安裝

此次5000m3液氨球罐為四川七化建化工工程有限公司項目，主體結(jié)構(gòu)為五帶十二支柱混合式，球罐內(nèi)直徑Di為21200mm，支柱型式為赤道正切式，工作壓力0.8Mpa，設(shè)計壓力0.95 Mpa；工作溫度-33～20℃，設(shè)計溫度-33～26℃，液氨按化學(xué)性質(zhì)劃為中度危害，密度為680kg/m3，腐蝕裕量取2.5mm，球殼材質(zhì)為16MnDR，鍛件為16MnDIII級鍛件，設(shè)計使用年限為15年。液氨是一種腐蝕性介質(zhì)，當(dāng)液氨在下列環(huán)境中時，具有應(yīng)力腐蝕性。1.介質(zhì)為液態(tài)氨，含水量不高（≤0.2%），且有可能受空氣（O2或CO2）污染的場合。2.使用溫度高于-5℃。本球罐就是液氨應(yīng)力腐蝕工況，所以對球殼的材料，焊接，無損檢測，熱處理等都有更為嚴(yán)格的要求，并需嚴(yán)格按照HG/T20581-2011<<鋼制化工容器材料選用規(guī)定>>中的要求執(zhí)行。16MnDR材料應(yīng)符合GB3531-2008《低溫壓力容器用低合金鋼板》及第1號修改單，正火狀態(tài)下供貨，且應(yīng)逐張進(jìn)行超聲波檢測，每批取一張鋼板進(jìn)行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗，試驗溫度-40℃，三個試樣的沖擊功平均值不得低于47J，其中一個試樣的沖擊功可小于平均值，但不得小于平均值的70%。

以上球殼厚度考慮了支柱a點對球殼的影響，計算不列出。綜上，球殼厚度最終取值為：第一帶δ1=34mm，第二帶δ2=34mm，第三帶δ3=36mm，第四帶δ4=36mm，第五帶δ5=36mm。

16MnD鍛件符合NB/T47009-2010<<低溫承壓設(shè)備用低合金鋼鍛件>>中的規(guī)定，且需進(jìn)行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗，試驗溫度按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

焊條選用J507RH， 按批號進(jìn)行藥皮含水量或熔敷金屬擴(kuò)散氫含量（含量不大于8mL/100g，氣相色譜法）的復(fù)驗。A.B類焊縫進(jìn)行100%射線檢測，技術(shù)等級為AB級；合格后進(jìn)行20%超聲復(fù)驗，技術(shù)等級為B級；合格級別：射線為II級，超聲為I級。

制造分廠內(nèi)制造和現(xiàn)場安裝。廠內(nèi)制造主要在板材壓制。球殼板采用多點冷壓成型。壓型操作時應(yīng)使上胎從板材的一端逐步向另一端移動，上胎每次下壓應(yīng)緩慢且應(yīng)使球殼板角變形較小，球殼板每次移動量不得大于上胎的半徑，須幾次往復(fù)，使球殼板漸漸達(dá)到曲率要求，嚴(yán)禁急劇成型壓制；球罐組裝采用內(nèi)外三角架、掛梯相結(jié)合的散裝法。在帶支柱的赤道帶板內(nèi)側(cè)左右對稱焊接三角架的掛耳，將三角架用螺栓固定在掛耳上，再在三角架上鋪設(shè)跳板，跳板外緣設(shè)置安全網(wǎng)。上下三角架間用直梯連接，并在吊裝前固定好。外部腳手架根據(jù)球體的外觀形狀及焊工的具體操作位置進(jìn)行搭設(shè)。腳手架搭設(shè)完畢后，進(jìn)行外防護(hù)棚的鋪設(shè)，周圍設(shè)置安全網(wǎng)。赤道帶板的吊裝采用插入法，首先吊裝第一塊帶支柱的赤道板，起吊后，把支柱放在基礎(chǔ)上就位，將門字形壓鐵用方銷壓緊。吊裝第二塊帶支柱的赤道帶板，按前述方法，安裝兩支柱間拉桿并進(jìn)行調(diào)整。吊裝第三塊不帶支柱的赤道帶板，插裝在已安好的兩塊板之間。吊裝就位后，用日字夾具、方銷、圓銷將三塊板組成一體。按上述方法依排版圖依次組裝直至全部閉合。下溫帶板的吊裝，吊鉤從赤道帶上環(huán)口內(nèi)垂下，利用下溫帶板內(nèi)側(cè)的定位方鐵作吊點進(jìn)行吊裝。下極帶板組裝：吊裝順序為下極帶圍板→下極帶側(cè)板→下極帶中板。上溫帶板吊裝：吊鉤從赤道帶上環(huán)口內(nèi)垂下，利用上溫帶板內(nèi)側(cè)的定位方鐵作吊點進(jìn)行吊裝。上極帶板組裝：第一塊圍板吊裝就位后，需將極圍板上仰一定角度，與赤道帶板上端連接，再依次吊裝其它極圍板及極側(cè)板、極中板，用組裝夾具連接，安裝就位后調(diào)整。至此，安裝基本完成。

焊接工藝參數(shù)：φ4.0的焊條電壓24～26V，電流160～180A；φ3.2的19～21V，電流100～120A。焊接操作：赤道帶縱縫和上下溫帶縱縫采用分二段焊法，由12名焊工對稱同步焊接；上、下極帶縱縫和方環(huán)縫在4名焊工同時施焊的前提下，第一、二層采用分段退向焊，其余為順向焊，起弧點在環(huán)縫坡口內(nèi)進(jìn)行；上、下極帶環(huán)縫由12名焊工對稱同步焊接，采用多層多道焊。焊接大坡口面時，每一、二層采用分段退向焊，除封面層采用退向焊外，其余各層均為從左向右焊；上、下極方環(huán)縫必須在極帶縱縫焊接完成后進(jìn)行；上、下極拼縫的焊接是先焊上極再焊下極。

為消除焊接殘余應(yīng)力，需整體消除應(yīng)力熱處理。熱處理應(yīng)在焊接、無損檢測全部完成經(jīng)檢查確認(rèn)合格后方可進(jìn)行。整體熱處理方法：采用德國EK9.1000L-R輕柴油燃燒器燃油法進(jìn)行，施工時將燃燒器安裝在球罐的下人孔位置，上人孔安裝一個帶有擋板的煙囪以排除煙氣，以球罐本身當(dāng)燃燒室，選用0號柴油為燃料，通過鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)和噴嘴將柴油噴入并霧化，由電子點火器點燃，隨著燃油不斷燃燒而產(chǎn)生的高溫氣流在球罐內(nèi)壁對流傳導(dǎo)和火焰熱量輻射作用，使球罐不斷升溫至熱處理工藝所要求的溫度，球罐外表面包保溫材料防止熱量散失。

熱處理合格后，要進(jìn)行水壓試驗。目的是最終檢驗設(shè)備的整體強(qiáng)度和可靠性，以高于設(shè)計的試驗壓力綜合考慮容器的制造質(zhì)量、各受壓元件的強(qiáng)度和剛度、焊接接頭和各連接面的密封性能等。

本次球罐的設(shè)計考慮了不同帶受液柱靜壓力不同的的特點，給出了不同的球殼厚度，使設(shè)計更為合理，建造更具經(jīng)濟(jì)性。

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