中科儲運單元正丁烷球罐安裝過程淺析

張 濤

中石化第五建設有限公司 廣東省廣州市 510170

中科煉化一體化項目位于廣東湛江東海島，包括1000 萬t/ a 煉油、80 萬t/ a 乙烯工程，以及總圖、儲運、公用工程和相應配套設施和原油、成品油及液體化工、煤、散雜貨碼頭。以下主要闡述油品儲運區(qū)域的1臺Ⅲ類3000m3三帶混合式正丁烷球罐的詳細安裝過程。正丁烷球罐的設計參數(shù)：公稱容積3000m3；內(nèi)徑Φ18000mm；設計壓力1.77MPa；耐壓試驗壓力2.225MPa；壁厚46mm；殼體材質(zhì)Q370R；球罐重量412t。

1 施工準備

1.1 技術準備

（1）編寫球罐施工方案：按照SEG 的重大、專項、一般方案劃分類別，3000m3球罐的安裝屬于重大方案，需公司總工程師簽字和各個職能部門審核會簽。

（2）方案具體圍繞焊材選用、球殼板到貨時的擺放、組對安裝和焊接、熱處理、水壓試驗、噴砂防腐等內(nèi)容重點進行指導施工。

（3）安裝前填寫《特種設備安裝改造維修告知書》，帶上告知書和質(zhì)量證明文件到所在行政區(qū)域的市場監(jiān)督管理局對壓力容器的安裝告知，并在特檢院做備案，時刻待檢。

1.2 人力準備

（1）根據(jù)壓力容器安裝改造的要求，配置相應的專業(yè)工程師、質(zhì)量保證工程師、焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)責任人和熱處理質(zhì)量控制系統(tǒng)責任人。要求安裝前人員到位，并做施工指導性文件。

（2）現(xiàn)場一線施工人員配備，根據(jù)承接的項目規(guī)模和球罐數(shù)量，配置數(shù)量足夠的施工人員，如焊工、組對工和起重工等。

1.3 機械和輔助工具準備

（1）起重機械：考慮球殼板安裝時吊裝機械的靈活和可操作性，選擇履帶吊車。本次選擇了ZCC850H（85t）和ZCC900HWG- 27Z（90t）型履帶吊2 臺，雙吊車配合起吊。

（2）工裝夾具采用脊板形夾具。

（3）現(xiàn)場焊材需要配置儲存室和烘烤室，儲存室內(nèi)濕度不得大于60%，溫度不得低于5℃，室內(nèi)環(huán)境每天要有記錄。焊材烘烤和發(fā)放人員需要上崗前培訓，并持證上崗，過程中將焊條烘烤記錄、焊條發(fā)放回收記錄的表格填好。

2 球罐組裝

2.1 零部件的檢查和驗收

（1）掌握和了解球殼板等材料的到貨時間、運輸方式，按照規(guī)范和設計文件，球殼板應采用鋼結(jié)構托架包裝，球殼板的凸面朝上，各板間墊以柔性材料，嚴防運輸中產(chǎn)生變形和損傷。每個包裝件的總重不宜超過30 t。

（2）對到場的材料，按設計圖樣和GB12337 的有關規(guī)定對球罐附件和零部件進行檢查和驗收。球罐零部件的數(shù)量應進行核對確認，清點后做好記錄，驗收合格后分別進行入庫和場地存放；對誤差超出要求的部件，應另行擺放；對缺陷部位做好標識，并在排版圖上注明，會同有關部門研究處理。在搬運過程中，要防止機械損傷和磕碰劃傷，法蘭、管板的密封面、緊固件的螺紋應有可靠的保護措施。

2.2 球罐組裝

2.2.1 夾具及吊耳

單片球殼板在地面時使用脊板形夾具（脊板形卡碼、方形卡帽及圓錐銷配套而成，圖1）。脊板形夾具的剛性大，組裝精度高，調(diào)整性和通用性強，對組裝較厚殼體的球罐優(yōu)勢尤為突出。吊耳和掛耳四周滿焊，保證焊接牢固可靠，防止吊裝過程因吊耳脫落造成人員受傷和球殼板損傷。

圖1 脊板形夾具

2.2.2 腳手架

（1）球罐外部采用雙排架十棱柱形式搭建腳手架，內(nèi)側(cè)以球體形狀搭設階梯狀平臺，平臺距球罐表面0.4m 左右，各環(huán)縫要比平臺高出1.2m 左右，平臺采用3 排鋼架板；球罐內(nèi)部腳手架采用滿堂紅結(jié)構形式，立桿井字結(jié)構，橫桿緊靠球罐內(nèi)壁，平臺采用3 排鋼架板，平臺距球罐表面0.4m 左右，環(huán)焊縫要比平臺高出1.2m 左右，平臺層高1.6～2.0m；人行斜道采用盤旋上升形式，寬度800mm，坡度宜采用1:3，斜道每隔300mm 設置一根200～300mm 的防滑木條；球罐腳手架每層平臺設置護欄（雙護腰），護欄高度在1100～1200mm 間；每層平臺必須設置護腳板，護腳板高度大于180mm。

（2）球罐四周設置方式：外腳手架搭設完成后，在腳手架垂直高約15～18m 周圍從上至下鋪掛阻燃篷布，用10# 鐵絲按豎向、橫向牢固地捆扎在腳手架外側(cè)，可起到防風和安全防護的作用。

（3）球罐頂部設置方式：首先用架管在球罐頂部搭設一個直徑約3m，高出上人孔2.5m 的多邊圓形架。為保證圓形架的穩(wěn)定性，圓形架的下方與球罐頂部定位塊焊接，利用30 根左右架管將圓形架與外腳手架的最上方橫桿用扣件相連，形成一個傘形圓頂。傘形圓頂上方用6m×6m 的篷布鋪掛，不僅防風遮陽，還起到防雨作用。

腳手架搭建示意圖見圖2。

圖2 操作腳手架及防護棚搭設

2.2.3 球殼板組對

采用散裝法，即將球殼板逐塊吊起，組裝成球體。球殼板吊裝順序如下：赤道帶板→下極帶邊→下極帶側(cè)→下極帶中板→上極帶邊板→上極帶側(cè)板→上極帶中板。極板布置示意圖見圖3。

圖3 極板布置示意圖

3 球罐焊接

3.1 焊前準備

（1）焊工必須取得相應的合格證書，持證上崗。根據(jù)母材材質(zhì)，做出合理的焊接工藝評定，并以此選用合理的焊接參數(shù)。

（2）焊條熔敷金屬擴散氫含量的測定按GB/ T 3965 中的水銀法進行，以[H]≤5.0mL/ 100g 為合格。20 根為一個樣品，復驗結(jié)果符合要求。

3.2 焊接過程

3.2.1 預熱、溫度和焊后消氫處理

嚴格控制焊接線能量，窄焊道、薄層多層焊焊接的層數(shù)按照16 層執(zhí)行，每一焊道寬度不大于焊芯直徑的3 倍，每一層焊道的厚度不超過3mm。預熱、溫度和焊后消氫處理見表1。

表1 預熱、溫度和焊后消氫處理參數(shù)

3.2.2 球殼主體焊縫的焊接

總的焊接順序是先縱縫后環(huán)縫，先大坡口后小坡口，一面焊接成形后再焊接另一面。具體焊接順序：赤道帶縱縫外口→上極帶拼縫及上極帶邊板縱縫外口→下極帶拼縫及下極帶邊板縱縫外口→上環(huán)縫外口→上口字縫外口→下環(huán)縫外口→下口字縫外口→赤道帶縱縫內(nèi)口→上極帶拼縫及上極帶邊板縱縫內(nèi)口→下極帶拼縫及下極帶邊板縱縫內(nèi)口→上環(huán)縫內(nèi)口→上口字縫內(nèi)口→下環(huán)縫內(nèi)口→下口字縫內(nèi)口。

3.3 焊接結(jié)果及焊接合格率

本臺球罐焊縫合計455m，TOFD 檢測合計16 處需要返修，返修合計長度1m，缺陷類型皆為埋藏型缺陷。分析產(chǎn)生的原因為內(nèi)部氣刨過程存有部分未干凈創(chuàng)面，返修后再次檢測全部合格，一次焊接合格率達到99.73%。

4 球罐整體熱處理

4.1 熱處理要求

球罐焊接工作全部結(jié)束，經(jīng)無損檢測合格后，拆除球罐內(nèi)部一切臨時設施，檢查球罐外腳手架與球罐外表面距離是否滿足球罐膨脹要求。然后松開支柱拉桿和地腳螺栓螺母使球罐能夠在熱處理過程中自由膨脹。熱處理前，要及時掌握天氣情況，保證熱處理質(zhì)量不受雨天影響，并要組織監(jiān)理、質(zhì)量檢測部門聯(lián)合檢查。

測溫點應均勻布置在球殼板表面，相鄰測溫點的間距不宜大于4500mm，距人孔與球殼板焊縫邊緣200mm 以內(nèi)，并且產(chǎn)品焊接試板上必須設測溫點。400℃以上升溫和降溫過程中，任意兩點的溫差不得超過130℃。球罐試版分別安置在球罐外部高溫區(qū)，按指定的方位作臨時固定。安裝測溫系統(tǒng)所用熱電偶和補償導線，并引到自動記錄儀。溫度記錄采用連續(xù)自動記錄儀表，儀表精度應達到1%的要求。記錄儀表實現(xiàn)溫度適時打印，根據(jù)要求打印時間－溫度圖。

4.2 熱處理施工工藝

熱處理工藝曲線見圖4。加熱時，在400℃及以下可不控制升溫速度；在400℃以上，升溫速度宜控制為50～80℃/ h，球殼表面上任意兩測溫點的溫度差不得大于120℃；降溫時，從熱處理溫度到400℃的降溫速度宜控制為30～50℃/ h，400℃以下可在空氣中自然冷卻。

圖4 熱處理工藝曲線圖

熱處理工藝系統(tǒng)由燃油、供油、溫度測量、型態(tài)監(jiān)測等系統(tǒng)組成。采用一套微機系統(tǒng)對熱處理過程進行智能化控制，燃料采用0 號柴油，通過油泵增壓送油，由電磁閥控制經(jīng)噴嘴后噴出；霧化的燃燒油，由電子點火器自動點燃柴油進行燃燒。本次球罐熱處理最大耗油量為960kg/ h。

5 球罐水壓試驗

5.1 水壓試驗前準備

（1）球罐本體和附件的焊接已全部完成。核對每個附件尺寸、大小、位置正確無誤。

（2）支柱拉桿調(diào)整緊固完畢。熱處理工作全部結(jié)束并檢驗合格。

（3）球罐底部安裝一塊壓力表，罐頂安裝兩塊壓力表。壓力表應在試驗前進行校驗。壓力表等測量儀器已按要求進行檢定，該球罐使用6MPa 壓力表，試驗壓力以罐頂壓力表度數(shù)為準。

5.2 耐壓試驗

（1）充水前，打開球罐頂部的出氣閥；待球罐內(nèi)充滿水后，關閉出氣閥。在試驗過程中，應保持罐體外表面干燥。

（2）試驗時，壓力應緩慢上升；當壓力升至試驗壓力的50%時，保持足夠時間；然后對球罐所有焊縫和連接部位進行檢查，確認無滲漏、無可見的變形、無異常響聲后繼續(xù)升壓。

（3）壓力升至設計壓力時，保持足夠時間，再次進行檢查，確認無滲漏、無可見的變形、無異常響聲后再升壓。

（4）當壓力升至試驗壓力時，保持30min，然后將壓力降至設計壓力進行檢查，以確認無滲漏、無可見的變形、無異常響聲為合格。

（5）降壓應緩慢進行，待頂部壓力表降至為零后，方可打開放空口及人孔蓋。

（6）耐壓試驗完畢后，先打開進氣口，將水排盡。排水時，嚴禁就地排放。

（7）耐壓試驗的全過程必須做好各項記錄。

5.3 基礎沉降觀測

球罐在充、放水過程中，應在下列過程對基礎的沉降進行觀測：充水前；充水高度到1/ 3 球殼直徑時；充水高度到2/ 3 球殼直徑時；充滿水時；充滿水24h 后；放水后。

6 結(jié)語

球形儲罐安裝和焊接作業(yè)時，要將厚壁球罐的預熱和后熱溫度控制執(zhí)行到位。焊接時嚴格執(zhí)行多層多道焊的要求，嚴格控制焊接過程中的焊接工藝紀律，提高焊接質(zhì)量和球罐的安全性，保證球罐在設計要求使用的20 年內(nèi)不出現(xiàn)質(zhì)量安全問題。