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10000m3天然氣球罐制造

文檔作者：李仁德王忠成王珂林麗華文檔來源：大連金鼎石油化工機(jī)器有限公司大連中集重化裝備有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年02月16日
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2014 年9 月
10000m3 天然氣球罐制造
李仁德王忠成(大連金鼎石油化工機(jī)器有限公司)
王珂林麗華(大連中集重化裝備有限公司)
摘要：介紹了10000m3 天然氣球罐的主要結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù),
闡述了該設(shè)備的制造方法及制造過程具體要求。
關(guān)鍵詞：制造工藝；極板預(yù)組裝
一、前言
球罐大型化因占地面積小，綜合造價(jià)低，成為球罐技術(shù)發(fā)展
的方向。自20世紀(jì)90年代以后，我國(guó)先后建造10余臺(tái)10000m3
天然氣球罐，當(dāng)時(shí)這類特大型球罐的設(shè)計(jì)、壓制等都是國(guó)外進(jìn)口
瓣片，國(guó)內(nèi)組裝。其成本高，周期長(zhǎng)，為此，由合肥通用機(jī)械研究
院設(shè)計(jì)，我公司制造的10000m3天然氣球罐，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，提
升國(guó)內(nèi)大型球罐的制造水平?，F(xiàn)將有關(guān)制造情況介紹如下
二、球罐的基本情況
1.主要技術(shù)參數(shù)
10000m3球罐設(shè)計(jì)壓力為1. 05MPa，設(shè)計(jì)溫度為- 15~800C，
介質(zhì)為天然氣（硫化氫≤20mg/ m3; 總硫含量≤200mg/ m3）腐蝕
裕量為2mm，焊縫接頭系數(shù)為1. 0，氣壓試驗(yàn)壓力為1. 21MPa，主
要受壓元件材料為15MnNbR，球殼板厚度為38mm，球殼內(nèi)直徑
Sφ26800mm, 全容積為100078. 7m3，球罐重量為718. 858噸。
2.10000m3 天然氣球罐采用五帶十四柱結(jié)構(gòu)，每根支柱長(zhǎng)
15400mm，直徑610×10mm，材質(zhì)為15MnNbR(16MnR),分上下
段（上段長(zhǎng)度3600mm，下段長(zhǎng)度11800），其特點(diǎn)：
（1）上下支柱采用δ20鋼板封口，上支柱封板上焊接4塊定位
板，保證現(xiàn)場(chǎng)上、下支柱組對(duì)不錯(cuò)位。
（2）10000m3天然氣球罐設(shè)置兩個(gè)人孔，上、下部人孔為回轉(zhuǎn)
蓋式，直徑為600mm，凸緣及法蘭材料為20MnMoDⅣ，其環(huán)焊縫
100%RT 檢測(cè)，表面100%MT.
（3)10000m3天然氣球罐球殼板
10000m3天然氣球罐共98片，赤道帶為28片，最大球片尺寸
為3006. 95mm × 10056. 59mm；溫帶56 片，其尺寸為
2797. 72mm× 8419. 47mm；極中板2 片，尺寸為3040. 36mm×
8946. 02mm；極側(cè)板4片，尺寸為3040. 36mm× 9066. 84mm；極
邊板8片，尺寸為3040. 36mm× 11309. 44mm。
3.10000m3 天然氣球罐制造五大特點(diǎn)
（1）直徑大、體積大、重量大、球片尺寸大，球殼厚度相對(duì)比較
薄；
（2）材料：15MnNbR, δ38mm，材料采購質(zhì)量要求高，塑性
好，易變形，回彈性好；
（3）球殼精度要求，所有幾何尺寸都要高于GB12337，比一般
球片要求高，10000m3球片是國(guó)內(nèi)第一次，屬于首創(chuàng)。
（4）工序多而雜，零部件最多達(dá)到20道工序；
（5）支柱制造要求高，各項(xiàng)尺寸公差都超過GB12337之要求。
三、球罐制造的九大關(guān)鍵
1.下料
10000m3球罐共98片，要做到精確下料：
（1）復(fù)驗(yàn)合格的球殼板方可下料；
（2) 采用二次下料法進(jìn)行下料；
（3）下料前要進(jìn)行標(biāo)記移植；
（4）一次下料尺寸各邊加二次切割余量；
（5）二次下料前球殼板周邊100mm范圍內(nèi)，進(jìn)行100%UT 檢
查，按JB/ T4730. 3Ⅱ級(jí)合格。
2.壓型
15MnNbR、δ38mm；根據(jù)板寬3040mm、板長(zhǎng)11300mm的特
點(diǎn)，選擇壓型系數(shù)K：
經(jīng)計(jì)算并結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
K=SR胎/ SR球=0. 7~0. 9可行。
（1）小胎具，多點(diǎn)冷壓成形；
（2）壓型前球殼板邊緣不得有尖角、熔渣等導(dǎo)致局部應(yīng)力集
中地缺陷；
（3）壓型順序，從鋼板中間部位開始，先橫向壓制然后縱向壓
制，為了成形圓滑，壓制時(shí)兩個(gè)相鄰壓點(diǎn)必須重復(fù)，即下個(gè)壓點(diǎn)必
須覆蓋上個(gè)壓點(diǎn)的1/ 3到1/ 2。
（4）確保球片的壓型質(zhì)量，注意下胎清掃干凈，上胎不允許有
粘連物，有影響球片成形表面質(zhì)量的雜物存在；
（5）球殼板局部曲率超差時(shí)，可用加墊板的方法找正修型，但
應(yīng)采用懸壓法，不得使胎膜、球殼板、墊板同時(shí)受壓，防止壓傷球
殼板表面。
（6）壓型分為預(yù)壓型、一次壓校形、二次校形等三種過程。切
割坡口后校形稱一次校形，, 焊支柱的赤道板、焊人孔、接管的上、
下極中板校形稱為第二次校形。校形后按GB12337之要求用樣
板檢驗(yàn)。
3.切割
球殼板的坡口切割和下料這兩個(gè)工序，在立體切割胎上一次
完成。為保證切割精度，切割胎的設(shè)計(jì)制作和切割工藝的制定尤
為重要。
根據(jù)10000m3天然氣球罐5帶14柱和各帶球心角，必須用5
種規(guī)格的切割胎才能來完成：①切割赤道帶、溫帶及極板縱縫切
割胎；②切割赤道帶環(huán)縫切割胎；③切割溫帶大環(huán)縫切割胎；④切
割溫帶小環(huán)縫切割胎；⑤切割極帶大環(huán)縫切割胎。切割胎的加工
精度至關(guān)球片的切割坡口質(zhì)量和幾何尺寸，切割胎必須進(jìn)行反復(fù)
驗(yàn)證，結(jié)果滿足圖紙技術(shù)要求才能進(jìn)行實(shí)物切割。
切割過程中，采用雙嘴半自動(dòng)一次成型的火焰切割小車，小
車在切割胎上運(yùn)行，使球殼板的坡口和尺寸一次成型。切割時(shí)，
應(yīng)保證氧氣、液化石油氣、空氣的壓力穩(wěn)定，切割工應(yīng)跟蹤小車運(yùn)
技術(shù)管理
76
2014 年9 月
行，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整，保證坡口切割的質(zhì)量和幾何尺寸。
4.檢測(cè)
①球殼板壓制曲率經(jīng)檢驗(yàn)合格后切割坡口。組焊零部件、焊
后熱處理等，難免產(chǎn)生變形和超差，因此切割坡口后對(duì)球殼板曲
率必須修形。極中板和焊有支柱的赤道板的曲率要加深5~
7mm。
②球殼板經(jīng)修型后曲率、（除極中板和焊有支柱的赤道板
外），尺寸允許偏差，均滿足或高于GB12337之要求。
③球殼板的實(shí)際厚度
球殼板成形后，應(yīng)按技術(shù)條件要求逐張進(jìn)行測(cè)厚，球殼板按
GB/ T709 C類偏差采購，厚度不允許不于38mm。
5.上支柱與赤道板組焊
(1)將赤道板放在經(jīng)水平儀測(cè)量過的平臺(tái)上，號(hào)中心線。
(2)檢查上支柱的直線度，滿足設(shè)計(jì)圖紙要求。
(3)根據(jù)制造經(jīng)驗(yàn)，赤道板焊接上支柱處在壓型時(shí)應(yīng)預(yù)先壓深
（深度按實(shí)際情況定）預(yù)留變形量。目的是待上支柱與赤道板的
焊接后的變形能恢復(fù)滿足曲率要求。
(4)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，組對(duì)上支柱與赤道板。
(5)組對(duì)后由操作者自檢，檢查員專檢，滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，才
能施焊。
(6)焊接：按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接，焊前預(yù)熱，焊后須立即
進(jìn)行后熱消氫處理。焊接結(jié)束，焊工打上鋼印并填寫施焊記錄。
(7)上支柱與赤道板相焊的焊縫打磨后焊縫表面應(yīng)進(jìn)行100%
磁粉檢測(cè)，符合JB/ T 4730標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅰ級(jí)為合格。
(8)上支柱與赤道板組焊后如有變形應(yīng)采用專用的修形胎在
油壓機(jī)上修形，修形后各指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)
技術(shù)條件和GB 12337標(biāo)準(zhǔn)的要求. . .
6.人孔、接管與極中板組焊
(1)按圖紙要求對(duì)極中板上各孔劃線，劃好線后，須經(jīng)工藝人
員和檢查員聯(lián)合檢查，確認(rèn)后，才能開孔。
(2)開孔周邊100mm范圍內(nèi)進(jìn)行100%超聲波檢測(cè)，符合JB/
T 4730規(guī)定的I 級(jí)為合格。
(3)坡口尺寸按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行氣割、打磨，坡口表面按
JB/ T 4730進(jìn)行100%磁粉檢驗(yàn)，Ⅰ級(jí)為合格。
(4)按設(shè)計(jì)圖紙的要求組對(duì)極中板上的人孔和所有接管。
(5) 鉚工組對(duì)完，由檢驗(yàn)員進(jìn)行檢驗(yàn)確認(rèn)。檢驗(yàn)內(nèi)容按
GB12337 7. 2. 5條之要求。
(6)焊接：按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接，焊前預(yù)熱，焊后應(yīng)立即
后熱消氫處理。焊接結(jié)束，在規(guī)定的部位，打上焊工鋼印并填寫
施焊記錄。焊縫表面須用砂輪打磨，內(nèi)外表面焊縫余高，均滿足
GB12337要求。焊縫表面不應(yīng)有急劇的形狀變化，角焊縫應(yīng)與母
材圓滑過渡。
(7)所有(包括凸緣與球殼板、凸緣與接管、接管與法蘭、厚壁
管與法蘭) 對(duì)接焊縫應(yīng)進(jìn)行100%射線檢測(cè)；凸緣與球殼板、公稱
直徑≥250mm的接管與法蘭的對(duì)接焊縫，還應(yīng)進(jìn)行100%超聲波
檢測(cè)；其他接管與球殼的角焊縫應(yīng)進(jìn)行100%磁粉或滲透檢測(cè)。
合格級(jí)別按GB12337之規(guī)定。
(8)因球罐現(xiàn)場(chǎng)不整體熱處理，極中板與所有接管在制造廠焊
接完畢，必須進(jìn)行熱處理。
(9)極中板與人孔、接管組焊后應(yīng)采用專用的修形胎具在油壓
機(jī)上修形，修形后的各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)
技術(shù)條件和GB 12337標(biāo)準(zhǔn)的要求。
(10)為了防止修型后產(chǎn)生的微裂紋等缺陷，還應(yīng)對(duì)修型后極
中板與接管焊縫進(jìn)行100%磁粉或滲透檢驗(yàn)，符合JB/ T 4730標(biāo)
準(zhǔn)規(guī)定的Ⅰ級(jí)為合格。
7.極中板、極側(cè)板、極邊板的預(yù)組裝
球殼板出廠前，在制造廠對(duì)極中板、極側(cè)板、極邊板進(jìn)行預(yù)組
裝，目的是保證下口(指4塊極邊板組對(duì)在一起所形成的圓，也就
是與上、下溫帶連接的圓）圓度允差、對(duì)接坡口間隙、對(duì)口錯(cuò)邊量
等是否滿足圖紙及技術(shù)條件要求。如不滿足，應(yīng)在制造廠進(jìn)行研
配。以上檢測(cè)要素的控制，是為了保證現(xiàn)場(chǎng)施工的順利進(jìn)行。
8.合理控制球殼板幾何尺寸公差
10000m3球罐的球殼板為五帶14柱混合式，共計(jì)98塊極板。
為了保證各帶極板在現(xiàn)場(chǎng)順利組裝，根據(jù)我公司多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，
主要對(duì)溫帶板的小端弧長(zhǎng)偏差按負(fù)差制作，極邊板大弧偏差按正
差制作，這樣可以保證組裝后的整體尺寸盡可能接近理論計(jì)算
值，并且確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝過程中各帶的順利組對(duì)。
9.球殼板及主要零部件的包裝
①球殼板采用鋼結(jié)構(gòu)托架包裝，汽車發(fā)運(yùn)。裝車時(shí)球殼板之
間墊上柔性材料，球殼板凸面朝上，并用鋼帶緊箍在托架上，法蘭
面采用盲板保護(hù)，每車包裝總質(zhì)量大約30t 左右，保證不超寬、超
長(zhǎng)、超高、超重。
②上下拉桿與松緊節(jié)連成一體，集束捆扎裸裝，拉桿的螺紋
部分涂防銹油脂，纏有塑料布保護(hù)。
③下支柱成品部件外表面涂防銹漆，單根發(fā)貨。
④螺栓、螺母、產(chǎn)品試板、墊片、銘牌、接地板、銷軸等小型零
部件裝箱發(fā)貨并填寫裝箱單。
結(jié)語
公司承制15MnNbR 材料的10000m3天然氣球罐經(jīng)過制造、
安裝，已投入使用，安全運(yùn)行至今。在此基礎(chǔ)上，我公司又先后為
國(guó)內(nèi)多個(gè)廠家制造、安裝了17臺(tái)10000m3球罐，這標(biāo)志著我國(guó)在
大型球罐、設(shè)計(jì)、制造、安裝技術(shù)等方面已具備了全部國(guó)產(chǎn)化的能
力。為今后國(guó)內(nèi)大型球罐設(shè)計(jì)、制造、安裝積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]GB12337-1998鋼制球形儲(chǔ)罐.
[2]竇萬波、張中清、陳立、董寧10000m3天然氣球罐的設(shè)計(jì)和
制造技術(shù)壓力容器2007年第24卷第4期.
[3]蔣林、林麗華、李文華、張立國(guó)、蔣全福制造化工設(shè)備與防
腐蝕2003年第1期.
[4]合肥通用機(jī)械研究院編制的10000m3天然氣球罐設(shè)計(jì)、制
造、檢驗(yàn)技術(shù)條件.
技術(shù)管理
77

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