球罐球殼板相關(guān)技術(shù)探討

張傳齊　羅永智　王保衛(wèi)　陳麗萍

摘要：對球罐的桔瓣式和混合式兩種球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比總結(jié)，概括了球殼板在材料、成形、組焊等方面的關(guān)鍵技術(shù)，以期為廣大技術(shù)人員提供一些設(shè)計參考。

關(guān)鍵詞：球罐;球殼板;結(jié)構(gòu)對比;切割

中圖分類號：TH49

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.032

球罐[1]作為承壓的大型球形儲存容器，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，涉及化工、煉油、天然氣等多個領(lǐng)域。球殼板是球罐的主要受壓元件之一，其組成球殼主體的方式多種多樣，常見的有桔瓣式、混合式、足球瓣式球殼結(jié)構(gòu)。在特定的設(shè)計溫度下，球殼板要承受物料壓力、液柱靜壓力、風(fēng)載荷、雪載荷、地震載荷等外部載荷，受力復(fù)雜，工程設(shè)計時不僅要通過強度計算保證球罐的強度，還要合理確定球殼結(jié)構(gòu)，從球殼板的分帶排版、制造、檢驗等多個方面優(yōu)化設(shè)計，充分保證球罐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。筆者結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料[2-5]和設(shè)計經(jīng)驗，通過數(shù)據(jù)實例對桔瓣式和混合式兩種球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析，總結(jié)了球殼板設(shè)計技術(shù)要點。

1 桔瓣式和混合式球殼結(jié)構(gòu)對比

桔瓣式和混合式球殼結(jié)構(gòu)對比如圖1所示。桔瓣式球殼先以緯線將球殼分割成球帶，再以經(jīng)線將球殼分割成球殼板，其極帶由1塊極中板和2塊極側(cè)板組成;混合式球殼的極帶板采用足球瓣式，由1塊極中板、2塊極側(cè)板和4塊極邊板組成，其余均采用桔瓣式。

為了對兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行更直觀的對比，容積相同的球罐均取相同數(shù)量的赤道板和支柱，分帶數(shù)按照GB/T 172612011[6]標(biāo)準(zhǔn)選取，主要從球殼板數(shù)量、焊縫總長度、板材利用率進(jìn)行計算，球殼板結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表1所示，通過對比分析可以得出結(jié)論。

球罐容積為400 m3時，桔瓣式球殼的球殼板總數(shù)和焊縫總長度都比混合式球殼的少，其球殼板下料、加工、焊接組裝的工作量大大降低，提高了生產(chǎn)效率，同時還節(jié)約了焊材、人工等生產(chǎn)成本，缺點是板材利用率沒有混合式球殼高。因此，容積400 m3的球罐采用桔瓣式球殼比較有優(yōu)勢。 球罐容積為650 m3時，在球殼板的數(shù)量上，混合式結(jié)構(gòu)要比桔瓣式結(jié)構(gòu)多，但是混合式結(jié)構(gòu)的焊縫總長縮短了，并且板材利用率更高，占有一定優(yōu)勢。

球罐容積為1 000 m3時，3帶桔瓣式球殼的球殼板總數(shù)和焊縫總長度要優(yōu)于4帶桔瓣式和3帶混合式球殼，但是其球殼板尺寸較大，深度達(dá)到1 801 mm，弧長達(dá)到9 660 mm，這種曲率較大且長度長的球殼板壓制好可以說困難重重，制造的可行性較差，而且板材利用率也低，所以在工程設(shè)計中，容積1 000 m3的球罐采用桔瓣式球殼結(jié)構(gòu)時，最少要分4帶，而混合式3帶球殼結(jié)構(gòu)和桔瓣式4帶球殼結(jié)構(gòu)相比，混合式球殼的優(yōu)勢就非常明顯了。

容積為2 000 m3和3 000 m3的球罐與混合式球殼結(jié)構(gòu)相比，桔瓣式球殼結(jié)構(gòu)在球殼板總數(shù)、焊縫總長、板材利用率上沒有明顯優(yōu)勢，并且分帶數(shù)量也較多。對于較大容積的球罐，如果采用3帶和4帶桔瓣式球殼結(jié)構(gòu)，其球殼板規(guī)格較大，已經(jīng)超出了鋼板的軋制能力，并且每張球殼板重量也增大，吊裝及運輸費用高，所以對于大容積球罐采用混合式球殼結(jié)構(gòu)是比較合適的。

2 球殼板制造技術(shù)

2.1 原材料復(fù)驗

鋼板進(jìn)廠后制造廠按照材質(zhì)證明文件檢查驗收，如設(shè)計圖紙及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中要求對材料進(jìn)行復(fù)驗，還需按文件執(zhí)行，復(fù)驗內(nèi)容有超聲波檢測、力學(xué)性能檢測、化學(xué)成分檢測等。

2.2 球殼板的成形

2.2.1 球殼板的下料

目前制造廠普遍采用火焰切割工藝，先切割出球殼板料坯，成形后坡口和二次下料結(jié)合進(jìn)行，坡口精度高和尺寸誤差較小。隨著球殼板的切割工藝的迅速發(fā)展，比較先進(jìn)的“切割機器人”得到廣泛應(yīng)用，其可在球殼板成形后，直接進(jìn)行數(shù)控劃線和數(shù)控切割，且自動搜尋切割軌跡，能夠保證每片曲面鋼板的弧長、弦長等尺寸精度符合技術(shù)要求，提高了切割下料的一致性和準(zhǔn)確率，使曲面板現(xiàn)場拼裝更迅速、焊接質(zhì)量更易保證、工作效率更高。

2.2.2 球殼板的成形

壓形前應(yīng)徹底去除鋼板表面的氧化皮等雜物，避免損傷球殼板表面，并按照球殼板的規(guī)格尺寸、材料特陛等因素制定技術(shù)措施，選擇合適的模具。球殼板成形一般采用大模具、多點冷壓成型工藝，成形時溫度應(yīng)在0℃以上，施壓速度應(yīng)緩慢，要充分保證鋼板的供貨狀態(tài)，不損傷材料。

2.2.3 尺寸檢驗與標(biāo)識

球殼板的最終尺寸應(yīng)滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及施工圖的技術(shù)要求，并制作檔案卡片記錄好每塊球殼板材質(zhì)、帶號、位號、爐號等，檢測合格后用油漆在球殼板上噴涂位號及帶號。球殼板幾何尺寸允許偏差的最低要求為：長度方向弦長L允差不大于±2.5 mm;任意寬度方向弦長允差不大于±2 mm;對角線弦長允差不大于±3 mm;兩條對角線應(yīng)在同一平面上，用兩直線對角測量時，兩直線的垂直距離不得大于5 mm;長度方向弧長允差±2.5 mm，寬度方向弧長允差±2 mm。

2.3 球殼板在制造廠內(nèi)的焊接

從事球罐焊接的焊工必須持有考試合格證書，焊工施焊的鋼材種類、焊接方法、焊接位置等均應(yīng)與焊工本人考試合格的項目相符;施焊前應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接工藝評定，并根據(jù)圖樣要求及評定合格的焊接工藝制訂出焊接工藝規(guī)程。上支柱的組焊要采用專用平臺和工裝，防止赤道板變形，保證其變形量控制在限定范圍內(nèi)。

2.4 球殼板出廠前表面缺陷的修復(fù)

球殼板表面的凹坑、劃傷、裂紋等缺陷必須打磨清除，修磨表面應(yīng)平滑過渡，坡度不小于3：1，修磨后的厚度須不小于圖樣要求的最小厚度，且修磨表面還應(yīng)按NB/T47013.4_2015[7]標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定應(yīng)進(jìn)行l(wèi)00%磁粉檢測，I級合格。當(dāng)缺陷深度小于球殼厚度的5%或者2 mm時，需對缺陷進(jìn)行焊接修補，焊接修補措施應(yīng)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定。

2.5 球殼板的涂覆、包裝及運輸

球殼板制造完畢檢測合格后應(yīng)徹底清除內(nèi)外表面鐵銹等雜物，并涂防銹漆。運輸時，球殼板采用專門的鋼框架進(jìn)行包裝，球殼板凹面朝下，上下重疊放置，相互之間墊襯橡膠帶等柔性材料。通常情況，單個包裝框架中球殼板數(shù)量最多6塊，其整體總質(zhì)量應(yīng)控制在30t之內(nèi)。

球罐上、下極帶與接管相焊的球殼板應(yīng)單個包裝，并采取保護(hù)設(shè)施防止吊裝、運輸中接管碰撞變形，如果設(shè)計文件沒有其他特殊規(guī)定，應(yīng)符合JB/T 4711_2003[8]標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

3 結(jié)束語

近年來，鋼板的軋制能力、球殼板的制造水平、運輸能力都在不斷提升，球殼板的規(guī)格也隨之變化。在工程設(shè)計時，球殼板的規(guī)格尺寸并沒有規(guī)定不變的設(shè)計參數(shù)，技術(shù)人員需要綜合考慮各個影響因素，制訂出合理的球殼結(jié)構(gòu)和球殼板尺寸，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本;同時，還需要提出全面的、合理的技術(shù)措施，保證球罐的安全可靠性。

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