發(fā)布時間： 2016年11月24日
七、球罐
球形罐與立式圓筒形儲罐相比，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，球罐壁內應力最小，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圓筒形容器壁板厚度的一半。
由上述特點可知，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，基礎工程量小，可節(jié)省土地面積。
(一)球罐的構造與分類
1.球罐的構造
球罐由本體、支柱(承)及附件組成。
(1)球罐本體。球罐本體是球罐結構的主體;是球罐儲存物料承受物料工作壓力和液體靜壓力的構件;是由殼板拼焊而成的一個圓球形容器。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、混合式結構三種形式。
(2)球罐支柱(承)是用于支承球罐本體重量和儲存物料重量的結構部件，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。它的結構是支柱正切于球罐的赤道帶;各支柱間有拉桿連接，以加強受力情況。
2)裙式支座。這種結構的特點是支座較低，由鋼板制成。其優(yōu)點是穩(wěn)定性好，節(jié)省鋼材。
3)半埋入支座。這種結構是半球體支承于鋼筋混凝土基礎上。
(3)球罐的附件
1)梯子平臺
2)人孔和接管
3)水噴淋裝置
4)隔熱和保冷設施
5)液面計
6)壓力表
2.球罐分類
球罐的結構是多種多樣的，根據(jù)不同的使用條件(介質、容量、壓力和濕度)有不同的結構形式。通常按照外觀形狀、殼體構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、結構形式、施工現(xiàn)場及組裝平臺的大小、施工單位吊裝機具及人力資源情況進行合理選擇。
(1)分片組裝法
采用分片組裝法的優(yōu)點是：施工準備工作量少，組裝速度快，組裝應力小，且組裝精度易于掌握，不需要很大的吊裝機械，也不需要太大的施工場地。缺點是高空作業(yè)量大，需要相當數(shù)量的夾具，全位置焊接技術要求高，且焊工施焊條件差，勞動強度大。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。在胎具上將已預熱好、編了號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行組裝焊接，減少了高空作業(yè)，并可以采用自動焊進行焊接，從而提高了焊接質量。
(3)環(huán)帶組裝法。一般分兩種，一種是在預制廠先將各環(huán)帶預制成型，然后運輸?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)場進行預制并組裝。在臨時鋼平臺上，先將赤道帶、上下溫帶、上下極板分別組對焊接成環(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，施工進度快，提高了工效。同時也減少了不安全因素，并能保證縱縫的焊接質量。
環(huán)帶組裝法現(xiàn)場施工時，需要一定面積的臨時鋼平臺，占用場地大;組裝時需用的加固支撐較多;組成的環(huán)帶重量較大，組裝成球時需較大的吊裝機械。另外，環(huán)縫組對時難以避免強制性組裝，因而強裝焊接后產(chǎn)生較大的應力。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。首先搭設平臺，然后在平臺上劃出赤道帶大口徑的內、外圓弧線、瓣片的平面投影線和赤道帶小口的投影線，并沿大口內外圓線，每隔500mm處內交錯焊接臨時定位角鋼，然后沿大口圓周用水準儀測量20個水準點(每塊瓣片兩個點)及圓中心點。在安放第一塊瓣片時，需沿大口中心線錯開200mm處。為保證安裝準確，安裝時要對正圓弧內外線和平面投影線，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)帶在臨時鋼平臺上組裝拼接好，然后吊起赤道環(huán)帶，與已就位于基礎上的下部支柱組對拼接。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，技術要求十分嚴格。
(1)焊接工作首先應經(jīng)過與球殼板同材質、同批號試驗。焊工應具有勞動部門考試合格證。施工單位應制定合理的焊接施工方案與嚴格的管理制度。焊接工作應按有關技術規(guī)范的要求進行施焊和驗收。
(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℃的烘干箱內烘干2h，隨烘隨用;未經(jīng)烘干或藥皮不全的焊條嚴禁使用。氣象管理主要是對下雨、風速在10m/s以上及氣溫在0℃以下時如沒有適當?shù)姆雷o措施，應停止焊接。
(3)球殼板雙面對焊時，應進行背面清根;如用碳弧氣刨清根，清根后應將滲透碳層磨去，必要時需經(jīng)著色檢查合格，然后再行施焊。
(4)組對時的點固焊、工夾具和起重吊耳的焊接工藝及焊條，必須和主焊縫相同。點固焊長度不小于50mm，其焊肉高度不低于8mm;點固焊距離不得大于300mm。工夾具、吊耳等非正式附件，裝配后均應用碳弧氣刨去掉，并用砂輪磨光。
3.球罐焊前預熱、焊后熱處理及整體熱處理
(1)焊前預熱。預熱是指施焊前把焊接的工件加熱到比環(huán)境更高的溫度，再在此溫度下進行焊接。球罐的材質大多數(shù)為高強度的合金鋼，在焊接過程中，由于材質焊后冷卻收縮，易于產(chǎn)生冷裂紋及脆性斷裂。預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，球罐的預熱溫度根據(jù)焊件材質、厚度、接頭的拘束度、焊接材料及氣象條件確定。
預熱時要求對焊接部位均勻加熱，使其達到焊接工藝規(guī)定的溫度。預熱范圍為焊接接頭中心兩側各3倍板厚以上且不少于10Omm的范圍內。
(2)焊后熱處理。球罐焊接完后應立即進行焊后熱處理。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性能。
球罐的焊接后消氫處理應由焊接工藝評定結果確定，焊后熱處理溫度一般要求應與預熱溫度相同(200～350℃)，保溫時間應為0.5～1h。
遇有下列情況的焊縫，均應在焊后立即進行焊后熱消氫處理。
1)厚度大于32mm的高強度鋼;
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)設計的規(guī)定和要求進行的。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力能力，防止裂紋的產(chǎn)生。同時，由于溶解氫的析出，防止延遲裂紋產(chǎn)生，預防滯后破壞，提高耐疲勞強度與蠕變強度。
球罐焊接后產(chǎn)生的殘余應力是由于焊接時局部加熱、焊縫金屬的金相組織的變化而引起的內應力;另外，焊縫應力分布也比較復雜，同時金屬球殼也產(chǎn)生內應力。三項應力的不良金相存在是引起球罐低應力脆性破壞的主要因素。為消除殘余應力和減輕焊縫附近金相組織的局部硬化、改善焊縫的力學性能，目前我國對壁厚大于34mm的各種材質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：內燃法和電熱法。
①內燃法。是把焊接完畢并經(jīng)檢驗合格的球體作為爐殼，在球體內布置若干個噴油嘴，用空氣壓縮機(鼓風機)、油泵、霧化器相配套的設備，以霧化的輕柴油作為燃料，以石油液化氣作為點火器燃料，使球罐內部燃料不斷燃燒，產(chǎn)生熱對流和熱輻射加熱整個球體。為防止熱量的損耗，罐外用保溫材料進行保溫。為了加強溫度測量和管理，在球體外部均勻布置測溫點，并設專人定崗操作和監(jiān)視測量系統(tǒng)，做好記錄。熱處理溫度應按設計要求。如設計無要求時，對于A3R鋼、16MnR鋼熱處理溫度宜為625±25℃;對于15MnVR鋼宜為570±25℃;對于15MnVNR鋼宜為565±15℃。
②電加熱法。在施工現(xiàn)場不允許用火焰加熱時，可采用電加熱法進行球罐的整體熱處理。電加熱的原理和方法是把專門設計的電氣元件放置在球罐內的下方，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封閉式電爐。加熱時，借助于罐內空氣的對流把電熱元件放出的熱量均勻地傳給罐壁，從而達到加熱的目的。
4.球罐的檢驗
焊接質量檢驗是保證球罐質量不可缺少的重要手段。
(1)焊縫檢查
1)外觀檢查。對焊縫表面質量檢驗、檢查的方法主要靠目測，也稱為焊縫的外觀檢驗。焊縫外觀檢查時，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、余高等都應滿足有關規(guī)定要求。
2)焊縫內在質量的檢驗。對焊縫內在質量的檢驗是采用無損探傷檢驗。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球罐的對接焊縫(包括人孔和公稱直徑不小于250mm接管的對接焊縫和法蘭，鍛制加強圈的外接焊縫)應100%進行射線探傷和超聲波探傷。
②選擇100%射線探傷檢查時，對球殼板厚度大于38mm的焊縫還應做超聲波探傷復檢，復檢長度不應小于所探焊縫總長的20%。
③選擇100%超聲波探傷方法時，應對超聲波探傷部位做射線探傷復檢，復檢長度不應小于所探焊縫總長的20%。
④水壓試驗后進行復查，復查數(shù)量不得小于焊縫全長的20%。復查部位包括全部T形接頭及每個焊工各個焊接位置的對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。是為了檢查球罐的強度、考核球罐組裝焊接質量，以保證球罐能夠承受設計壓力不漏。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行了嚴格的檢驗工作，但漏檢的缺陷有可能在水壓試驗中出現(xiàn)。因此，水壓試驗也是比較重要的檢驗手段。
1)進行水壓試驗前，球罐應具備的條件
2)水壓試驗步驟
3)水壓試驗要求：
①水壓試驗壓力應為設計壓力的1.25倍。設計有特殊規(guī)定時按設計文件要求進行，但不應小于球罐設計壓力的1.25倍。
②試驗用水應為清潔的工業(yè)用水。對碳素鋼和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℃;對新鋼種的試驗水溫應按設計規(guī)定進行。
③球罐水壓試驗過程中要進行基礎沉降觀測，觀測應分別在充水前、充水到1/3、充水到2/3球罐本體高度、充滿水24h和放水后各個階段進行觀測，并做好實測記錄。
(3)氣密性試驗。根據(jù)規(guī)定，球罐經(jīng)水壓試驗合格后要再進行一次磁粉探傷或滲透探傷;排除表面裂紋及其他缺陷后，再進行氣密性試驗。氣密性試驗是在球罐各附件安裝完畢，壓力表、安全閥、溫度計經(jīng)過校驗合格后進行。氣密性試驗所用氣體應是干燥、清潔空氣或其他惰性氣體，氣體溫度不得低于5℃。當球罐充滿氣后，開始升壓。
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