5000m3液氨球罐的设计、制造及安装

杨林 曹凤玲

摘 要：压力容器在石油、石化等行业中已经非常常见，其中球罐的使用更是逐渐的大型化，逐渐的出现了5000 m3、10000 m3甚至更大的球罐。球罐的设计及工艺更是日趋完善，各种新材料的出现更是为大型化提供了坚实的基础。本文介绍了5000 m3液氨球罐的设计、制造及安装中的技术关键点。

关键词：压力容器；球罐；设计；制造；安装

此次5000m3液氨球罐为四川七化建化工工程有限公司项目，主体结构为五带十二支柱混合式，球罐内直径Di为21200mm，支柱型式为赤道正切式，工作压力0.8Mpa，设计压力0.95 Mpa；工作温度-33～20℃，设计温度-33～26℃，液氨按化学性质划为中度危害，密度为680kg/m3，腐蚀裕量取2.5mm，球壳材质为16MnDR，锻件为16MnDIII级锻件，设计使用年限为15年。液氨是一种腐蚀性介质，当液氨在下列环境中时，具有应力腐蚀性。1.介质为液态氨，含水量不高（≤0.2%），且有可能受空气（O2或CO2）污染的场合。2.使用温度高于-5℃。本球罐就是液氨应力腐蚀工况，所以对球壳的材料，焊接，无损检测，热处理等都有更为严格的要求，并需严格按照HG/T20581-2011<<钢制化工容器材料选用规定>>中的要求执行。16MnDR材料应符合GB3531-2008《低温压力容器用低合金钢板》及第1号修改单，正火状态下供货，且应逐张进行超声波检测，每批取一张钢板进行夏比（V型缺口）低温冲击试验，试验温度-40℃，三个试样的冲击功平均值不得低于47J，其中一个试样的冲击功可小于平均值，但不得小于平均值的70%。

以上球壳厚度考虑了支柱a点对球壳的影响，计算不列出。综上，球壳厚度最终取值为：第一带δ1=34mm，第二带δ2=34mm，第三带δ3=36mm，第四带δ4=36mm，第五带δ5=36mm。

16MnD锻件符合NB/T47009-2010<<低温承压设备用低合金钢锻件>>中的规定，且需进行夏比（V型缺口）低温冲击试验，试验温度按标准规定。

焊条选用J507RH， 按批号进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量（含量不大于8mL/100g，气相色谱法）的复验。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。

制造分厂内制造和现场安装。厂内制造主要在板材压制。球壳板采用多点冷压成型。压型操作时应使上胎从板材的一端逐步向另一端移动，上胎每次下压应缓慢且应使球壳板角变形较小，球壳板每次移动量不得大于上胎的半径，须几次往复，使球壳板渐渐达到曲率要求，严禁急剧成型压制；球罐组装采用内外三角架、挂梯相结合的散装法。在带支柱的赤道带板内侧左右对称焊接三角架的挂耳，将三角架用螺栓固定在挂耳上，再在三角架上铺设跳板，跳板外缘设置安全网。上下三角架间用直梯连接，并在吊装前固定好。外部脚手架根据球体的外观形状及焊工的具体操作位置进行搭设。脚手架搭设完毕后，进行外防护棚的铺设，周围设置安全网。赤道带板的吊装采用插入法，首先吊装第一块带支柱的赤道板，起吊后，把支柱放在基础上就位，将门字形压铁用方销压紧。吊装第二块带支柱的赤道带板，按前述方法，安装两支柱间拉杆并进行调整。吊装第三块不带支柱的赤道带板，插装在已安好的两块板之间。吊装就位后，用日字夹具、方销、圆销将三块板组成一体。按上述方法依排版图依次组装直至全部闭合。下温带板的吊装，吊钩从赤道带上环口内垂下，利用下温带板内侧的定位方铁作吊点进行吊装。下极带板组装：吊装顺序为下极带围板→下极带侧板→下极带中板。上温带板吊装：吊钩从赤道带上环口内垂下，利用上温带板内侧的定位方铁作吊点进行吊装。上极带板组装：第一块围板吊装就位后，需将极围板上仰一定角度，与赤道带板上端连接，再依次吊装其它极围板及极侧板、极中板，用组装夹具连接，安装就位后调整。至此，安装基本完成。

焊接工艺参数：φ4.0的焊条电压24～26V，电流160～180A；φ3.2的19～21V，电流100～120A。焊接操作：赤道带纵缝和上下温带纵缝采用分二段焊法，由12名焊工对称同步焊接；上、下极带纵缝和方环缝在4名焊工同时施焊的前提下，第一、二层采用分段退向焊，其余为顺向焊，起弧点在环缝坡口内进行；上、下极带环缝由12名焊工对称同步焊接，采用多层多道焊。焊接大坡口面时，每一、二层采用分段退向焊，除封面层采用退向焊外，其余各层均为从左向右焊；上、下极方环缝必须在极带纵缝焊接完成后进行；上、下极拼缝的焊接是先焊上极再焊下极。

为消除焊接残余应力，需整体消除应力热处理。热处理应在焊接、无损检测全部完成经检查确认合格后方可进行。整体热处理方法：采用德国EK9.1000L-R轻柴油燃烧器燃油法进行，施工时将燃烧器安装在球罐的下人孔位置，上人孔安装一个带有挡板的烟囱以排除烟气，以球罐本身当燃烧室，选用0号柴油为燃料，通过鼓风机送风和喷嘴将柴油喷入并雾化，由電子点火器点燃，随着燃油不断燃烧而产生的高温气流在球罐内壁对流传导和火焰热量辐射作用，使球罐不断升温至热处理工艺所要求的温度，球罐外表面包保温材料防止热量散失。

热处理合格后，要进行水压试验。目的是最终检验设备的整体强度和可靠性，以高于设计的试验压力综合考虑容器的制造质量、各受压元件的强度和刚度、焊接接头和各连接面的密封性能等。

本次球罐的设计考虑了不同带受液柱静压力不同的的特点，给出了不同的球壳厚度，使设计更为合理，建造更具经济性。

参考文献：

[1]TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》

[2] GB150.1～GB150.4-2011《压力容器》

[3] GB12337-1998《钢制球形储罐》

[4]GB50094-2010《球形储罐施工规范》

[5]NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》

[6] NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》

[7]JB/T4730-2005《承压设备无损检测》

[8]JB/T4711-2003《压力容器涂敷、运输和包装》

[9]HG/T20580～20585-2011