氧氣球罐的安裝施工工藝

摘" 要：結合具體的工程案例，對煉鋼廠的氧氣球罐的安裝施工進行分析，從球罐組焊、熱處理、壓力試驗等方面，探討具體的施工工藝，希望能夠為類似工程的安裝施工提供參考和借鑒。

關鍵詞：氧氣球罐；組焊；熱處理；試驗；安裝

中圖分類號：TQ221.212" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）04-0148-04

Abstract： Based on specific engineering cases， the installation and construction of oxygen spherical tanks in steel making plants were analyzed， and specific construction techniques were explored from the aspects of spherical tank assembly welding， heat treatment， pressure testing， etc. It is hoped that this can provide reference and reference for the installation and construction of similar projects.

Keywords： oxygen spherical tank; assembly welding; heat treatment; test; installation

隨著我國工業的持續快速發展，氧氣在煉鋼廠中的作用日益凸顯。近年來，基于材料技術、焊接技術、制造和安裝技術的不斷發展進步[1]，同時為保證氧氣在生產中的可持續供應，氧氣球罐已成為煉鋼廠中必不可少的部分。

1" 工程概況

南方某煉鋼廠為滿足日益增長的生產需要，新增一臺容積為1 000 m3的氧氣球罐，球罐為3帶8柱式，球殼內直徑為12 300 mm，球罐中心至支柱底板底面的距離為8 200 mm，球殼板材質為Q370R（正火），鋼板厚度為52 mm，設備凈重為213 553 kg，球罐設計壓力為3.0 MPa，設計溫度為-5/50 ℃。球罐的主要技術參數如下。

1）設計工作壓力：3.0 MPa。

2）設計溫度：-5/50 ℃。

3）球殼板材質：Q370R（正火）。

4）支柱材質：Q370R。

5）支柱外徑：426 mm。

6）拉桿直徑：50 mm。

7）腐蝕裕度：3.0。

8）儲存介質：氧氣。

9）地震烈度：7度。

2" 施工工藝

2.1" 球殼板組焊

球罐組裝采用單片組裝法組裝，依組裝順序直接將單張球殼板組裝成球，手工電弧焊焊接。球罐共計由30片球殼板組成，其中帶支柱赤道板8片，赤道帶板8片，上極帶板7片，下極帶板7片。

1）作業前準備。一是材料驗收與復核，要求對到場材料的相應資料及手續、幾何尺寸、外觀質量等進行復核，還需對材料進行無損檢測抽檢，確保符合安裝要求。二是人員準備，包括項目經理、技術負責人、安全員、質檢員、焊工、鉗工、輔工等，特種作業人員必須持有效期內的相應資質證書上崗，并經相關部門審核備案。所有作業人員都必須經三級安全教育考試合格后方能上崗。三是技術準備，依據相應的焊接工藝評定編制相應的焊接作業指導書并審批通過，要求嚴格按照焊接作業指導書進行焊接作業。四是工序交接，與土建專業人員仔細核對檢查基礎的各個參數是否符合設計要求，確認無誤后辦理中間工序交接手續，確保安裝的準確性。

基礎各部位尺寸允許偏差見表1。

2）球殼板組裝。球罐安裝程序為：①帶支柱赤道板—②赤道帶板—③下極邊板—④下極側板—⑤下極中板—⑥上極邊板—⑦上極側板—⑧上極中板。將球罐下極邊板、極側、極中板按排版及管口方位先吊放在球罐基礎內。安裝前應在基礎上涂抹黃甘油以便于在熱處理時支柱底座和基礎之間的滑動。組裝時，可采用工卡具調整球殼板組對間隙和錯邊量，不得采用機械方法強力組裝[2]。吊裝帶支柱的赤道帶板需預先在支柱上、下兩段對口處劃上十字中心線，并焊上組對用的定位塊，吊裝第一塊帶柱頭赤道板就位后用卡具固定。繼續吊剩余帶支柱的赤道板。再順序吊裝不帶支柱的赤道板，插入兩帶支柱的赤道之間，直至整個赤道帶閉合。赤道板組裝時的專用梯子需在現場綁制，固定在赤道板上，隨赤道板一同起吊。赤道帶吊裝時宜連續作業直至閉合，如中途因故停止吊裝，兩敞開端必須用拖拉繩拉固，以防意外。赤道帶是整個球罐安裝的基準，對于整個球罐組裝質量至關重要，因此精心調整以保證最大與最小直徑偏差，上下弦口水平度，對口間隙、錯邊量、棱角度等基本調整到位，減少后序調整工作量，并且在組裝過程中，赤道帶基本處于自由狀態，間隙較易調整，一旦合攏后調整間隙將變得十分困難。然后按排版圖吊裝組對第一塊下極帶邊板，其上口和赤道板下口用卡具固定，下口用導鏈拉在中心柱上并用2 m弦長樣板，測量兩帶間的弧度使其在控制范圍之內，依次序吊裝，直至下極邊板閉合。吊裝兩側極板，找準位置，與極邊板固定。安裝極中板時要注意，所有的球罐開口全在這張板上，要仔細核對各個接管的方位和規格，以免弄混。上極帶組裝方法與下極帶相同。球殼板組裝允許偏差見表2。

3）球罐焊接。氧氣球罐焊縫共計38條，總長278 m，依據工期要求及現場條件，編制焊縫及焊工布置圖，焊工共計12名，焊工需嚴格按照焊接工藝及布置圖進行施焊，著重強調焊接的同步性和對稱性。球罐焊接前由質檢工程師在現場指定3名焊工分別進行產品立焊、橫焊和平加仰焊試板焊接[3]，試件共6塊，尺寸為180 mm×650 mm，采取與球罐施焊相同的條件、相同的管理要求和相同的焊接工藝施焊。產品試板焊接必須通知當地鍋爐壓力容器檢驗所派人員到場監檢和確認。球罐組裝完成并經相關部門進行驗收后，可以進行定位焊接。定位焊接宜采用多人對稱進行，由于焊接順序為先縱縫后環縫，因此在環縫位置最終聚集的應力是比較大的，所以在定位焊接時應增加環焊縫的焊接量，避免在焊接過程中環焊縫位置由于強度不足造成開裂。所有丁字口應在至少100 mm范圍內滿焊。球罐焊接順序具體為：赤道帶縱縫—下極帶板縱縫—赤道帶下環縫—上極帶板縱縫—上環縫。球罐坡口型式全部為不對稱X型坡口，焊接采用窄焊道、薄層多道焊，對于Φ4.0 mm的焊條，焊接電流范圍為140～175 A，對于Φ5.0 mm的焊條，焊接電流范圍為175～200 A，電弧電壓控制在22～28 V，焊接速度控制在9～16 cm/min，最大焊接線能量為

Q=60×200 A×28 V/9 cm/min=37.3 kJ/cm，

符合最大焊接線能量控制在40.0 kJ/cm內的規定。球殼板縱焊縫外側焊接完畢后，在球罐內側用碳弧氣刨清根。清根深度不宜過深，以刨除封底焊缺陷為宜，應小于1/2板厚。

4）焊縫返修。以無損檢測存在的缺陷分布圖為依據，進行缺陷清除、修補。對于TOFD檢測發現焊縫內部超標缺陷的返修，先用UT檢測對焊縫中的每處缺陷進行準確定位，然后用砂輪機或碳弧氣刨對定位好的每處缺陷進行焊縫深度打磨或氣刨直到將缺陷消除（氣刨后必須對氣刨部位表面進行打磨處理）；為便于缺陷部位的焊接，打磨斜度為1∶3。對打磨消除缺陷后的部位進行MT100%檢測，符合NB/T 47013.4—2015《承壓設備無損檢測第4部分：磁粉檢測》，Ⅱ級合格。焊縫返修需嚴格按照返修工藝卡執行。

2.2" 熱處理

球形儲罐焊后整體熱處理[4]的主要目的是消除焊接殘余應力，改善球罐使用性能，消除由于組裝和焊接引起的應力，穩定球罐幾何尺寸，降低焊縫及熱影響區的硬度。3塊產品試板應放入球罐內進行同步熱處理。

1）準備工作。熱處理前所有無損檢測[5]工作已完畢，報告齊全，經審查合格。相關設備已調試就位完畢。

2）采用火焰直接加熱的方法，即以球罐本身為燃燒室，在球罐外表面敷設無堿超細玻璃棉與高硅硅酸鋁混合制成的保溫材料進行保溫，厚度120 mm，以確保保溫效果。熱處理時，保溫層外表溫度應不高于60 ℃。敷設保溫材料時，相鄰搭接量應大于60 mm，保溫材料與罐壁間隙不大于20 mm。上下人孔、法蘭均需保溫，支柱保溫長度不小于1 m。以0#輕質柴油為燃料，以壓縮空氣為霧化劑。球罐設測溫點25個（含試板3個）。在熱處理過程中，嚴格按工藝執行。具體熱處理工藝參數見表3，熱處理溫度由溫度傳感器傳到自動記錄儀，進而得到時間-溫度曲線（圖1）。

2.3" 耐壓試驗和泄漏試驗

1）耐壓試驗。耐壓試驗前需通知鍋爐壓力容器檢驗研究院相關人員到場檢查確認。耐壓試驗采用水壓試驗，試驗壓力為3.75 MPa。從底部排污孔進水，進水前打開球罐頂部的排氣孔用于排除罐內空氣，直到排氣孔溢水后封好排氣孔，啟動加壓泵開始緩慢加壓。在壓力上升期間必須時刻關注罐體及周邊情況，當壓力升至試驗壓力的50%，即1.9 MPa時， 保壓足夠時間，確認無滲漏后繼續升壓。壓力升至設計壓力3.0 MPa時，保壓足夠時間，再次作滲漏檢查，確認無泄漏后再繼續加壓。壓力升至試驗壓力3.75 MPa時，保持30 min后，降至3.0 MPa進行檢查，以無滲漏、無可見變形，試驗過程中無異常響聲為合格。試壓結束后，緩慢打開放氣閥釋放壓力，當頂部壓力表讀數降至零后，打開球罐上部人孔，然后再打開放水閥，將水緩慢放出，打開球罐上部人孔的目的是避免在泄水時球罐內形成負壓，嚴重者可能使球罐直接變形。

2）泄漏試驗。在水壓試驗合格后，還需進行泄漏試驗。泄漏試驗前進行球罐的聯合封閉檢查，檢查合格后對上下人孔進行封閉，并將所有接管的一次閥安裝到位，所有法蘭密封面全部更換為正式墊片，試驗合格后不再進行更換。泄漏試驗采用氣密性試驗[6]，依據施工現場的現有條件，本次試驗介質為氮氣，試驗壓力即設計壓力3.0 MPa。壓力升至試驗壓力的50%即1.5 MPa時，保持30 min，用肥皂液對所有焊縫和連接部位進行檢查，確認無誤后繼續升壓，當壓力升至試驗壓力3.0 MPa時，保壓10 min后對所有連接部位進行檢查，無泄漏即為合格。泄壓應緩慢進行。

3" 結束語

球罐安裝的基礎驗收、材料進場檢驗、施工人員及機具工卡具準備、吊裝組對、焊材管理、焊接、無損檢測、熱處理、壓力試驗等一系列程序都必須嚴格把關，不能有一絲疏忽，同時應同步做好記錄，做到有跡可循，這樣才能確保球罐的安裝質量，保障企業的正常運轉。

參考文獻：

[1] 李云福，郭春光，王林.Q370R鋼制4 000 m3丙烯球罐建造技術[J].化工機械，2020（1）：98-101，116.

[2] 趙帥，鄭娟，張璐.2 000 m3液氨球罐設計要點[J].石油和化工設備，2022（2）：62-65.

[3] 盧俊文，湛立寧，丁玉松.低溫壓力容器用鋼07MnNiMoDR焊接工藝研究[J].化工設備與管道，2022（5）：17-22.

[4] 吉方，劉岑凡，徐永生.球罐內燃法焊后熱處理熱工計算方法改進[J].壓力容器，2020（5）：37-43.

[5] 史云焱.球罐焊縫無損檢測方法的確定及其效果[J].石油化工建設，2021（2）：59-60，66.

[6] 劉明志，賈彬彬.1 000立方丙烯球罐現場組裝及焊接工藝[J].中國化工裝備，2020，22（6）：25-29.