大型球形儲罐的現場組焊技術

李 魚

球形儲罐由于尺寸龐大，受廠房尺寸和運輸等條件的限制，在制造廠完成球殼板的壓制，以及接管和一些臨時性附件的焊接后，必須運往用戶現場就地組焊。球形儲罐的現場組焊通常采用分帶組裝或分瓣組裝兩種方式，而對于大型球罐通常采用分瓣組裝的方式。球形儲罐的現場組焊是一項十分復雜的工作，涉及工序較多、受自然條件及天氣影響較大，與通常在廠房內施工有很大區別。因此，進入現場前必須制定合理、嚴密的施工計劃，對組焊工藝進行充分論證，確保方案可行、可靠。本文結合我公司4臺2500 m3球罐的安裝過程，詳細介紹大型球型儲罐的現場組焊技術。

該4臺球罐內徑為S?16 800 mm，壁厚 35 mm，材質為16MnDR，共由四帶板組成，即：上極帶、上溫帶、赤道帶和下極帶。工作壓力為0．4～1．3 MPa，按照 JB 4732－1995 設計，工作介質為天然氣（見圖1）。

1 組裝前準備

（1）按照圖紙、技術要求和引用標準規定進行現場球罐零部件的驗收。

圖1 球罐外形

（2）進行球罐基礎部位尺寸檢查和驗收，允許偏差應符合GB 50094的規定，并滿足設備安裝要求。基礎混凝土的強度不得低于設計要求的75%。

（3）焊接球殼板的定位塊、限位塊和吊耳等。定位塊的數量及位置是根據殼板弧長尺寸計算而來，一般相鄰兩定位塊距離為700～900 mm，距球殼板內側邊緣距離為150 mm。限位塊焊接在赤道帶板水平線上下位置。赤道帶板及上極帶各板焊接吊耳，數量為2個，下極帶各板無需焊接專用吊耳，吊裝時用板內側的定位塊即可。定位塊和限位塊采用與球殼板同材質鋼板氣割而成（見圖2）。

圖2 定位塊、限位塊設置示意圖

（4）在赤道帶和上溫帶板的內部相應位置焊鋪設跳板用的三角架掛耳，然后將三角架用螺栓固定在掛耳上，注意應確保球殼板組裝后，三角架的位置應能保證跳板水平，且便于焊工施焊。

（5）在平臺上將上、下支柱組焊，組焊后各項檢驗結果應當符合標準和產品技術要求的規定。

2 球罐組裝

2.1 赤道帶板組裝

在基礎滑板表面劃出支柱安裝中心線、角度等分線和支柱底板圓，考慮到焊縫收縮和組裝方便，支柱中心線的直徑應比設計值大10～20 mm，以便于最后一塊赤道帶的插裝就位。在支柱底板下面涂一層厚度為1 mm左右的潤滑油，以減少支柱滑動阻力。根據支柱編號和球罐設備方位圖，吊裝帶支柱與內三角架的第一塊赤道帶板。

赤道帶板的吊裝采用插入法，具體步驟如下：

（1） 首先吊裝第一塊帶支柱的赤道板，起吊后，把支柱放在基礎上就位，調整支柱使其徑向、周向垂直度≤10 mm，用經緯儀檢查合格后緊固地腳螺栓。

（2）吊裝第二塊帶支柱的赤道帶板，按前述方法，調整支柱徑向、周向垂直度、緊固地腳螺栓，安裝兩支柱間拉桿并進行調整。

（3）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，水平度可根據限位塊的位置進行控制，并在鄰板間留出3～5 mm的焊接間隙。吊裝就位后，用日字夾具、方銷、圓銷將三塊板組成一體，注意只能使用組裝夾具，不允許采用點焊方式（見圖3）。

（4）按上述方法依次吊裝一塊帶支柱的赤道帶板，一塊不帶支柱的赤道帶板，吊裝就位后用組裝夾具連接并進行調整，直至全部閉合，組裝成帶。

圖3 赤道帶板的吊裝

隨后依次組裝下極帶板和上極帶板。

2.2 組裝質量檢查

球殼組裝后，對各帶板進行調整，用弦長不小于1 m的樣板檢查組對后的棱角，使上述各帶板組裝后的對口間隙、錯邊量、棱角度、赤道線水平度、支柱垂直度及任意位置最大與最小直徑之差符合規定。

組裝偏差要求

組對間隙 2±2 mm

組對錯邊 ≤2 mm

組對棱角 ≤4 mm

赤道線水平度

每塊球殼板 ≤2 mm

相鄰兩塊球殼板 ≤3 mm

任意兩塊球殼板 ≤6 mm

支柱垂直度

徑向 ≤10 mm

周向 ≤10 mm

球罐任意位置最大直徑、最小直徑及兩極間凈

距與設計內徑之差 50．52 mm

3 球罐焊接

3.1 球罐焊接順序

赤道帶縱縫（外部）→赤道帶縱縫（內部）→上溫帶縱縫（外部）→上溫帶縱縫（內部） →上、下極帶縱縫（外部）→上、下極帶縱縫（內部）→上極拼縫（外部）→上極拼縫（內部）→下極拼縫（外部） →下極拼縫（內部） →上極帶方環縫（外部）→上極帶方環縫（內部）→下極帶方環縫（外部）→下極帶方環縫（內部）→大環縫（外部） →大環縫（內部） →上環縫（外部） →上環縫（內部）→下環縫（外部）→下環縫（內部）。

3.2 焊接操作要求

赤道帶縱縫和上溫帶縱縫采用分二段焊法，由10名焊工對稱同步焊接；上、下極帶縱縫和方環縫是應力集中處，在4名焊工同時施焊的前提下，除第一、二層采用分段退向焊外，其余為順向焊，起弧點在環縫坡口內；上、下極帶環縫由8名焊工同時施焊，焊接時采用多層多道焊，各焊工交接位置要錯開200～300 mm，各層道之間要錯開20～30 mm。焊接大坡口面時，除封面層采用退向焊外，其余各層均為從左向右焊，留足接頭尺寸；上、下極方環縫必須在極帶縱縫焊接完成后進行，方環縫由8名焊工施焊，采用多層多道焊，焊接位置為橫焊，第一、二層采用分段退向焊，其余各層由左向右進行，交接處應留有足夠長度；上、下極拼縫焊接是先焊上極再焊下極，由4名焊工對稱施焊，焊接位置為平焊和仰焊，平焊時電流可大一些，第一、二層采用分段退向焊，其余各層為順向焊。

焊后打磨是焊接的最后一道工序，要求焊道至母材平滑過渡；當焊道邊緣咬肉深度≤0．3 mm時，采取打磨處理，當焊接咬肉深度＞0．3 mm時，需補焊磨平后PT檢驗；對接焊縫應采用砂輪將焊縫上回火焊道全部打磨光滑平整，打磨后焊縫任何部位不能低于母材。角焊縫應打磨至與母材圓滑過渡，其焊腳尺寸應符合設計圖中的規定。

4 球罐無損檢測

焊縫表面的形狀尺寸及外表檢查合格后，方可進行無損探傷。球殼全部對接焊縫焊接完成24 h后進行100%的射線檢測，采用設備為Ir192γ射線源。全部焊縫100%（包括全部T口） 超聲波復驗。球殼上所有對接焊縫內外表面，接管與球殼板焊縫內外表面，支柱、墊板與其它角焊縫，焊接背面清根處，補焊處表面區，工卡具焊跡打磨處、球殼板缺陷及補焊并打磨處進行100%磁粉檢測或滲透檢測。

在壓力試驗后還應進行復查，比例不少于焊縫全長20%。復查部位包括每一處相交焊接接頭、接管與球殼板焊縫內外表面、補強圈、墊板、支柱與其它角焊縫的外表面、工卡具焊跡打磨和殼體缺陷補焊及打磨處。檢測應在焊接完成后48 h后進行，檢測前受檢表面應打磨使露出金屬光澤，焊縫應與母材平滑過渡。

5 球罐整體熱處理

采用輕柴油燃燒器燃油法，將燃燒器安裝在球罐的下人孔位置，上人孔安裝帶有擋板的煙囪以排除煙氣，以球罐本身當燃燒室，選用0號柴油為燃料，通過鼓風機送風和噴嘴將柴油噴入并霧化，由電子點火器點燃，利用燃油不斷燃燒而產生的高溫氣流在球罐內壁對流傳導和火焰熱量輻射作用，使球罐升溫至熱處理溫度。球罐外表面包保溫材料以防熱量散失。保溫材料采用超細玻璃纖維氈，總厚度100 mm，采用鋼帶和保溫釘固定，安裝時用鐵絲在保溫釘上交叉繞緊，保溫棉層外掛鋼帶并勒緊，尤其應注意防止下半球處的保溫棉塊脫落。球罐上的人孔、接管等處均應扣盲板保溫，從支柱與球罐聯接焊縫下端起向下1 m長度范圍內的支柱也需采取保溫措施。控溫程序為每3 s巡檢一點，每2．5 min左右巡查一遍，如發現保溫缺陷則發出溫差信號報警，提醒操作人員及時處理。

此外，由于熱處理規范中要求試板與球罐的球殼板需采用相同工藝進行熱處理，所以將試板在上極帶處以120°間隔放置。

考慮到支柱在熱處理過程中會因受熱膨脹而移動，所以在熱處理時，應松開拉桿及地腳螺栓，并在支柱地腳板底部設置移動裝置和位移測量裝置。熱處理過程中應監測實際位移值，并按計算位移值調整柱腳的位移，溫度每變化100℃時調整一次，允許偏差≤10 mm。移動柱腳應緩慢平穩。熱處理后應測量并調整支柱垂直度和拉桿撓度，拉桿重裝時應對稱均勻擰緊，偏差應符合前述組裝要求。

6 其它

球罐整體熱處理結束后，應按產品技術要求和相應技術標準規定完成無損檢測、水壓及氣密性試驗、防腐涂漆等工作。

7 結語

本文所述球形儲罐的現場組焊工藝技術已經過多次實際驗證，可以滿足大多數球形儲罐的組焊技術要求。但由于球形儲罐的現場組焊是在室外進行，受各種自然或人為因素影響較大，因此施工方應針對具體產品在組焊前做好充分準備工作，才能夠確保組焊工作圓滿完成。