七、球罐

　　球形罐與立式圓筒形儲(chǔ)罐相比，在相同容積和相同壓力下，球罐的表面積最小，故所需鋼材面積少;在相同直徑情況下，球罐壁內(nèi)應(yīng)力最小，且均勻，其承載能力比圓筒形容器大1倍，故球罐的板厚只需相應(yīng)圓筒形容器壁板厚度的一半。

　　由上述特點(diǎn)可知，采用球罐，可大幅度減少鋼材的消耗，一般可節(jié)省鋼材30%～45%;此外，球罐占地面積較小，基礎(chǔ)工程量小，可節(jié)省土地面積。

　　(一)球罐的構(gòu)造與分類

　　1.球罐的構(gòu)造

　　球罐由本體、支柱(承)及附件組成。

　　(1)球罐本體。球罐本體是球罐結(jié)構(gòu)的主體;是球罐儲(chǔ)存物料承受物料工作壓力和液體靜壓力的構(gòu)件;是由殼板拼焊而成的一個(gè)圓球形容器。由于球殼體直徑大小不同，球殼板的數(shù)量也不一樣，球殼有環(huán)帶式(橘瓣式)、足球瓣式、混合式結(jié)構(gòu)三種形式。

　　(2)球罐支柱(承)是用于支承球罐本體重量和儲(chǔ)存物料重量的結(jié)構(gòu)部件，有柱式、裙式、半埋入式及高架式支座多種。

　　1)柱式支座。它是由若干支柱組成的支座。支柱由無縫鋼管制成，無縫鋼管的大小規(guī)格及數(shù)量根據(jù)球罐的大小規(guī)格而定。

　　赤道正切柱式支座是使用最多的一種形式。它的結(jié)構(gòu)是支柱正切于球罐的赤道帶;各支柱間有拉桿連接，以加強(qiáng)受力情況。

　　2)裙式支座。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是支座較低，由鋼板制成。其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，節(jié)省鋼材。

　　3)半埋入支座。這種結(jié)構(gòu)是半球體支承于鋼筋混凝土基礎(chǔ)上。

　　(3)球罐的附件

　　1)梯子平臺(tái)

　　2)人孔和接管

　　3)水噴淋裝置

　　4)隔熱和保冷設(shè)施

　　5)液面計(jì)

　　6)壓力表

　　2.球罐分類

　　球罐的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，根據(jù)不同的使用條件(介質(zhì)、容量、壓力和濕度)有不同的結(jié)構(gòu)形式。通常按照外觀形狀、殼體構(gòu)造和支承方式的不同來分類。

　　(二)球罐的安裝施工

　　1.球罐的拼裝方法

　　球罐的拼裝方法有多種，可根據(jù)球罐的容量、結(jié)構(gòu)形式、施工現(xiàn)場及組裝平臺(tái)的大小、施工單位吊裝機(jī)具及人力資源情況進(jìn)行合理選擇。

　　(1)分片組裝法

　　采用分片組裝法的優(yōu)點(diǎn)是：施工準(zhǔn)備工作量少，組裝速度快，組裝應(yīng)力小，且組裝精度易于掌握，不需要很大的吊裝機(jī)械，也不需要太大的施工場地。缺點(diǎn)是高空作業(yè)量大，需要相當(dāng)數(shù)量的夾具，全位置焊接技術(shù)要求高，且焊工施焊條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大。分片組裝法適用于任意大小球罐的安裝。

　　(2)拼大片組裝法。拼大片組裝法是分片組裝法的延伸。在胎具上將已預(yù)熱好、編了號(hào)的相鄰兩片或多片球殼瓣，拼接成較大的球殼片，然后吊裝組焊成球殼體。組合的球殼片瓣數(shù)多少為宜，要根據(jù)吊裝能力確定。拼大片組裝法由于在地面上進(jìn)行組裝焊接，減少了高空作業(yè)，并可以采用自動(dòng)焊進(jìn)行焊接，從而提高了焊接質(zhì)量。

　　(3)環(huán)帶組裝法。一般分兩種，一種是在預(yù)制廠先將各環(huán)帶預(yù)制成型，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場組裝。這種方法常受各種限制，比較大的球罐很少采用。另一種，大多數(shù)施工單位一般都是在現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)制并組裝。在臨時(shí)鋼平臺(tái)上，先將赤道帶、上下溫帶、上下極板分別組對(duì)焊接成環(huán)帶，然后將各環(huán)帶組裝焊接成球體。

　　環(huán)帶組裝法組裝的球殼，各環(huán)帶縱縫的組裝精度高，組裝的拘束力小，減少了高空作業(yè)和全位置焊接，施工進(jìn)度快，提高了工效。同時(shí)也減少了不安全因素，并能保證縱縫的焊接質(zhì)量。

　　環(huán)帶組裝法現(xiàn)場施工時(shí)，需要一定面積的臨時(shí)鋼平臺(tái)，占用場地大;組裝時(shí)需用的加固支撐較多;組成的環(huán)帶重量較大，組裝成球時(shí)需較大的吊裝機(jī)械。另外，環(huán)縫組對(duì)時(shí)難以避免強(qiáng)制性組裝，因而強(qiáng)裝焊接后產(chǎn)生較大的應(yīng)力。環(huán)帶組裝法一般適用于中、小球罐的安裝。

　　(4)拼半球組裝法。首先搭設(shè)平臺(tái)，然后在平臺(tái)上劃出赤道帶大口徑的內(nèi)、外圓弧線、瓣片的平面投影線和赤道帶小口的投影線，并沿大口內(nèi)外圓線，每隔500mm處內(nèi)交錯(cuò)焊接臨時(shí)定位角鋼，然后沿大口圓周用水準(zhǔn)儀測量20個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)(每塊瓣片兩個(gè)點(diǎn))及圓中心點(diǎn)。在安放第一塊瓣片時(shí)，需沿大口中心線錯(cuò)開200mm處。為保證安裝準(zhǔn)確，安裝時(shí)要對(duì)正圓弧內(nèi)外線和平面投影線，并量上口至圓心斜長值(±2mm)來控制上、下口的同心度。

　　這種施工方法的特點(diǎn)是：高空作業(yè)少，安裝速度快，但需用吊裝能力較大的起重機(jī)械等。故僅適用于中、小型球罐的安裝。

　　(5)分帶分片混合組裝法。將支柱分兩部分，上部支柱與赤道環(huán)帶在臨時(shí)鋼平臺(tái)上組裝拼接好，然后吊起赤道環(huán)帶，與已就位于基礎(chǔ)上的下部支柱組對(duì)拼接。其他球殼板以分片組裝的方法，逐片吊裝與赤道環(huán)帶接成上下溫帶和上下極板，最后焊接成完整的球殼體。這種方法適用于中、小型球罐的安裝。

　　上述這些組裝方法中，在施工中較常用的是分片組裝法和環(huán)帶組裝方法。

　　2.球罐焊接

　　球罐的焊接工作量很大，焊接難度高，焊縫包括平、立、仰、橫各種位置的焊接，技術(shù)要求十分嚴(yán)格。

　　(1)焊接工作首先應(yīng)經(jīng)過與球殼板同材質(zhì)、同批號(hào)試驗(yàn)。焊工應(yīng)具有勞動(dòng)部門考試合格證。施工單位應(yīng)制定合理的焊接施工方案與嚴(yán)格的管理制度。焊接工作應(yīng)按有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行施焊和驗(yàn)收。

　　(2)施工現(xiàn)場必須建立焊條管理與氣象管理制度。焊條管理工作包括焊條的烘干、恒溫和保溫;焊條一般在250℃的烘干箱內(nèi)烘干2h，隨烘隨用;未經(jīng)烘干或藥皮不全的焊條嚴(yán)禁使用。氣象管理主要是對(duì)下雨、風(fēng)速在10m/s以上及氣溫在0℃以下時(shí)如沒有適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，應(yīng)停止焊接。

　　(3)球殼板雙面對(duì)焊時(shí)，應(yīng)進(jìn)行背面清根;如用碳弧氣刨清根，清根后應(yīng)將滲透碳層磨去，必要時(shí)需經(jīng)著色檢查合格，然后再行施焊。

　　(4)組對(duì)時(shí)的點(diǎn)固焊、工夾具和起重吊耳的焊接工藝及焊條，必須和主焊縫相同。點(diǎn)固焊長度不小于50mm，其焊肉高度不低于8mm;點(diǎn)固焊距離不得大于300mm。工夾具、吊耳等非正式附件，裝配后均應(yīng)用碳弧氣刨去掉，并用砂輪磨光。

　　3.球罐焊前預(yù)熱、焊后熱處理及整體熱處理

　　(1)焊前預(yù)熱。預(yù)熱是指施焊前把焊接的工件加熱到比環(huán)境更高的溫度，再在此溫度下進(jìn)行焊接。球罐的材質(zhì)大多數(shù)為高強(qiáng)度的合金鋼，在焊接過程中，由于材質(zhì)焊后冷卻收縮，易于產(chǎn)生冷裂紋及脆性斷裂。預(yù)熱的目的就是為了防止焊接金屬的熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋，減少應(yīng)力變形量，防止金屬熱影響區(qū)的塑性、韌性的降低，并可以除去表面水分。根據(jù)施工規(guī)范規(guī)定，球罐的預(yù)熱溫度根據(jù)焊件材質(zhì)、厚度、接頭的拘束度、焊接材料及氣象條件確定。

　　預(yù)熱時(shí)要求對(duì)焊接部位均勻加熱，使其達(dá)到焊接工藝規(guī)定的溫度。預(yù)熱范圍為焊接接頭中心兩側(cè)各3倍板厚以上且不少于10Omm的范圍內(nèi)。

　　(2)焊后熱處理。球罐焊接完后應(yīng)立即進(jìn)行焊后熱處理。焊后熱處理的主要目的：一方面是釋放殘余應(yīng)力，改善焊縫塑性和韌性;更重要的是為了消除焊縫中的氫根，改善焊接部位的力學(xué)性能。

　　球罐的焊接后消氫處理應(yīng)由焊接工藝評(píng)定結(jié)果確定，焊后熱處理溫度一般要求應(yīng)與預(yù)熱溫度相同(200～350℃)，保溫時(shí)間應(yīng)為0.5～1h。

　　遇有下列情況的焊縫，均應(yīng)在焊后立即進(jìn)行焊后熱消氫處理。

　　1)厚度大于32mm的高強(qiáng)度鋼;

　　2)厚度大于38mm的其他低合金鋼;

　　3)鍛制凸緣與球殼板的對(duì)接焊縫。

　　(3)整體熱處理

　　1)整體熱處理的目的。球罐的整體熱處理是根據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)定和要求進(jìn)行的。球罐整體熱處理的目的是為了消除由于球罐組焊產(chǎn)生的應(yīng)力，穩(wěn)定球罐幾何尺寸，改變焊接金相組織，提高金屬的韌性和抗應(yīng)力能力，防止裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)，由于溶解氫的析出，防止延遲裂紋產(chǎn)生，預(yù)防滯后破壞，提高耐疲勞強(qiáng)度與蠕變強(qiáng)度。

　　球罐焊接后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是由于焊接時(shí)局部加熱、焊縫金屬的金相組織的變化而引起的內(nèi)應(yīng)力;另外，焊縫應(yīng)力分布也比較復(fù)雜，同時(shí)金屬球殼也產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。三項(xiàng)應(yīng)力的不良金相存在是引起球罐低應(yīng)力脆性破壞的主要因素。為消除殘余應(yīng)力和減輕焊縫附近金相組織的局部硬化、改善焊縫的力學(xué)性能，目前我國對(duì)壁厚大于34mm的各種材質(zhì)的球罐都采用整體熱處理。

　　2)整體熱處理的方法。球罐整體熱處理有兩種方法：內(nèi)燃法和電熱法。

　�、賰�(nèi)燃法。是把焊接完畢并經(jīng)檢驗(yàn)合格的球體作為爐殼，在球體內(nèi)布置若干個(gè)噴油嘴，用空氣壓縮機(jī)(鼓風(fēng)機(jī))、油泵、霧化器相配套的設(shè)備，以霧化的輕柴油作為燃料，以石油液化氣作為點(diǎn)火器燃料，使球罐內(nèi)部燃料不斷燃燒，產(chǎn)生熱對(duì)流和熱輻射加熱整個(gè)球體。為防止熱量的損耗，罐外用保溫材料進(jìn)行保溫。為了加強(qiáng)溫度測量和管理，在球體外部均勻布置測溫點(diǎn)，并設(shè)專人定崗操作和監(jiān)視測量系統(tǒng)，做好記錄。熱處理溫度應(yīng)按設(shè)計(jì)要求。如設(shè)計(jì)無要求時(shí)，對(duì)于A3R鋼、16MnR鋼熱處理溫度宜為625±25℃;對(duì)于15MnVR鋼宜為570±25℃;對(duì)于15MnVNR鋼宜為565±15℃。

　�、陔娂訜岱āＴ谑┕がF(xiàn)場不允許用火焰加熱時(shí)，可采用電加熱法進(jìn)行球罐的整體熱處理。電加熱的原理和方法是把專門設(shè)計(jì)的電氣元件放置在球罐內(nèi)的下方，電熱元件的引線從底部人孔引出接到電源。球罐做表面保溫處理，人孔以及所有管口也均用保溫材料封閉，這樣整體球罐就形成了一個(gè)封閉式電爐。加熱時(shí)，借助于罐內(nèi)空氣的對(duì)流把電熱元件放出的熱量均勻地傳給罐壁，從而達(dá)到加熱的目的。

　　4.球罐的檢驗(yàn)

　　焊接質(zhì)量檢驗(yàn)是保證球罐質(zhì)量不可缺少的重要手段。

　　(1)焊縫檢查

　　1)外觀檢查。對(duì)焊縫表面質(zhì)量檢驗(yàn)、檢查的方法主要靠目測，也稱為焊縫的外觀檢驗(yàn)。焊縫外觀檢查時(shí)，焊縫及熱影響區(qū)表面不得有裂紋、氣孔、夾渣、凹陷、熔合性飛濺物等缺陷，焊縫的焊角高度、寬度、余高等都應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)定要求。

　　2)焊縫內(nèi)在質(zhì)量的檢驗(yàn)。對(duì)焊縫內(nèi)在質(zhì)量的檢驗(yàn)是采用無損探傷檢驗(yàn)。無損探傷檢查的具體手段有射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷和滲透探傷。

　　①球罐的對(duì)接焊縫(包括人孔和公稱直徑不小于250mm接管的對(duì)接焊縫和法蘭，鍛制加強(qiáng)圈的外接焊縫)應(yīng)100%進(jìn)行射線探傷和超聲波探傷。

　�、谶x擇100%射線探傷檢查時(shí)，對(duì)球殼板厚度大于38mm的焊縫還應(yīng)做超聲波探傷復(fù)檢，復(fù)檢長度不應(yīng)小于所探焊縫總長的20%。

　�、圻x擇100%超聲波探傷方法時(shí)，應(yīng)對(duì)超聲波探傷部位做射線探傷復(fù)檢，復(fù)檢長度不應(yīng)小于所探焊縫總長的20%。

　�、芩畨涸囼�(yàn)后進(jìn)行復(fù)查，復(fù)查數(shù)量不得小于焊縫全長的20%。復(fù)查部位包括全部T形接頭及每個(gè)焊工各個(gè)焊接位置的對(duì)接焊縫和各種角焊縫。

　　3)磁粉探傷和滲透探傷檢查。磁粉探傷和滲透探傷規(guī)定：

　　(2)水壓試驗(yàn)。是為了檢查球罐的強(qiáng)度、考核球罐組裝焊接質(zhì)量，以保證球罐能夠承受設(shè)計(jì)壓力不漏。經(jīng)過水壓超載能夠改善球罐的承載能力。盡管球罐在制造、組裝焊接過程中和焊后都進(jìn)行了嚴(yán)格的檢驗(yàn)工作，但漏檢的缺陷有可能在水壓試驗(yàn)中出現(xiàn)。因此，水壓試驗(yàn)也是比較重要的檢驗(yàn)手段。

　　1)進(jìn)行水壓試驗(yàn)前，球罐應(yīng)具備的條件

　　2)水壓試驗(yàn)步驟

　　3)水壓試驗(yàn)要求：

　　①水壓試驗(yàn)壓力應(yīng)為設(shè)計(jì)壓力的1.25倍。設(shè)計(jì)有特殊規(guī)定時(shí)按設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行，但不應(yīng)小于球罐設(shè)計(jì)壓力的1.25倍。

　　②試驗(yàn)用水應(yīng)為清潔的工業(yè)用水。對(duì)碳素鋼和16MnR鋼制球罐水溫不得低于5℃;其他低合金鋼球罐試壓用水溫度不得低于15℃;對(duì)新鋼種的試驗(yàn)水溫應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行。

　�、矍蚬匏畨涸囼�(yàn)過程中要進(jìn)行基礎(chǔ)沉降觀測，觀測應(yīng)分別在充水前、充水到1/3、充水到2/3球罐本體高度、充滿水24h和放水后各個(gè)階段進(jìn)行觀測，并做好實(shí)測記錄。

　　(3)氣密性試驗(yàn)。根據(jù)規(guī)定，球罐經(jīng)水壓試驗(yàn)合格后要再進(jìn)行一次磁粉探傷或滲透探傷;排除表面裂紋及其他缺陷后，再進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。氣密性試驗(yàn)是在球罐各附件安裝完畢，壓力表、安全閥、溫度計(jì)經(jīng)過校驗(yàn)合格后進(jìn)行。氣密性試驗(yàn)所用氣體應(yīng)是干燥、清潔空氣或其他惰性氣體，氣體溫度不得低于5℃。當(dāng)球罐充滿氣后，開始升壓。

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