液氨球罐制造安裝質量控制探析

劉新普（上海金山石化物流有限公司， 上海 200540）

液氨球罐制造安裝質量控制探析

劉新普（上海金山石化物流有限公司， 上海 200540）

本次研究針對1500m3液氨球罐制造安裝質量的控制提出了自己的見解，對液氨球罐的優化設計給出了要求，重點闡述了制造安裝過程中的材料驗收、基礎、組裝、焊接、外觀幾何尺寸、無損檢測、熱處理、充水和氣密試驗等環節的質量控制措施， 為今后的液氨球罐制造安裝質量的控制工作提供了相應的借鑒和參考。

液氨；球罐；制造；安裝質量

1 優化設計

設計是一臺液氨球罐誕生的第一步，也是確保制造安裝質量的第一個環節。要根據給定的工藝設計條件，遵循相關的規范標準，在確保安全的前提下，經濟、正確的選擇材料，并進行結構、強度和密封設計。結構設計主要是確定合理、經濟的結構形式，并滿足制造、檢驗、裝配、運輸和維修等要求；強度設計主要是確定結構尺寸，滿足強度或剛度及穩定性要求；密封設計主要是選擇合適的密封結構和材料，保證密封性能良好。

液氨球罐為三類壓力容器，設計的基本要求應是安全性與經濟性的統一。安全是前提，經濟是目標，在充分保證安全的前提下盡可能做到經濟，建議采用分析設計法進行設計，既可以減薄厚度，降低容器重量，又能確保焊接質量，提高容器的安全可靠性。同時要根據液氨球罐最有可能發生的失效形式，選擇合適失效判據和設計準則，確定適用的設計規范標準，按規范標準要求進行設計和校核。

設計液氨球罐時，在首先滿足各種給定的工藝要求，考慮液氨的重要特性，包括可燃性、飽和蒸汽壓、密度、腐蝕性、毒性程度等，還要考慮液氨的膨脹性和壓縮性，例如：液氨的體積會因溫度的上升而膨脹，溫度的降低而收縮，因此設計時還要重點考慮地基條件、環境溫度、風載荷、地震載荷、雪載荷等場地條件。

2 制造安裝過程質量控制

2.1 材料驗收環節

制造安裝前，需要按照相應的技術標準，對球殼板和焊材進行驗收檢查，球殼板主要檢查內容有：球殼板的外觀質量、球殼板的曲率、長短弦長、對角長度、球殼板的坡口尺寸及表面質量、接管方位、尺寸，法蘭的水平度等，除此之外還要按設計要求對球殼板進行超聲波復測和厚度測量的檢查，同時需要進一步確定16MnR板材的實際化學組成成分。

焊材主要應具有出廠合格證和產品質量證明書。焊條藥皮不得有脫落或明顯裂紋，對檢驗項目和技術指標不全，或對其質量有疑問時應按相應技術標準復驗，復驗合格后，方可入庫。作為國外焊接材料應符合相應的產品制造標準。

2.2 球罐基礎質量控制

在實際工作中，想要有效的確保球罐安裝質量，需要對液氨球罐基礎中心圓的直徑、中心點和中心線、支柱基礎中心的相對尺寸、基礎外觀質量、基礎標高、上表面的平面度等項目進行認真檢查。檢查基礎表面幾何尺寸時，還要檢查液氨球罐基礎的實際高度，促使其可以有效的保持“四周低、中心高”的規格，其坡度需要≥l/120。不僅如此，還要進一步實現罐底保冷工作以及防潮制作工作，在進行制作的過程中需要做好雨水浸襲預防工作。

2.3 殼瓣組裝質量控制

在組裝板材前，需要注意的是做好以下工作：罐底邊緣板間坡口幾何尺寸的有效檢查、圈壁板幾何尺寸的有效檢查等。如果在底板搭接部位存在水分、鐵銹以及相關的污物，那么就要及時有效的將其清理干凈，不僅如此，還要將全部對接接頭坡口兩側清理干凈。在進行組裝的時候，需要從根本上防止使用強力組對形式，在完成相關的組對工作之后，需要嚴格有效的檢查壁板錯邊量情況、角變形以及頂圈壁板垂直度情況。這樣一來就可以有效的防止應力大量的集中。球殼在組裝后焊接前進行檢查，質量要求應達到：組對間隙2±1mm；錯邊量≤2mm；棱角度（焊接前）≤6mm；支柱垂直度≤8mm。

2.4 焊接質量控制

手工電弧焊是該球罐的安裝焊接方法。球殼對接焊縫、定位焊道以及凡與球殼焊接的焊縫，選用E5015焊條焊接；梯子、平臺等結構件焊縫選用E4303焊條焊接。焊接工程開始之前，在施工單位焊接責任工程師的主持下針對球罐材料進行焊接工藝評定及焊接試驗。該類型罐底的邊緣板以及其底圈壁板實質上是整個球罐受力最為苛刻的部位，所以需要在評定對接接頭焊接工藝的基礎上，還要開展T形角焊縫試件制備以及進行相關的彎曲測試，這樣一來，就可以有效的避免應力破壞罐底的邊緣板以及其底圈壁板之間角焊縫強度，保證不被破壞同時還要對那部分不產生裂紋的變形角度進一步明確。因為變形角度的大小會直接因為受到超壓的影響引起角焊縫彎曲變形，一般情況下，角焊縫彎曲變形角度需要≥30°。

全部的球罐本體焊接，都需要派遣合格的經驗豐富的焊工進行焊接工藝，在進行焊接的過程中，需要嚴格有效的按照相關準則進行。例如：當施焊環境出現下列任一情況，且無有效防護措施時禁止施焊：雨天及雪天；風速超過6m/s；環境溫度≤-5℃；相對濕度≥85%。所以在實際工作中，需要嚴格有效的測量現場施焊條件，如果存在不滿足焊條電弧焊標準的，就需要對其進行禁止，不僅如此，還要嚴格有效的管理焊材一級庫跟焊材二級庫，對焊材的烘干工作、焊材的保管工作、焊材的發放工作以及焊材的回收工作需要進行嚴格的控制。注意，不能將那些干燥之后又受潮的焊材使用到罐體焊接中去。

2.5 外觀質量及幾何尺寸檢查

球罐焊接后，首先需要對液氨球罐內、外表面的外觀質量以及幾何尺寸進行認真檢查，檢查的過程中需要按照相關原則執行，其中最重要的就是避免球罐內壁存在大量的應力集中現象。重點檢查以下內容：首先是檢查工卡具處是不是被徹底的打磨，其次是深度是不是存在超標現象，最后是檢查任何損傷是不是存在圓滑過渡情況等。其次還需要對焊縫成形質量進行檢查，需要保證其不存在表面氣孔、弧坑、裂紋以及夾雜等現象，咬邊深度、焊縫的余高不能超標。再者還需要重點檢查罐壁上容易變形的位置，對制造方進行有效的督促，并且針對實際情況制定相應的解決措施，最大程度的降低壁板變形的程度。

2.6 焊接無損檢測

球罐全部對接焊縫焊接結束，經外觀質量檢查合格后，采用球罐中心γ源全景曝光施工技術，對球罐現場組焊的全部對接焊縫底片進行一次曝光，檢查焊縫內部質量。為保證底片質量，應避免雨天和高溫天氣放源。返修焊縫局部射線檢查采用東芝300射線探傷機進行定向透照，射線檢測合格標準為不低于JB4730-2005中的Ⅱ級；球罐對接焊縫還應進行100%的超聲波探傷檢查，超聲波檢測合格標準為JB4730-2005中的Ⅰ級；在球罐熱處理前后和水壓試驗后，分別對球罐的焊縫和焊疤等打磨處進行100%的MT探傷檢查，達到JB4730-2005中的Ⅰ級。檢驗前必須在相同的環境下作靈敏度試驗，方法采用鍍鉻顯形裂紋試片。射線、超聲、磁粉和滲透檢測均應在焊接結束二十四小時之后進行。

2.7 整體熱處理

球罐焊接全部結束，焊縫內、外部質量經檢查合格后，采用正壓內燃導流反射法或電熱偶進行整體熱處理，從而達到消除焊接殘余應力，提高焊接區金屬的韌性及其抗應力腐蝕能力的目的。球罐外部用硅酸鋁卷氈材料進行保溫，單層厚度50mm，分兩層設置。為保證熱處理效果，保溫層必須與球罐外表面貼緊，局部間隙最大不超過20mm，保溫層厚度應均勻密實。熱處理溫度為600±25℃，恒溫時間為1.5小時。球罐熱處理升溫、恒溫、降溫嚴格執行熱處理曲線，用溫度自動記錄儀進行溫度監測與記錄，對出現的偏差及時采取減少噴油量或增加噴油量予以調整。熱處理后，使用隨同球罐一起進行熱處理的產品焊接試板的機械性能來檢查球罐的熱處理質量。

熱處理工藝要求：升溫時，300℃以下的升溫速度可不限制，300℃以上時，升溫速度應控制在50～80℃/h，升溫速度應保持均衡；恒溫時，保溫層外表面溫度不大于60℃；降溫時，300℃以上的降溫速度控制在30～50℃/h，300℃以下可自然冷卻；300℃以上升溫時，球殼表面上相鄰兩測溫點的溫差不得大于130℃。

球罐保溫質量的好壞，對熱處理過程的溫度控制影響很大，施工時要求保溫層必須與球殼外表面貼緊，局部間隙最大為20mm，保溫厚度應均勻，無空洞脫落，片與片之間要搭接，搭接縫應嚴密，兩層間的接縫要錯開。為保證下半球的保溫層與球殼表面接觸緊密，保溫層敷設完畢后，在球罐下半部分用20×1.5的扁鐵拉緊，以承擔下半部分保溫層重量。

球罐上的人孔、接管、連接板及支柱與球殼板連接的焊縫的下端起向下至少1000mm長度范圍內的支柱應保溫。

支柱移動裝置的安裝：

球罐熱處理時，由于升溫和降溫過程，引起球罐膨脹和收縮，為避免球罐支柱上部與球殼板相貫處產生過大的應力，球殼溫度上升時，支柱應向外移動，冷卻時向內移動，常溫時恢復原位。移動裝置是采用一個固定在球罐基礎上的槽鋼框架，由螺旋千斤頂支在框架上，使支柱每隔100℃移動一次，支柱移動數據見下表：

支柱移動數據一覽表

3 充水和氣密試驗

水壓試驗需要進行階段性觀測，分別對充水前、充水至三分之一、充水至三分之二、充滿水24小時后、放水后等各階段進行基礎沉降觀測，各支柱基礎沉降應均勻，放水后不均勻沉降量不應大于12mm。相鄰支柱基礎沉降差不應大于2mm。試壓時水溫不得低于5℃。

試壓步驟：試驗壓力應緩慢上升，壓力升至試驗壓力的50%時，保持15分鐘，對球罐所有焊縫和連接部位進行滲漏檢查，確認無滲漏、無異常現象之后再繼續升壓；壓力升至試驗壓力的80%時，保持15分鐘，再次做滲漏檢查，確認無滲漏、無異常現象后再繼續升壓至試驗壓力后，穩壓30分鐘，然后將壓力降至設計壓力，進行檢查，以無滲漏及其他異常現象為合格。試驗完畢后，應將水排盡并用壓縮空氣將球罐內部吹干。

氣密性試驗應在水壓試驗合格、MT合格后進行，氣密性試驗壓力值為設計壓力值。壓力應緩慢上升，壓力升至試驗壓力的50%，保持10分鐘，對球罐所有焊縫和連接部位進行檢查，確認無滲漏后再繼續升壓，壓力升至試驗壓力，穩壓10分鐘，再進行滲漏檢查，以無滲漏為合格。

4 結語

本次研究選取1500m3液氨球罐作為主要的研究對象，對其在優化設計和制造安裝過程中的球罐基礎、材料的驗收、組裝、外觀檢查、無損檢測、焊接、熱處理、幾何尺寸的檢查以及充水和氣密試驗等環節的質量控制進行了闡述，上述幾個方面的分析對現實工作有著非常顯著的指導意義，在滿足相關標準的基礎上，實現對液氨球罐制造安裝過程中的相關環節質量進行有效的掌控，確保液氨球罐制造安裝質量的穩定，為液氨球罐后期的安穩運行提供了本質的保障，本次研究期望對日后的液氨球罐制造安裝質量控制工作提供相應的借鑒以及參考。