5000m3液氨球罐的設計、制造及安裝

楊林 曹鳳玲

摘 要：壓力容器在石油、石化等行業中已經非常常見，其中球罐的使用更是逐漸的大型化，逐漸的出現了5000 m3、10000 m3甚至更大的球罐。球罐的設計及工藝更是日趨完善，各種新材料的出現更是為大型化提供了堅實的基礎。本文介紹了5000 m3液氨球罐的設計、制造及安裝中的技術關鍵點。

關鍵詞：壓力容器；球罐；設計；制造；安裝

此次5000m3液氨球罐為四川七化建化工工程有限公司項目，主體結構為五帶十二支柱混合式，球罐內直徑Di為21200mm，支柱型式為赤道正切式，工作壓力0.8Mpa，設計壓力0.95 Mpa；工作溫度-33～20℃，設計溫度-33～26℃，液氨按化學性質劃為中度危害，密度為680kg/m3，腐蝕裕量取2.5mm，球殼材質為16MnDR，鍛件為16MnDIII級鍛件，設計使用年限為15年。液氨是一種腐蝕性介質，當液氨在下列環境中時，具有應力腐蝕性。1.介質為液態氨，含水量不高（≤0.2%），且有可能受空氣（O2或CO2）污染的場合。2.使用溫度高于-5℃。本球罐就是液氨應力腐蝕工況，所以對球殼的材料，焊接，無損檢測，熱處理等都有更為嚴格的要求，并需嚴格按照HG/T20581-2011<<鋼制化工容器材料選用規定>>中的要求執行。16MnDR材料應符合GB3531-2008《低溫壓力容器用低合金鋼板》及第1號修改單，正火狀態下供貨，且應逐張進行超聲波檢測，每批取一張鋼板進行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗，試驗溫度-40℃，三個試樣的沖擊功平均值不得低于47J，其中一個試樣的沖擊功可小于平均值，但不得小于平均值的70%。

以上球殼厚度考慮了支柱a點對球殼的影響，計算不列出。綜上，球殼厚度最終取值為：第一帶δ1=34mm，第二帶δ2=34mm，第三帶δ3=36mm，第四帶δ4=36mm，第五帶δ5=36mm。

16MnD鍛件符合NB/T47009-2010<<低溫承壓設備用低合金鋼鍛件>>中的規定，且需進行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗，試驗溫度按標準規定。

焊條選用J507RH， 按批號進行藥皮含水量或熔敷金屬擴散氫含量（含量不大于8mL/100g，氣相色譜法）的復驗。A.B類焊縫進行100%射線檢測，技術等級為AB級；合格后進行20%超聲復驗，技術等級為B級；合格級別：射線為II級，超聲為I級。

制造分廠內制造和現場安裝。廠內制造主要在板材壓制。球殼板采用多點冷壓成型。壓型操作時應使上胎從板材的一端逐步向另一端移動，上胎每次下壓應緩慢且應使球殼板角變形較小，球殼板每次移動量不得大于上胎的半徑，須幾次往復，使球殼板漸漸達到曲率要求，嚴禁急劇成型壓制；球罐組裝采用內外三角架、掛梯相結合的散裝法。在帶支柱的赤道帶板內側左右對稱焊接三角架的掛耳，將三角架用螺栓固定在掛耳上，再在三角架上鋪設跳板，跳板外緣設置安全網。上下三角架間用直梯連接，并在吊裝前固定好。外部腳手架根據球體的外觀形狀及焊工的具體操作位置進行搭設。腳手架搭設完畢后，進行外防護棚的鋪設，周圍設置安全網。赤道帶板的吊裝采用插入法，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，將門字形壓鐵用方銷壓緊。吊裝第二塊帶支柱的赤道帶板，按前述方法，安裝兩支柱間拉桿并進行調整。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。吊裝就位后，用日字夾具、方銷、圓銷將三塊板組成一體。按上述方法依排版圖依次組裝直至全部閉合。下溫帶板的吊裝，吊鉤從赤道帶上環口內垂下，利用下溫帶板內側的定位方鐵作吊點進行吊裝。下極帶板組裝：吊裝順序為下極帶圍板→下極帶側板→下極帶中板。上溫帶板吊裝：吊鉤從赤道帶上環口內垂下，利用上溫帶板內側的定位方鐵作吊點進行吊裝。上極帶板組裝：第一塊圍板吊裝就位后，需將極圍板上仰一定角度，與赤道帶板上端連接，再依次吊裝其它極圍板及極側板、極中板，用組裝夾具連接，安裝就位后調整。至此，安裝基本完成。

焊接工藝參數：φ4.0的焊條電壓24～26V，電流160～180A；φ3.2的19～21V，電流100～120A。焊接操作：赤道帶縱縫和上下溫帶縱縫采用分二段焊法，由12名焊工對稱同步焊接；上、下極帶縱縫和方環縫在4名焊工同時施焊的前提下，第一、二層采用分段退向焊，其余為順向焊，起弧點在環縫坡口內進行；上、下極帶環縫由12名焊工對稱同步焊接，采用多層多道焊。焊接大坡口面時，每一、二層采用分段退向焊，除封面層采用退向焊外，其余各層均為從左向右焊；上、下極方環縫必須在極帶縱縫焊接完成后進行；上、下極拼縫的焊接是先焊上極再焊下極。

為消除焊接殘余應力，需整體消除應力熱處理。熱處理應在焊接、無損檢測全部完成經檢查確認合格后方可進行。整體熱處理方法：采用德國EK9.1000L-R輕柴油燃燒器燃油法進行，施工時將燃燒器安裝在球罐的下人孔位置，上人孔安裝一個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，隨著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，使球罐不斷升溫至熱處理工藝所要求的溫度，球罐外表面包保溫材料防止熱量散失。

熱處理合格后，要進行水壓試驗。目的是最終檢驗設備的整體強度和可靠性，以高于設計的試驗壓力綜合考慮容器的制造質量、各受壓元件的強度和剛度、焊接接頭和各連接面的密封性能等。

本次球罐的設計考慮了不同帶受液柱靜壓力不同的的特點，給出了不同的球殼厚度，使設計更為合理，建造更具經濟性。

參考文獻：

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