浅谈液化气球罐的制造安装及应用

摘要：近年我国球罐大型化发展迅猛，进口材料繁多，现场组焊焊接难度增大，施工机具增多，质量要求不断增高。因此选择合理的施工方案，减少组装应力和焊接应力，确保工程质量，是业主、施工单位、监理机构追求的目标。提高球罐的安全运行，这样就减少了安装现场的工程量，随着国内球罐建造水平的不断提高，特别是大型液化石油气球罐的国产化，推动了球罐向大型化发展的步伐。

关键词：液化气球罐；制造安装

引言：球罐组装方案多种多样，有散装法，大片装法，带装法等。安装现场用施工设备和机具、工夹具繁多。大型球罐的支柱一般分两段，支柱上段与赤道板的组焊已在制造单位完成，所以安装现场需将支柱上、下段在平台上组对焊接。定位块一般是赤道板及以上装在外侧，下温带板及以下装在内侧；但对有腐蚀介质的球罐定位块宜全部装在外侧，因球罐的腐蚀主要在焊缝和焊迹处。球罐常用的组装方法有散装法、分带组装法、半球组装法和大片装法等。

1.球罐的制造技术

强度指标主要指屈服强度，抗拉强度，它们决定着球罐受力状况和造价。目前用作球罐的材料有高强钢、中强钢，在低压大型球罐中还有低强钢。高强钢因其强度高、球壳壁薄、有时不需热处理而越来越多应用在盛装丙烯、乙烯这类压力较高的大中型球罐中。而中强钢以其性能稳定、生产技术、制造、安装技术成熟，且对所盛介质要求不甚苛刻而广泛应用在中压球罐中，如液化石油气球罐。

球罐本身造价高，其投资在项目中占相当大的比例，因此除满足上述性能指标外，还应具有较好的经济性，即造价最低。若有多种材料可供选择，应选择韧性值高、造价合理的材料，做到使用性、安全性、经济性三方面和谐统一。

2.球罐制造材料

国外球罐用材：发展较早，以日本、西德、美国为代表的国家在六、七十年代就能生产出性能稳定、规格齐全的中、高强度钢。如我国引进的SPV355（日）WEL—TEN62CF（日）等。国内球罐用材：八十年代未以前，大型高参数球罐用材基本上以进口为主（少量自产，且用在小型球罐上），八十年代末以后，开始研制、开发，应用自己的材料，目前以能生产满足大型球罐使用、制造、安装要求的各种钢材，且其价格远低于进口材料的价格，如武钢和通用所共同研制的20R（WH400）、16MnR（WH510）、15MnNbR（WH530）及07MnCrMoVR（CF-62），这些材料与国外同强度级别材料相比，强度、韧性、焊接性能都接近，甚至超过国外材料，使我国球罐用材从强度级别上达到系列化。

3.制造、安装要求

天然气球罐工程安装阶段，重庆燃气集团公司专门成立了工程项目部，两名副总工程师分别担任项目负责人和技术总工，一名高级工程师任现场代表，球罐使用管理部门, 在开焊前建设单位项目部专门组织了监检、监理单位对焊工进行了上罐前的动员，要求每一位焊工必须严格遵守工艺纪律，严格按作业指导书规定的规程进行作业，同时注意安全。在焊接阶段，由现场代表、监检人员和监理工程师组成的质量检查小组每天上到脚手架上对焊接质量进行检查。球罐的制造包含瓜片的压制、极带上开口锻件的焊接，上支柱与瓜片的组焊以及焊缝局部热处理。球罐的安装包含球罐壳现场组对，现场焊接以及有关的试验，检验内容，其中与材料有关的主要要求如下：

3.1原材料质量要求

球罐用钢必须严格按照选材有关标准生产，并在制造、安装之前按照球罐标准及图样要求进行相关参数的复验。

3.2焊接质量要求

为确保焊接质量，焊接过程中应控制的重要参数有：焊接材料、焊接线能量、焊前预热、焊接顺序、焊后消氢以及整体热处理。

焊接材料：要求焊接材料能保证焊缝具有母体同等的韧性和强度值，不同母体材料应选用相应的焊接材料，一般选用超低氢型焊条（手工焊时）以减少氢的危害，保管焊条时，严格注意焊条的烘干温度范围及时间和保温温度及时间。

3.3焊接线能量：其值与焊接电流、电压及焊接

焊接速度，它直接影响焊缝和熔敷金属的强度、韧性、塑性等参数。不同材料的线能量值不等。焊前预热的温度、范围及预热时间和焊后消氢温度及保温时间：焊前预热是降低焊后冷却速度的有效措施，有利于氢的逸出，可以减少焊接应力，防止冷裂纹的产生，其值取决于母材及焊接材料成份、球壳厚度、环境温度。焊接的有效顺序也是保证质量的重要环节，其基本顺序为：先焊接纵缝，后焊接环缝；先焊接外侧，后焊接内侧。极板的纵缝从中间向两边焊。再细化就是外侧焊接顺序为：赤道带外侧纵缝-上极带边板外侧纵缝-下极带边板外侧纵缝-上极带中心板外侧纵缝-下极带中心板外侧纵缝-上极带环缝外侧-下极带环缝外侧-赤道带上环缝外侧-赤道带下环缝外侧。内侧焊接顺序为：赤道带内侧纵缝-上极带边板内侧纵缝-下极带边板内侧纵缝-上极带中心板内侧纵缝-下极中心板内侧纵缝-上极带内侧环缝-下极带内侧环缝-赤道带上环缝内侧-赤道带下环缝内侧。焊后消氢也叫后热处理，其作用与焊前预热相同。对于球罐应在焊后立即进行消氢处理。一般消氢处理与焊前预热配合使用，效果更好。焊后消氢温度与材料、球壳厚度有关。

热处理：球罐的热处理目的是改善焊缝及热影响区的性能，降低焊接过程中产生的残余应力。在制造厂进行的是局部热处理。通常采用电阻丝加热，现场安装之后进行的是整体热处理，一般采用喷咀燃油加热。不同材料热处理温同，但对同一材料也应控制好热处理保温温度和时间，因为保温温度过高或时间过长，反而造成机械性能、韧性值的下降，保温温度过低或时间过短则达不到热处理的效果。

3.4检测焊缝质量

无损检测：球罐制造完毕，为了检测焊缝质量，要对焊缝进行无损检测。检测方法有射线、超声波及磁粉、着色检测，方法的选用要考虑球罐的用材和球罐的检测比例。目前球罐的无损检测多以100%的射线及磁粉为主，并辅以一定比例的常规超声波检及TOFD检测；关于球罐制作安装过程中，包括：热处理、探伤、压力试压等全部工作内容，对于这些内容在实际过程中的具体用途，以及操作失误会引发什么样的安全隐患？当实际问题出现该如何处理与解决？

4.液化气的应用

天然气球罐采用日本新日铁生产的CF610钢，其化学成分和供货状态等同于我国07MnCrMoVR。根据《钢制压力容器》(GB 150一1998)的规定，碳素钢、07MnCrMoVR钢厚度大于32mm(如焊接预热100℃以上，厚度大于38mm)时需进行整体热处理, 因此建议权威部门对球罐建造整体热处理的条件作进一步的研究和明确。

4.1严防球罐超温、超压、超装。

4.2加强巡检，重点检查球罐的液位、压力、温度变化情况，检查现场有无泄漏点，发现问题及时处理。

4.3加强球罐的切水管理，杜绝边收料边切水。球罐切水采用密闭切水系统，切水时先切至切水罐，切断与球罐的联系后，再由切水罐往外切水。

4.4对球罐区域的可燃性气体报警仪和球罐的超压、超液位报警仪进行定期检查和测试，确保其处于良好的工作状态，以便及时发现问题。

4.5加强球罐附件的检查和维护，特别是安全阀、液位计等，确保其完好。

4.6对球罐进行定期检测，有些液化石油气含有较高的硫化氢等含硫物，易使罐内壁腐蚀。以及早发现球罐存在的缺陷，防止液化石油气泄漏事故的发生。

4.7在球罐进出料线上设立快速切断阀。设立快速切断阀后可遥控关闭阀门，及时切断液化石油气的进出，有效地控制事故的蔓延，为事故处理提供保障。

4.8增强球罐支架的耐烧强度。建议在罐体的钢支架之外用耐火材料全部进行保护，以增加支架的耐烧性能。

4.9对更换设备要严把进货质量关，这是防止事故发生的基础，关键是防止泄漏，所有液化石油气容器、管道以及其它附件必须符合安全质量要求。

4.10严格按规定对球罐系统进行检测，由于液化石油气中硫含量较高，对设备内壁有一定的腐蚀，且还可能引起钢材的脆裂，为此，要防微杜渐，发现隐患及时处理。

5.结语

球罐的热处理目的是改善焊缝及热影响区的性能，降低焊接过程中产生的残余应力。在制造厂进行的是局部热处理。通常采用电阻丝加热，现场安装之后进行的是整体热处理，一般采用喷咀燃油加热。不同材料热处理温同，但对同一材料也应控制好热处理保温温度和时间，因为保温温度过高或时间过长，反而造成机械性能、韧性值的下降，保温温度过低或时间过短则达不到热处理的效果。

参考文献：

[1]朱玉明.声发射技术在大型压力容器检验中的应用研究.南京林业大学，2006

[2]姜波.声发射技术在化工设备检测中的应用.大庆石油学院，2007

[3]国家质量技术监督局.GB/T18182-2000.金属压力容器声发射检测及结果评价方法.2001