壓力容器設計工程師培訓教材

1、壓力容器設計工程師 培訓教材,球形儲罐,目 錄,24.1 型式24.2 球殼板24.3 裝量高度24.4 標準24.5 設計24.6 材料 24.6.1 球罐用鋼板 24.6.2 球罐用鍛件24.6.3 焊條24.7 零部件﹑附件 24.7.1 人孔﹑接管 24.7.2 支柱﹑拉桿 24.7.3 平臺梯子 24.7.4 隔熱﹑

2、保冷 24.7.5 附件(消防噴淋裝置﹑壓力表﹑溫度計﹑液位計﹑安全閥﹑緊急切斷口﹑接地),目 錄,24.8 球殼板成形 24.8.1 下料 24.8.2 成形24.9 組焊 24.9.1 零部件組焊 24.9.2 組焊 1、組焊 2、焊接24.10 無損檢測 24.10.1 射線檢測與超聲檢測 24.10.

3、2 磁粉檢測與滲透檢測24.11 焊后整體熱處理24.12 產品焊接試板24.13 壓力試驗和氣密性試驗 24.13.1 液壓試驗 24.13.2 氣密性試驗,24.14 特種球罐 24.14.1 液化石油氣球罐 24.14.2 液氨球罐 24.14.3 氧氣球罐 24.14.4 天然氣球罐24.14.5 低溫球罐,球形儲罐簡介,球形容器在石油﹑化工﹑冶

4、金﹑城市煤氣等工業(yè)領域被廣泛應用于儲存液化石油氣﹑液化天然氣﹑液氨﹑液氮﹑液氫﹑液氧﹑天然氣﹑城市煤氣﹑壓縮空氣等物料﹔在原子能發(fā)電站作核安全殼﹔在造紙廠用作蒸煮球﹔在化工行業(yè)作反應器等。我們把用于儲存液體和氣體物料的球形容器稱為球形儲罐。 球形儲罐殼體受力均勻,在相同直徑和相同工況下,球形容器的薄膜應力僅為圓筒形容器環(huán)向應力的一半,相應承壓能力強﹔且相同容積下球殼表面積最小,質量輕﹔但因球形儲罐容積大,需制造廠成形球殼板,

5、安裝單位現(xiàn)場組裝焊接,制造安裝有一定難度,技術要求相對較高。,24.1 型式,球形儲罐型式多樣,從形狀看,有圓球形和橢球形﹔從殼體的層數(shù)看,有單層﹑多層﹑雙金屬層和雙重殼球罐﹔從支承方式看,有柱式和裙式﹔從球殼板結構型式分有桔瓣式﹑足球瓣式和混合式(見圖24-1)。 (a)桔瓣式 (b)足球瓣式 (c)混合式圖24-1 球殼板結構型式

6、,,桔瓣式是先用緯線將球殼切割成球帶,再以相鄰兩條徑線將球帶分割成球殼板,這種分瓣法叫桔瓣式分瓣法。其特點是球殼的拼裝焊縫規(guī)則﹑施工組裝較簡便。缺點是各帶因位置不一,球殼板尺寸規(guī)格多,只能在本帶或上下對稱帶之間互換,原材料利用率低,焊縫較長,球極板往往因寬度窄小,使接管布置擁擠,甚至造成焊縫難以錯開。 足球瓣式是將球體沿徑緯方向切割,每塊球殼板的結構尺寸完全相同,互換性好,下料成型規(guī)格化,材料利用率

7、高,拼裝焊縫長度短,相應檢測工作量亦小。缺點是球殼板交接處有Y型焊縫,焊縫布局復雜,施工組裝困難,對球殼板的精度要求高。 混合式兼?zhèn)淞私郯晔胶妥闱虬晔絻烧叩奶攸c,是將球殼除極板采用足球瓣式外,其余均用桔瓣式球殼板。相對桔瓣式而言,混合式的優(yōu)點是材料利用率較高,焊縫長度有所縮短,球殼板數(shù)量減少,故特別適用于大型球罐。缺點是因具有兩種型式的球殼板,組裝校正較麻煩,仍有Y型接縫,制造精度要求高。,,以引進1000m3丙烯

8、球罐為例,一臺是桔瓣式結構,另一臺是混合式結構,將其球殼板數(shù)量及焊縫長度列入表24.1中,不難看出,同樣是1000m3的丙烯球罐,采用混合式球殼板數(shù)量大大減少,焊縫總長較桔瓣式縮短了23%。 目前工程中廣泛采用的是桔瓣式和混合式球罐。 GB/T17261>規(guī)定了鋼制球形儲罐的型式與公稱容積,球殼內直徑, 球殼分帶數(shù),各帶球心角,各帶分塊數(shù)﹑球罐基礎中心圓直徑,支柱底板面至球殼中心的距離

9、及支柱根數(shù)等基本參數(shù),供設計時參照選取。 GB/T17261標準采用了桔瓣式和混合式兩種型式。桔瓣式容積從50m3(DI=4.6m)到10000m3(DI=26.8m)﹔混合式容積從1000m3(DI=12.3m)到10000m3。 GB/T17261中所列1000m3數(shù)據(jù)見表24.1。,,思考題﹕ 1、 球形儲罐的主要特點是什么﹖2、球殼板結構型式分幾種﹖各有什么優(yōu)缺點﹖,24.2

10、 球殼板設計,球殼板設計要點﹕ （1）球殼板的幾何尺寸應盡可能大。GB12337規(guī)定了每塊球殼板均不得拼接,球殼板最小寬度不小于500mm。 球罐的破裂事故,絕大多數(shù)都發(fā)生在焊接接頭處,縮短球殼的焊縫長度是提高球罐質量及安全可靠性的關鍵措施之一?？s短焊縫長度的根本途徑是加大球殼板尺寸,選擇最佳的球殼分帶數(shù)和各帶分塊數(shù),從而使安裝﹑焊接﹑檢測工作量相應減少。 從表24.1中我們發(fā)現(xiàn),同樣是3帶

11、8柱的1000m3混合式球罐。GB/T17261球殼板總數(shù)為30塊,而引進球罐是28塊。引進球罐在確保支柱與球殼板縱焊縫錯開的前提下加大了赤道帶球殼板的寬度,其赤道帶球殼板數(shù)為14塊(GB/T17261是16塊)從而減少了二條赤道帶的縱焊縫(見圖24-2)。因赤道帶球殼板板間連接是垂直方向的焊接接頭,焊縫成形較差,屬質量控制困難區(qū),減少此類組焊工作量將有利于提高球罐質量。,,圖24-2 引進1000m3丙烯罐俯視圖 目前

12、國內3帶10柱2000m3球罐的赤道板尺寸已做到8221x3288,極邊板尺寸達到10347x3288。 （2）選擇合適的鋼板規(guī)格,提高板材利用率。 制作600m3球罐若采用7m長的鋼板來下料,其板材利用率可達85%,隨著板片加長,其利用率將急劇下降。表24.2-1是我國引進的1900m3乙烯球罐下料匯總表,球罐表面積是746m2,因溫帶板﹑極側板采用了套裁的方法,使其供下料的鋼板面積僅810.83

13、m2,利用率高達92%。,,(3)規(guī)格要少,互換性要好。(4)相鄰帶縱焊縫應相互錯開。(5)焊縫布局應均勻,減少裝配應力﹑拘束應力與殘余應力。(6)必須考慮壓機及起重能力。 設計時須綜合考慮以上各要點,經驗表明,采用寬而不很長的鋼板來制作球殼板是比較經濟的。表24.2-2摘錄了某國外公司部分系列,供參閱。,,,24.3 裝量高度,>規(guī)定了盛裝液化氣體(含液化石油氣)的固定式壓力容器裝量系數(shù)一般取0.9。對容器容

14、積經實際測定者,可取大于0.9,但不得大于0.95。 球罐裝量系數(shù)與裝量高度關系: 裝量系數(shù)K系球缺體積V´與球殼體積V之比值:,,,,已知裝量系數(shù)K,查表24.3得k值.按公式H=kDi便可計算出裝量高度H值。例如:1000m3丙烯球罐,內徑Di=12300mm,裝量系數(shù)K=0.9,求裝量高度?只需查表24.3:K=0.9得 k=0.8042。則其裝量高度為: H=kDi=0.8042x12

15、300=9891.66mm 思考題:1、 >對盛裝液化石油氣的球罐裝量系數(shù)有何規(guī)定﹖2、試計算內徑15700mm,2000m3乙烯罐,其裝量高度為12300時的裝量系數(shù)是多少﹖,24.4 標準,國內現(xiàn)行的球罐標準有GB12337-1998《鋼制球形儲罐》,GB50094-98>,GB/T17261-1998 >,SH512-90>,SH3048-99>等。 GB1

16、2337標準規(guī)定了碳素鋼和低合金鋼制球形儲罐的設計﹑制造﹑組焊﹑檢驗與驗收的要求。適用于設計壓力不大于4M Pa的桔瓣式或混合式以支柱支撐的球罐。不適用于:受核輻射的球罐﹔經常相對運動(如車載或船載)的球罐﹔公稱容積小于50m3的球罐﹔要求作疲勞分析的球罐和雙殼結構的球罐。 GB12337-1998和 GB50094-98在我國都具有技術法規(guī)的效用,且為球罐工程建造的強制性國家標準。GB50094施工及驗收

17、所包括的范圍是參照GB12337第3.1條編寫的,故在其各章內容上與GB12337基本相同。表24.4-1列出了兩項標準在編制頒發(fā)﹑適用范圍﹑內容上的差異。,,GB50094從施工現(xiàn)場出發(fā),對組裝過程中的質量控制提出了一些具體要求︰如球罐赤道帶組裝后,每塊球殼板的赤道線水平誤差﹑相鄰兩球殼板的赤道線水平誤差﹑任意兩塊球殼板的赤道線水平誤差,組裝時對球罐的最大直徑與最小直徑之差的控制值及拉桿中部撓度的控制值等等。 有些如球殼

18、板厚度﹑周邊100mm范圍內超聲檢測及低溫球罐鋼板的逐張超聲檢測要求是針對制造廠在出廠前已做了全面檢測,在GB50094中只提現(xiàn)場抽檢,應該說是合理的。但兩個標準在某些項目控制值上仍存在差異,請設計人員注意(見表24.4-2)。,,至今國際標準化組織(ISO)﹑歐美各國均沒有編制專用的球罐標準,這些國家的球罐建造技術要求與本國的壓力容器標準通用。世界上僅有日本液化石油氣協(xié)會編制了JLPA201>,該標準內容比較完整,包括管理體制﹑

19、材料﹑結構﹑制造﹑檢驗﹑修補﹑附屬設備﹑涂料和標志等部分。日本是建造球罐數(shù)量最多的國家,我國從日本引進的球罐數(shù)也最多。現(xiàn)行JLPA201︰2000(第四版)對1989年(第三版)在最大壁厚﹑焊接工藝評定﹑予熱狀況﹑整體熱處理﹑超聲檢測﹑磁粉檢測﹑滲透檢測合格級別等內容作了修改﹔對最高設計溫度與最低設計溫度作了定義,明確了設計思路﹔設計壓力考慮方法更趨合理﹔計算存貯能力時將常用溫度定為40℃﹔追加了新鋼種及許用應力值等,具體內容請閱讀原文

20、。,思考題:,1、 GB12337-1998>主要包括哪些內容﹖2、GB12337-1998>適用范圍是什么﹖3、GB12337-1998>與GB50094-98>兩者關系如何﹖,24.5 設計,設計壓力和設計溫度是球罐設計的兩大參數(shù)。 設計壓力指設定球罐頂部的最高壓力與相應的設計溫度一起作為設計載荷條件,其值不低于工作壓力。 球罐上裝有超壓泄放裝置,應按GB150附錄

21、B“超壓泄放裝置”的規(guī)定確定設計壓力。 對于盛裝液化氣體的球罐,在規(guī)定的充裝系數(shù)范圍內,設計壓力應根據(jù)工作條件下可能達到的最高金屬溫度確定。 設計溫度指球罐在正常工作情況下,設定的受壓元件的金屬溫度(沿元件金屬截面的溫度平均值) 。設計溫度與設計壓力一起作為設計載荷條件。 設計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達到的最高溫度。對于0℃以下的金屬溫度,設計溫度不得高于元件金屬可能達到的最低

22、溫度。 對于不同工況的球罐,應按最苛刻的工況設計,并在圖樣或相應技術文件中注明各工況的壓力和溫度值。 球殼的計算需計入液柱凈壓力。 球罐的腐蝕裕量取不小于1mm。 當球罐銘牌上規(guī)定有最大允許工作壓力時,在計算試驗壓力時,公式中應以最大允許工作壓力代替設計壓力。,,對盛裝毒性程度極度或高度危害的物料﹑易燃的壓縮氣體或液化氣體的球罐應進行氣密性試驗。 設計圖樣

23、的技術文件中,應寫明所盛裝介質的名稱﹑成分組成﹑適用的標準﹑主要工藝參數(shù)﹑特殊要求等。 球罐設計時應考慮以下載荷: 1、壓力﹔ 2、液體靜壓力﹔ 3、球罐自重（包括內件）及正常工作條件下或壓力試驗狀態(tài)下內裝物料的重力載荷﹔ 4、附屬設備與隔熱材料﹑管道﹑支柱﹑拉桿﹑梯子﹑平臺等的重力載荷﹔ 5、風載荷,地震力,雪載荷。

24、 球罐因結構的對稱性和形狀特點,質量可近似地集中于球殼中心,故球罐可視為單自由度體系。因為球罐在脈動情況下按剪切型振動,即結構在水平力作用下,整個體系會產生平移,球罐本身不發(fā)生偏移,所以求解球罐在水平力作用下的位移便可能化為求支柱在該力作用下的位移問題。風力及地震力等水平力的合力Fmax通過球心,該合力在赤道平面上由幾根支柱分擔,各支柱受力可能不同,但其合力一定是水平力Fmax。當支柱在水平力Fmax作用下發(fā)生位移時,拉桿將被拉長或

25、壓短,從而限制了支柱的位移。支柱的地腳螺栓使其底部不產生水平位移及轉角,即相當于固定端支承,支柱便相當于懸臂梁。 當支柱底板與基礎的摩擦力Fs大于等于拉桿作用在支柱上的水平力Fc時,理論上球罐不需設置地腳螺栓,但為了固定球罐位置,規(guī)定應設置一定數(shù)量的定位地腳螺栓。 球罐設計中應校核表24.5所列的內容。,,,,,思考題:,1、 球罐設計應考慮哪些載荷？2、 怎樣計算球殼厚度？,24.6 材料,球罐用鋼應考慮球罐的使用條

26、件(如設計溫度﹑設計壓力﹑物料特性等)﹑材料的焊接性能﹑球罐的制造工藝和組焊要求以及經濟合理性。球罐用鋼許用應力按GB12337 3.6節(jié)選取。 24.6.1球殼用鋼板 壓力容器用鋼板種類繁多,國產碳素鋼和低合金鋼鋼板用于球罐的鋼板僅有20R, 16MnR,15MnNbR,16MnDR,07MnCrMoVR和07MnNiCrMoVDR六個鋼種。鋼板的標準及使用狀態(tài)見表24.6-1。15MnNbR比1

27、6MnR含碳量略低(C≤0.18%)并添加了Nb(0.01∽0.04%),既細化了晶粒又產生了彌散強化的效果,鋼的強度和韌性指標均優(yōu)于16MnR,也優(yōu)于日本的SPV355,該鋼種厚板力學性能穩(wěn)定,性能價格比較高。,,設計者若需求更高性能指標,可通過生產廠企業(yè)標準或專門制定訂貨合同來解決。武鋼企業(yè)標準Q/WG(ZB)05-2000>中的WHD1(16MnDR)和WHD4(09MnNiDR)標準性能值和實物性能值見表24.6-2 。,

28、,引進常溫球罐用鋼均為一般的C-Mn系鐵素體鍋爐和壓力容器用鋼,如UNION36Nb, SPV355等。引進低溫球罐用鋼為CREUSELSO34SS, N-TUF50,WEL-TEN62及RIVERACE60L等,其化學成分和力學性能見表24.6-3。 >第23條規(guī)定:壓力容器主要受壓元件采用新研制的材料(包括國內外沒有應用實例的進口材料)或未列入GB150等標準的材料試制壓

29、力容器,材料的研制生產單位應將實驗驗證資料的第三方的檢測報告提交全國壓力容器標準化技術委員會進行技術評審并獲得委員會出具的準許試用的證明文件（應注明使用條件）,并按>第7條規(guī)定辦理批準手續(xù)。全國壓力容器標準化技術委員會于2001年5月31日發(fā)布了“壓力容器用材料技術評審管理辦法”。該辦法內容包括①總則﹑使用范圍②評審方式③技術評審程序④技術評審證書⑤收費標準說明。經評審準許使用的材料可上網查閱“壓力容器用材料技術評審公告欄”。

30、GB12337對球殼用鋼板的要求: (1)對設計溫度低于0℃而高于-20℃的球殼用鋼板的要求。當設計溫度低于0℃時:厚度大于25mm的20R；或厚度大于38mm的16MnR；或設計溫度低于-10℃時:厚度大于12mm的20R；或厚度大于20mm的16MnR； 應每批取一張鋼板進行夏比（V型缺口）低溫沖擊試驗。試驗溫度為球罐的設計溫度或按圖樣的規(guī)定,試樣取樣方向為橫向。,,(2)球罐的設計溫

31、度低于或等于-20℃時鋼板的使用狀態(tài)及最低沖擊試驗溫度應符合表24.6-4的規(guī)定。,,鍛件級別由設計者確定,并在圖樣中注明﹕如16MnⅡ。人孔鍛件的級別不應低于Ⅲ級,大于DN150的接管用鍛件級別一般也不應低于Ⅲ級。 設計溫度低于或等于-20℃時,鍛件的熱處理狀態(tài)及最低沖擊試驗溫度應符合表24.6-6的要求。,,鋼板的超聲檢測應按JB4730的規(guī)定,熱軋﹑正火狀態(tài)供貨的鋼板質量等級應不低于Ⅲ級,調質狀態(tài)供應的鋼板質量等級應不

32、低于Ⅱ級。 (4)逐張進行拉伸和夏比(V型缺口)常溫或低溫沖擊試驗的鋼板符合下列條件的球罐用鋼板,應逐張進行拉伸和夏比(V型缺口) 常溫或低溫沖擊試驗。 a)調質狀態(tài)供貨的鋼板﹔ b)厚度大于60mm的鋼板。 24.6.2球罐用鍛件 球罐用鍛件主要用于人孔和接管。鍛件應有足夠強度﹑塑性和韌性,用于焊接時還應注意其可焊性。鍛件用材一般依據(jù)球殼用材進行選取,見表2

33、4.6-5。,思考題:,1、 球罐所用材料許用應力如何選取﹖2、球罐用鋼應考慮哪些因素﹖3、球罐用國產鋼板有哪些﹖對其使用狀態(tài)有何要求﹖4、設計溫度低于0℃而高于-20℃的球罐用鋼板有什么要求﹖5、球罐用鋼板什么情況下應逐張進行超聲檢測,其檢測標準號及質量等級是什么﹖,,24.7零部件﹑附件 球罐除球殼板外,通常還有人孔﹑接管﹑支柱﹑拉桿﹑平臺梯子﹑安全附件等組成。 24.7.1人孔﹑接管

34、 球罐上一般開設有物料進出口﹑壓力表﹑溫度計﹑液位計口﹑安全閥口﹑放空口﹑排污口等。球殼上﹑下極板上應各設置一個公稱直徑不小于500mm的人孔。對需要進行焊后熱處理的球罐,人孔又成為進風口﹑燃燒口及煙氣排放口,此時人孔設置在上﹑下極帶的中心。人孔應選用回轉蓋或水平吊蓋結構。人孔與球殼板相焊部分應選用與球殼板相同或相當?shù)牟馁|。補強可采用整體鍛件凸緣補強或補強板補強。人孔法蘭一般采用帶頸對焊法蘭,密封面大多采用凹凸面形式。球罐的開孔及開

35、孔補強按GB150第8章“開孔和開孔補強”的規(guī)定進行設計與制造。接管多采用厚壁管或整體鍛件凸緣補強措施,球罐接管應盡量設計在上﹑下極帶上,便于集中控制。球罐底部接管數(shù)目應最小化,推薦國外僅接一根管線的先進設計方案。對貯存液化石油氣球罐底部接管的第一道閥門,法蘭墊片的壓力等級應提高一級,按2.5MPa選用,法蘭選用對焊法蘭,墊片選用帶有金屬保護圈的纏繞墊片。為減少殘余應力,人孔﹑接管與極板的組焊應在制造廠進行,并進行消除應力熱處理。球殼與

36、接管的焊縫應采用全焊透結構,可參照GB150附錄J“焊接結構”的有關規(guī)定。接管法蘭應采用凹凸面法蘭,法蘭面應設計成水平或垂直狀態(tài),減少工藝配管的附加應力。接管上用加焊支撐來提高強度和耐疲勞性能。接管端部為降低應力集中應打磨成圓角。,,24.7.2支柱﹑拉桿 球罐支承有柱式和裙式兩大類。裙式包括圓筒裙式支承,錐形支承及用鋼筋混凝土連續(xù)基礎支承的半埋式支承﹑錐底支承。柱式包括赤道正切柱式支承﹑V型柱式支承和三合一柱式支承。

37、 所謂赤道正切結構是:由多根圓柱狀的支柱在球殼赤道部位等距離布置,與球殼相切或近似相切(相割)而成的焊接結構。支柱支承了球罐的重量,為承受風載和地震力,保證球罐穩(wěn)定性,在支柱之間設置拉桿相連接。這種支座的優(yōu)點是受力均勻,彈性好,能承受熱膨脹的變形,組焊方便,施工簡單,容易調整,現(xiàn)場操作和檢修也方便,且適用于多種規(guī)格的球罐。缺點是重心高,穩(wěn)定性較差。GB12337選用的就是赤道正切柱式支承。 1.支柱

38、 支柱頂部與球殼的連接結構分平板式﹑半球式和橢圓式三種。GB12337規(guī)定用球形或橢圓形的防雨蓋板。 支柱下部與球殼的連接結構有直接連接﹑加托板﹑U形柱和翻邊四種,見圖24.7-1。,,U形柱結構既避免了支柱與球殼連接部下端由于夾角小而造成的焊接困難,又保證了支柱與球殼焊接質量的可靠性。U形柱由鋼板彎制而成,特別適用于低溫球罐對支柱的要求。翻邊結構不但解除了連接部位下端施焊困難,確保了焊接質量,對該部位的應力狀態(tài)也

39、有所改善。 支柱一般采用鋼管制作。下段支柱可分段, 分段的長度不宜小于支柱總長的1/3。段間的環(huán) 向接頭應全焊透,可采用沿焊縫根部全長有緊貼 金屬墊板的對接接頭。對于大型球罐支柱,由于無 大直徑鋼管,可選用相應鋼板卷制,應盡量減少環(huán) 縫的數(shù)量。支柱上設置通氣口是出于安全防火的需 要,一旦遇到火災,支柱內的氣體會急劇膨脹,壓力 迅速升高,短時間內造成支柱爆裂,球罐倒塌,為避 免此類情況發(fā)生,在

40、支柱上應設置通氣口,見 圖24.7-2。對儲存易燃物料及液化石油氣的球罐, 還應設置放火層。 圖24.7-2 支柱各部分名稱,,具有低溫要求或球殼用鋼板標準抗拉強度下限值大于540MPa及球罐容積大于或等于2000m3時, 支柱一般都分段。有時考慮制造﹑安裝﹑運輸?shù)姆奖阋矊⒅е殖蓛啥?。支柱與低溫球罐本體相連的上段支柱必須選用與球殼板相同的

41、低溫鋼, 規(guī)定其與赤道板的組焊在制造單位進行,同時在制造單位做消除焊縫殘余應力熱處理。下段支柱可選用一般結構鋼。 為對球罐基礎沉降量進行觀察,在各支柱上水平焊有永久性的測定板,以便測定每根支柱的沉降量,是球罐沉降觀察的依據(jù)。 在支柱底板上開設通孔以利積水的排除。支柱底板的地腳螺栓孔應為徑向長圓孔。2.拉桿 拉桿結構有可調式和固定式兩種。拉

42、桿與支柱的上下連接點應分別在同一標高上。固定式拉桿的交叉處采用十字相焊或固定板相焊?？烧{式拉桿的立體交叉處不得相焊,見圖24.7-3。固定式拉桿結構簡單﹑穩(wěn)定﹑抗彎能力大,近年來國外1000∽5000m3球罐已大量采用固定式拉桿,但GB12337-1998>標準中僅提供了可調式拉桿的計算方法。,,24.7.3平臺梯子 球罐外部設有頂部平臺,中間平臺以及為了從地面進入這些平臺的斜梯﹑直梯或盤梯。大型球罐為便于檢修可

43、在內部設置旋轉的內梯。 24.7.4隔熱﹑保冷 儲存液化石油氣﹑可燃性氣體及有毒氣體的球罐殼體和支柱,應設置隔熱設施。隔熱設施可采用水噴淋裝置或采用不燃性絕熱材料覆蓋。降溫噴淋裝置應設計成可向整個球罐表面均勻淋水,其淋水量按球罐外表面積的0.03L/S.m2進行計算。 當球罐中儲存低溫物料(如乙烯﹑液化天燃氣﹑液氨等)時應設置保冷設施,保冷結構應充分防止外界熱量侵入儲罐本體。保冷材料的厚度原

44、則上應為保證在外層材料表面不結露的厚度。保冷結構要在地震﹑風載﹑雨﹑消防水的壓頭影響下,能保證絕熱的效果。 24.7.5附件 1.消防噴淋裝置︰對儲存易燃易爆物料的球罐,特別是液化石油氣球罐必須設置消防噴淋裝置,按我國建筑設計防火規(guī)范,其供水強度應不小于0.15L/S.m2,著火儲罐的保護面積按其全面積計算,距著火罐直徑1.5倍范圍內的相鄰儲罐按其面積的一半計算,直徑超過20m的地上固定頂立式罐冷卻延續(xù)時間按6h

45、計算。液化石油氣火災的延續(xù)時間按6h小時計算。為防止支柱因直接受火過早失去支撐能力,對儲存易燃易爆物料和LPG物料的球罐支柱應采用非燃性材料進行隔熱保護,其火災延續(xù)時間不應小于2小時。,,2、壓力表︰應在球罐頂部和底部各設置一個量程相同并經校正的壓力表,為校表時 能取下壓力表,壓力表前應安裝截止閥。選用壓力表的量程為試驗壓力2倍左右為宜,但不應低于1.5倍或高于4倍試驗壓力。壓力表直徑以不小于150mm為宜。

46、 3、溫度計︰應在球罐上安裝一個以上的溫度計。保護管應具有足夠強度。低溫球罐或在寒冷地區(qū)裝設的球罐,必須防止雨水﹑濕氣等流入測溫保護管內而結冰,從而影響正確的溫度測定。 4、液位計︰貯存液體或液化氣體的球罐應裝設現(xiàn)場和遠傳液位計,不推薦選用玻璃板液位計。液位計要有高低液位報警裝置,防止裝載過量﹑抽空,特別在裝載液化石油氣時更應慎重,應單獨設高液位報警和帶聯(lián)鎖的高高液位報警,以免發(fā)生事故。

47、 5、安全閥︰為防止運行異常造成超壓,應在氣相部分設置一個以上的安全閥,同時在氣相部分還要設置一個以上的火災安全閥。若安全閥開啟壓力設定在操作異常時的壓力,而泄放量為操作與火災時兩者中較大的泄放量,則可只設一個安全閥。但儲存液化石油氣的球罐必須設置兩個安全閥,每個都能滿足事故狀態(tài)下最大泄放量的要求,安全閥應設手動切斷閥,切斷閥口徑與安全閥一致,并保持全開狀態(tài)﹔安全閥釋放和氣相放空的液化氣原則上應排至全廠火炬系統(tǒng),

48、當受條件限制時,可直接排入大氣,排放口應高于罐區(qū)中最高罐頂2m以上。當排放量較大時,應引至安全地點排放。 6、緊急切斷閥:液化石油氣球罐底部入口管線應設置緊急切斷閥,入口緊急切斷閥應與球罐高高液位報警聯(lián)鎖。 7、接地:凡罐區(qū)不設置單獨的避雷裝置時,每臺球罐支柱必須設置兩個以上接地電阻10Ω以下的接地凸緣。,1、 球罐采用赤道正切柱式支承有什么優(yōu)缺點﹖2、球殼與支柱連接有哪些形式﹖常

49、用何種結構﹖3、支柱結構設計時應考慮哪些因素﹖4、在什么情況下球罐要裝設水噴淋裝置﹖5、球罐安全閥設置有何規(guī)定﹖,思考題:,24.8 球殼板成形,球殼板由制造單位壓制成形。制造單位下料前應按質量證明書對鋼材進行驗收,必要時尚應復驗,并按標準或圖樣要求進行沖擊試驗和超聲檢測。 24.8.1下料 球殼板下料方法有二次下料法和一次下料法兩種。 二次下料法是先對球殼用鋼板進行近似平面展開(

50、球面是不能在平面上展開的,故此近似平面展開帶來較大誤差),加上適當?shù)念A放量和壓制回彈量進行第一次粗下料,然后用圓弧模板校正兩維坐標的球面曲率圓弧,再進行第二次精下料,獲得所需球殼板。這種方法設計者僅提供球殼板主要外形尺寸,其設計放樣程序在制造單位進行,具體尺寸由制造單位自行決定。 一次下料法由設計者根據(jù)球殼板的空間曲面尺寸經過計算,提供制造單位完整的立體標定施工圖,制造單位按圖一次下料壓制成型。一次下料法需借助數(shù)控切割

51、機對鋼板進行精確切割(包括坡口),這種下料方法成型后的球殼板精度較高,為球罐現(xiàn)場組焊一次吊裝就位奠定了基礎。 目前多數(shù)制造單位仍采用二次下料法,最后采用雙槍氣割一次完成坡口的制備。,,24.8.2成型 球殼板可采用冷壓或熱壓(溫壓)成形,熱壓是指將鋼板加熱到臨界點(AC3)以上某一溫度(如900∽1000℃,一般950℃左右)并在這個溫度下成形。溫壓是指將鋼板加熱到低于AC1某一溫度下(一般為400∽500℃)

52、壓制成形。熱壓(溫壓)需要整體胎具,熱壓成形的球殼板,其力學和彎曲性能須由熱壓工藝保證。冷壓是指沒有人為加熱在室溫下按一定壓制順序采用點壓使其成形的方法。調質鋼應采用冷壓成形法。 成形后的球殼板應逐張進行厚度檢測,其實際厚度應不小于名義厚度減去鋼板的負偏差。除幾何尺寸外還必須仔細檢查坡口表面,不得有分層和裂紋等缺陷,材料標準抗拉強度下限值бb>540MPa的鋼材氣割表面應磁粉或滲透檢測,球殼板周邊100mm范圍內應按

53、JB4730的規(guī)定進行超聲檢測。坡口表面及其內外邊緣50mm的范圍內要涂可焊性防銹涂料。,24.9 組焊,24.9.1零部件組焊 分段支柱上段與赤道板﹑人孔﹑接管與極板應在制造單位組焊,并進行消除應力熱處理。若有后熱消氫處理要求者應焊后立即進行。 組焊后用弦長不小于1000mm的樣板檢查赤道板﹑開孔周邊100mm范圍內及開孔中心一倍開孔直徑外的極板曲率,最大間隙不得大于3mm。人孔﹑接管開孔位置及外伸高度允

54、差不大于5mm。 法蘭面應垂直接管中心線,且保持水平或垂直,支柱直線度應控制在允差內(≤L/1000,且≤10mm)。支柱與底板組焊應垂直,其偏差≤2mm。 每臺球罐制造單位還應提供與球殼板具有相同鋼號﹑相同規(guī)格的4塊產品焊接試板母材,試板宜與其他零部件裝箱運輸。 24.9.2組焊 球罐組焊前應對基礎尺寸進行檢查,對零部件進行復驗。底板與基礎﹑拉桿與支柱的固定連接應在壓力試驗合格后

55、進行。,,1、組焊 組焊方法從裝與焊的關系來看,有整體組焊法和分帶組焊法之分,足球式球殼板宜采用整體組焊法,桔瓣式球殼多采用分帶組焊或拼帶組焊法。從合理選用起重機具﹑減少高空作業(yè)﹑改善焊接作業(yè)位置(如減少仰焊﹑立焊),提高焊接質量等方面考慮,即按地面予加工深度看,又可分為單片組裝,拼大片組裝和環(huán)帶組裝。大型球罐通常采用單片組焊法(也稱散裝法) 。 球殼不得采用機械方法強力組焊。組焊后的對口間隙﹑對口錯邊量﹑

56、對接接頭的棱角度不得超差。 支柱安裝找正后,在球罐徑向和周向兩個方向側量垂直度偏差,偏差值應小于GB12337的規(guī)定值?？烧{式拉桿應對稱﹑均勻拉緊。 連接板包括予焊件應與球殼緊密貼合,并在熱處理前裝焊完畢,若其角焊縫是連續(xù)焊,應在最低部位留出通氣縫隙。 2、焊接 組焊單位在焊接工藝評定前,應針對鋼板的鋼號﹑厚度﹑焊接方法及焊接材料選取適宜的方法進行裂紋試驗。焊接予熱溫度由組焊單

57、位通過焊接裂紋試驗及焊接工藝評定確定。 可焊性是一個相對概念,評價鋼材可焊性試驗方法很多,最高硬度試驗﹑鐵研抗裂試驗﹑窗形拘束試驗﹑落錘試驗﹑寬板拉伸試驗等都可用來檢驗焊接接頭的抗裂性能﹑機械性能及金相組織,從而證明焊接工藝的可靠性。,,裂紋試驗國內一般采用Y型﹑斜Y型﹑窗形拘束三種方法。Y型坡口焊縫裂紋試驗的坡口型式見圖24.9,試驗方法參照GB4675.1>,主要用來評價熔敷金屬根部冷裂紋傾向,裂紋率應為零。斜Y

58、坡口焊接試驗又稱小鐵研試驗,是一種苛刻的抗裂試驗,試驗目的是檢查焊縫熱影響區(qū)斷面裂紋﹑縱向裂紋的敏感性,由于其拘束度大,日本鈴木春等認為:只要該試驗焊縫表面裂紋率小于20%,實際構件焊接時就不會產生冷裂紋(不包括定位焊﹑短段焊和補焊), 但是人們習慣上仍以試驗焊道表面和斷面裂紋率為零作為不出現(xiàn)冷裂紋的依據(jù)。窗形拘束試驗模擬了球罐的高拘束度,主要用于評價高強度鋼多層焊時焊縫產生橫向裂紋的敏感性,其結果可驗證施工工藝的正確性,

59、所以球殼板厚度大于25mm時,還應做窗形拘束裂紋試驗。 球罐焊接工藝評定應按JB4708的規(guī)定,且應按立焊﹑橫焊位置分別進行試板評定,抗拉試驗和彎曲試驗結果應符合相應材料標準的規(guī)定,低溫沖擊試樣為兩組(每組三件)缺口分別開在焊縫金屬及熱影響區(qū)上。焊接規(guī)程按圖樣技術要求和評定合格的焊接工藝制定。,,焊接過程中應加強對焊工﹑焊材﹑施工環(huán)境的管理。 定位焊﹑工卡具焊接工藝及其對焊工的要求與球殼焊接相同,它們的引弧點

60、和熄弧點應按規(guī)定進行，嚴禁在非焊接位置任意引弧和熄弧。工卡具折除時不得損傷球殼板,切除后應打磨平滑。 要求焊前予熱的焊縫,施焊時層間溫度不應低于予熱溫度下限。焊接線能量應不超過經焊接工藝評定合格的線能量上限。應采用后退起弧法,終端應將弦坑填滿。多層焊的層間接頭要錯開。雙面焊對接焊縫﹑單側焊接后應用碳弧氣創(chuàng)進行背面清根,清根后用砂輪磨除滲透層并修整坡口。材料標準抗拉強度下限值бb>540MPa的鋼材清根后須進行100

61、%滲透檢測。承壓焊縫應連續(xù)施焊,因故中斷焊接時,要采取防裂紋措施,再次施焊前應經磁粉或滲透檢測確認無裂紋后,方可按原工藝要求繼續(xù)施焊。 需消氫處理者焊后須立即進行后熱消氫處理,后熱溫度宜為200∽250℃,后熱時間應為0.5∽1h。 焊后檢查: 對接焊縫形成的棱角E不得大于10mm;球殼兩極間凈距與設計內直徑之差和赤道截面最大與最小內直徑之差均應小于球殼設計內直徑的0.7%,且不大于80mm;焊縫表面不得

62、有裂紋﹑咬邊﹑氣孔﹑弧坑和夾渣等缺陷,并不得保留有熔渣與飛濺物;焊縫余高不得超標;角焊縫應打磨圓滑過渡至母材的幾何形狀。,思考題:,1、分段支柱的上段與赤道板的組焊為什么要在制造單位進行﹖組焊后質量控制有何要求﹖ 2、球罐在焊接工藝評定前對裂紋試驗有什么要求﹖ 3、在什么情況下球殼焊縫焊后必須立即進行消氫處理﹖,24.10 無損檢測,從事球罐無損檢測人員,必須持有質量技術監(jiān)督部門頒發(fā)的有效期內的鍋爐壓力容

63、器無損檢測人員技術等級資格證書。取得Ⅱ級以上證書的人員方可填寫和簽發(fā)檢驗報告。焊縫表面的形狀尺寸及外觀檢查合格后,方可進行無損檢測。用有延遲裂紋傾向鋼材制作的球罐,應在焊接結束至少經36h后.方可進行焊縫的無損檢測。 24.10.1射線檢測與超聲檢測 GB12337規(guī)定凡符合下列條件之一的球罐對接接頭應按圖樣規(guī)定的檢測方法,進行100%射線或超聲檢測。 a)厚度δs大于30mm的碳素鋼和1

64、6MnR鋼制球罐; b)材料標準抗拉強度下限值бb>540MPa的鋼制球罐; c)進行氣壓試驗的球罐; d)圖樣注明盛裝易燃和毒性為極度危害物料的球罐; e)圖樣規(guī)定須100%檢測的球罐。 除上述的焊接接頭外,允許做局部射線或超聲檢測。檢測方法按圖樣規(guī)定。檢測長度不得少于各條焊接接頭長度的20%,局部無損檢

65、測應包括每個焊工所施焊的部分部位。以下部位應全部檢測,其檢測長度計入局部檢測之內。,,a)焊縫的交叉部位; b)嵌入式接管與球殼連接的對接接頭; c)以開孔中心為圓心,1.5倍開孔直徑為半徑的圓內所包容的焊接接頭; d)公稱直徑不小于250mm的接管與長頸法蘭﹑接管與接管對接連接的焊接接頭; e)凡被補強圈支柱﹑墊板﹑內件等所覆蓋的焊接接頭。 對進行100%射線或超聲檢測的焊接接頭,是否

66、需采用超聲或射線進行復測,以及復測的長度,由設計者在圖樣上予以規(guī)定。 射線檢測與超聲檢測按JB4730進行,合格級別按圖樣和GB12337的規(guī)定。 24.10.2磁粉檢測與滲透檢測 磁粉或滲透檢測前應打磨受檢表面至露出金屬光澤,并應使焊縫與母材平滑過渡。 B12337規(guī)定符合下列條件的部位應按圖樣規(guī)定的方法,對其表面進行磁粉或滲透檢測: a)圖樣注明有應力腐蝕的球罐,材料標準抗拉強度下

67、限值бb>540MPa的鋼制球罐及用有延遲裂紋傾向鋼材制造的球罐的所有焊接接頭表面;嵌入式接管與球罐連接的對接接頭表面; b)焊補處的表面; c)工卡具拆除處的焊跡表面和缺陷修磨處的表面; d)支柱與球罐連接處的角焊縫表面; e)凡進行100%射線或超聲檢測的公稱直徑小于250mm的接管與長頸法蘭﹑接管與接管對接接頭表面。,,磁粉檢測與滲透檢測按JB4730進行,I級為合格。

68、 不少工程設計單位對碳素鋼﹑16MnR鋼制球罐的對接焊縫均要求進行100%射線檢測,當厚度超過38mm時,還追加20%超聲復檢,焊縫表面焊后要求進行100%磁粉或滲透檢測。對材料標準抗拉強度下限值бb>540MPa的鋼材及低溫鋼材制作的球罐對接接頭需進行100%射線檢測,并要求進行100%超聲檢測復檢,焊縫表面在焊后及水壓試驗后均要求進行一次100%磁粉或滲透檢測。,24.11 焊后整體熱處理,球罐焊后整體熱處理應在水壓

69、試驗前進行。焊后熱處理的目的是釋放殘余應力,改善焊接接頭的塑性和韌性,恢復冷作時的予應變和時效而喪失的性能,以避免應力腐蝕。熱處理也會帶來一些負面效應,主要是回火脆性,微量的銻﹑硫﹑錫和砷是脆性元素,而鉻﹑錳﹑鎳的存在又加劇了脆化,少量的鉬有助于防止脆化,當Mn<0.5%時對碳素鋼回火脆性不敏感。焊接結構中最敏感的回火脆性部位在焊縫金屬及熱影響區(qū)。符合下列情況之一的球罐GB12337規(guī)定要進行焊后整體熱處理:a)圖樣要求進行

70、焊后熱處理者;b)厚度大于32mm(若焊前予熱100℃以上時,厚度大于38mm)的碳素鋼和07MnCrMoVR鋼制球殼;c)厚度大于30mm(若焊前予熱100℃以上時,厚度大于34mm)的16MnR鋼制球殼;d)任意厚度的其它低合金鋼制球罐;e)圖樣注明有應力腐蝕的球罐,如盛裝液化石油氣﹑液氨等球罐;f)圖樣注明盛裝毒性為極度或高度危害的球罐。整體熱處理溫度應按圖樣要求,也可參照GB12337標準推薦值,但均應經焊接工藝評定