5000m3VCM球形储罐制作工程.doc

5000m3球形储罐制作工程
施工组织设计

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二ＯＯ二年八月
1. 总则
该工程主要工作内容是4台5000m3液氨球罐制作、安装。
1.1 球罐的特征参数
名 称
VCM球罐
公称容积
5000m3
设计压力
0.80Mpa
最高工作压力
0.60 Mpa
球壳板材料
16MnR
球壳板壁厚
28/30/34mm
物料名称
VCM
球罐结构形式
四带混合式
球罐内径
21200mm
设计温度
常温
工作温度
26℃
容器类别
三类
焊缝系数
1.0

腐蚀裕度
1.5
充装系数
0.9
场地土类别
II
地震设计烈度
7度（近震）
设计风压
343 pa
设计雪压
200pa
设备重量
423.901t
充水后重量
~5412.9t

1.2 采用标准
a. GB150-1998《钢制压力容器》
b. 质技监局锅发[1999]154号《压力容器安全技术监察规程》
c. GB12337-1998《钢制球形储罐》
d. GB50094-1998《球形储罐施工及验收规范》
e. JB4730-94《压力容器无损检测》
f. GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》；
g. JB4726-2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》
h. GB6654-1996《压力容器用钢板》
i. SHJ22-90《石油化工企业设备与管道涂料腐蚀设计与施工规范》
j. JB2536-80《压力容器油漆、包装及运输》
k. GB/T5118-1995《低合金焊条》
l. GB/T3965-1995《熔敷金属扩散氢测定方法》
m. JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》
2. 特殊工序技术控制要点
2.1 材料要求按ISO9001程序要求把好材料入厂和检验关。
2.1.1 分供方必须具备健全的质量保证体系及供货（加工）能力，检验手段和管理水平，且社会信誉良好，履约能力强。
2.1.2 所有材料具有完整的质量证明书，合格证及完整的实物标识。
2.2 板材预处理
对每张复验合格的材料进行钢板喷砂处理，彻底清除钢板氧化皮等附着物，以避免冲压成形时造成的压痕或凹坑，且可增加油漆附着力。
2.3 反变形焊接专用胎具焊接
球壳板预制的难点在于人孔、接管、上支柱焊接防变形问题，通常是制作专用胎具上油压机二次矫形，由于焊接应力上油压机矫形可能形成压裂纹，为此我公司专门研制了焊接反变形胎具，基本上解决了这一难题，具体示意如如下：

赤道带与立柱的焊接防变形胎具形式图
2.3.1 首先在胎具表面赤道带焊接立柱的位置入好电加热片并接好线。
2.3.2 将组对好立柱的合格赤道带板片凹面向下扣到预制好的胎具上，然后将上部框架吊至胎具（1）上，并用连接轴将（1）、（2）边接成一体。
2.3.3 将千斤顶放入上部框架与球片之间，调节千斤顶高度，使球壳板与下胎贴实。
2.3.4 球壳板装夹时，在赤道板内侧与上支柱对应的部位与下胎之间垫以扁钢FB605400mm，通过压紧千斤顶，使赤道板变形，这样利用反变形法，抵消焊接产生的变形。
2.3.5 严格控制上部支柱、头盖与赤道板的组对间隙，使其不大于2mm，以防止局部焊缝过大引起焊接变形。
2.3.6 采用两个焊工对面对称焊，分层退步焊等控制变形施焊时应采用合理的焊接顺序控制变形。

中极板人孔及接管的焊接防变形胎具形式图
2.4 矫形用胎具
中极板及支柱赤道板焊接完毕，用专用矫形胎具进行二次矫形，确保球壳板几何尺寸，满足公差要求。
3 材料的控制措施
3.1 材料
3.1.1 钢板（原钢板进行喷砂预处理）
3.1.1.1 球壳用钢板为国产16MnR正火钢板，其机械性能及化学成分应符合GB6654-1996《压力容器用钢板》的规定，并应在正火状态下交货，钢厂应提供质量证明书。
（1）16MnR钢板化学成分（熔炼成分）
%
C
Si
Mn
P
S
Ni
V
Cr
Mo
B
Pcm
≤0.20
0.20~0.55
1.2~1.6
≤0.035
≤0.30

（2）16MnR钢板应按批进行力学性能和弯曲试验，其要求：
交货状态
取样
方向
板厚（mm）
位伸试验
冲击试验
冷弯试验180
σS
Mpa
σb
Mpa
δ5（%）
℃
Akv（J）
正火
横向1/4板厚
16~36
≥325
490~620
≥21
20
≥31
d=3a
3.1.1.2 球壳用钢板应逐张进行100%的超声波检测，按JB4730-94中规定，合格级别为Ⅱ级。
3.1.13 球壳用钢板厚度应为正偏差。
3.1.2 锻件
3.1.2.1 球罐承压部件锻件应选用16Mn锻件，应符合JB4726-2000标准中规定。其化学成份、力学性能应符合下表：
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
Cu
Pcm
0.13~0.19
0.2~0.6
1.2~1.6
≤0.03
≤0.02
≤0.30
≤0.3
≤0.25
≤0.25
（1）16Mn锻件化学成份（容炼分析）要求： %
（2）16Mn锻件力学性能要求

交货状态
公称厚度
（mm）
回火温度
（℃）
位伸试验
冲击试验
硬度试验

HB
σbMpa
σsMpa
δ5（%）
℃
Akv（J）
正火
≤300
≥600
450~600
≥275
≥20
0
≥31
121~178
3.1.2.2 人孔锻件应逐件进行100%的超声波检测，合格标准按JB4726-2000标准要求。
3.1.2.3 人孔及接管凸缘锻件按III级合格，其余锻件按II级合格。II级锻件同炉批号抽1件，III级锻件逐张进行夏比（V型缺口）冲击试验。
3.1.2.4 锻件到厂后应根据锻件厂提供的质量证明书进行验收，并按要求进行力学性能复验。
3.1.2.5 采用钢锭锻造时,锻件的主截面锻造比不得小于3；采用坯料锻造时，锻件的主截面锻造比不得小于1.6。锻件应保证不存在白点。
3.1.3 螺栓、螺母
3.1.3.1 螺检材料为35CrMoA钢，螺母材料为30CrMo钢，使用状态为调质。同一炉号、同一断面尺寸、同一热处理工艺的螺检毛坯任抽两件，进行力学性能检验，要求：σb≥805，σs≥685σ5≥15%，常温Akv≥34J。螺母材料的回火温度应高于配合使用螺柱材料的回火温度。
3.1.3.2 螺柱粗加工后应逐件进行磁粉检测，表面不得有裂纹等缺陷。
3.1.4 焊材
3.1.4.1 球罐的对接焊缝，球罐的主体焊缝定位焊以及直接与球壳焊接焊缝，应采用与16MnR相匹配的J507焊条焊条溶敷金属的化学成份、力学性能应符合下列要求：
（1）焊条熔敷金属的化学成份的要求 %

焊条牌号
C
Mn
Si
P
S
Ni
Mo
Cr
V
J507
≤0.1
≥1.6
≤0.75
≤0.04
≤0.035
≤0.30
0.30
0.20
0.08
（2）焊条熔敷金属的力学性能的要求
焊条牌号
拉伸试验
冲击试验
σbMpa
σsMpa
δ5（%）
温度℃
Akv（J）
J507
≥490
≥400
≥22
-20
≥27
（3）焊条熔敷金属的测定按GB/T39675《熔敷金属中扩散氢测定方法》，焊条熔敷金属扩散氢含，量[H]≤6Ml/100g为合格.
3.1.4.2 焊材到厂后按焊条厂提供的质量证明书进行验收,并按批对焊缝金属的化学成份、熔敷金属的力学性能和焊条熔敷金属扩散氢含量[H]进行复验，其结果应满足技术条件要求。
3.2 材料的控制
为保证产品质量按国家有关标准、规程、规范，要对材料进行严格的控制，以防止不合格品因材料控制过失而产生。为此我们决定在材料方面从以下环节进行严格控制：
a.采购规范、订货计划与采购环节；
b.材料验收与入库环节；
c.材料管理与发放环节；
d.材料标识与移植；
e.材料代用与申请。
3.2.1 受压元件原材料的控制由材料责任工程师负责，技术、质量部门配合，并接受质保工程师监督和检查。
3.2.2 材料计划和材料采购计划，由材料责任工程师审核，并由公司技术负责人批准。
3.2.3 择优选择合格的分承包厂（商），按技术要求和国家标准、规范签定供货合同，以保证材料质量和供货迅速。
3.2.4 购入的材料由材料责任工程师审核，质检员与保管员共同检验、验收、复验合格后，按章入库。
3.2.5 对入库的合格材料妥善分类保管，采取一定的防护措施，防止意外缺陷产生，做到帐、物相符，严禁乱堆、乱放。
3.2.6 严肃材料的发放制度，要认真核对所发放的材料、名称、规格、数量、材质。保证发放材料质量，执行限额领料制度。
3.2.7 严守材料标识与移植制度，做到标识准确无误，并坚持可追溯性。
3.2.8 严守材料代用与申请规定，不得私自变更材料的材质及规格，以保证产品的质量。
4. 制造、检验、验收
4.1 下料
4.1.1 球罐在投产前应核对材料的质量证明书及牌号、炉批号的确认标记。
4.1.2 为便于球壳板制造过程中的检验和以后组装的方便，制造厂对每片球壳板分别建立工艺卡，工艺卡必须记录球壳板的钢号、炉批号及球壳板的编号及位置号等，但不得在受压元件上刻画或打材料标记和焊工钢印，以免产生缺口效应。
4.1.3 球壳板可采用火焰切割法下料，为保证下料精度应采用二次下料法，最后一次下料后应对坡口切割线周边100mm范围内进行100%超声波探伤检测，按JB4730-94标准Ⅱ级合格，钢板合格后无缺陷方可切割。
4.1.3 要精确下料，不准一次下料，是确保球片质量的关键工序，必须注意以下几点：
a.下料要经统一计量。
b.采用二次或三次号料法。
c.号料前进行核对钢板质量证明书及编号。
d.号料公差要严格控制，球片尺寸公差进行二次重新分配。
e.号料后作材料标记移植。
f.号料前对周边100mm范围内进行100%超声波检测，Ⅱ级合格。
4.2 压制
4.2.1 球壳板采用小模具多点冷压制成型工艺，曲率应均匀，成型时缓慢压至规定的曲率，严禁急剧成型加工，成型后的实际厚度不小于名义厚度减去负偏差。
4.2.2 球壳板成型应在环境温度0℃以上进行。
4.2.3 球壳板成型后用弦长>2m的样板进行检查。球壳板尺寸精度在保证球壳板曲率和弧长尺寸的基础上，以弧长为验收基准，对球壳板的长度方向的弧长允许偏差为2.5mm，宽度方向的弧长允许偏差为2mm，对角线长度允许偏差为3mm，对角线垂直度距离不小于5mm，赤道带的球壳板在宽度方向的尺寸累积控制在负偏差范围内。
4.2.4 坡口几何尺寸及允许偏差按标准要求，坡口半角度偏差为2.5，钝边厚度偏差为1mm，中心位移偏差为1mm，表面粗糙度Ra应小于或等于25μm。
42.5 坡口表面应进行100%磁粉或渗透检测，合格后并在试剂清除干净后立即在坡口50mm范围内涂上可焊性防锈漆。
4.2.6 球壳板周边100mm范围内应进行超声波探伤，按JB4730-94标准II级合格。
4.2.7 压型是保证球片质量的重要工序，要合理压制，不要做无顺序、无规律压型，要注意以下几个方面的问题：
a.压型方法：多点冷压成型；
b.压型原则：反曲压型；
c.压型顺序：从边开始压型；
d.压型分一次（予压型），一次校型，二次校型；
e.球片曲率局部超差时，应采用特殊的修型方法；
f.球片在压型中注意清洁、无杂物。
4.2.8 要精切坡口，精切坡口是保证球片质量的生命线。
a.切割方法采用双嘴半自动一次成型火焰切割坡口的方法；
b.切割的尺寸公差分配，只允许在允许的公差范围内的50%；
c.切割环境温度必须在5℃以上；
d.按50mm检查切割线，每片球片不少于5点；
e.切割时要注意浮动装置和气体质量；
f.线边要打磨，保证坡口光滑，勤清扫，勤除氧化皮。
4.2.9 严格检查是保证球壳板质量的关键，具体做法是：
a.测量每个球片不少于9点；
b.每位置检查曲率不少于5次，每个球片不少于20次；
c.尺寸、长度、宽度、对角线检查按标准与设计图样要求进行；
d.坡口检验按GB12337-1998，尽可能要负偏差；
e.每边坡口直线度为1mm；
f.坡口表面要打磨平滑。
4.3 零部件制造
4.3.1 零部件用材料应符合图样要求，受压元件材料须有质量证明书。
4.3.2 支柱分上、下两段，或整根制作，支柱材料采用16Mn，材料应有质量证明书。支柱的对接焊缝须按JB4730-94标准进行100%超声波检测，II级合格。支柱的直线度应小于10mm，支柱与底板的组焊应垂直，其垂直度允许偏差≤2mm。
4.4 零部件组焊
4.4.1 人孔、接管与极中板的组焊以及上支柱与赤道板的组焊应在制造厂进行。为防止球壳板可能产生的变形，组焊时须采用相应措施如预留变形量、调整焊接工艺、加胎具固定或矫形等。
44.2 与上支柱相焊的赤道板成型后距柱头焊缝周边100mm范围内进行100%超声波探伤，III合格。
4.4.3 工艺过程与措施
4.4.3.1 赤道带与上支柱的焊接
a.用校平的平台，标高在同一水平面上，校平、垫牢、固定；
b.检查上支柱的直线度，满足图纸要求；
c.检查赤道带曲率，不允许超差球片曲率E≤3mm；
d.计算高度
H=R[（1-cosα）+cos180/N]
A=H-4[（1-cosα1）+cosα1（1-cos180/n）]
式中：α、α1—赤道带分带角 R—赤道带内径
e.铆工组对测量上支柱直线度偏差≤3mm，且经过自检、专检、交互检后才能点焊。
f.点焊与正式焊接同工艺进行，从顶盖开始，左右对称，点焊间隔100mm，点焊100mm长。
g.点焊结束后，再做一次检查，测量上支柱中心线，上下偏差和左右偏差保证满足设计的要求。
h.焊接按焊接工艺规程进行，采用倒退式焊接方法，做好焊工施焊标记，进行磁粉或着色检测。
i.除锈、涂漆按图纸规定进行。
4.4.3.2 人孔、接管与上、下极中板组焊。
a.把极中板固定在已经校正标高在同一水平面上的平台上，垫牢、固定；（焊人孔凸缘与球壳板为例）
b.极中板号线（号人孔凸缘开口孔）。周边100mm内100%UT，按JB4730-94II级合格；
c.开坡口：坡口尺寸与人孔凸缘坡口尺寸相同，并进行坡口PT，按JB4730-94I级合格；
d.清理人孔凸缘与球壳板开的坡口，并以探伤合格为施焊先决条件；
e.组对、点固，组对间隙为22mm，点焊牢固；
f.手工钨极氩弧焊打底与手工电弧焊相结合；
g.焊后消氢处理；
h.RT、UT、PT；
i.焊后热处理；
j.校型、除锈、涂漆。
4.5 焊接
4.5.1 接头采用电弧焊，焊接材料及要求按JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》的规定，其中人孔、筒节、所有接管与法兰的焊接、立柱的对接采用氩弧打底单面焊，根据技术条件及设计图样，16MnR正火与16Mn锻正火间采用J507焊条，16MnR与碳钢之间采用J427焊条，碳钢与碳钢之间采用J422焊条。
4.5.2 接头的型式及尺寸除外，其余按GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口基本形式与尺寸》进行选用，未注明角焊缝的焊脚高度按较薄板的厚度，且需连续焊，法兰的焊接按相应的法兰标准进行，且应采用氩弧焊打底。
4.5.3 产品焊前按JB4708标准要求进行焊接工艺评定。焊接接头夏比（V型缺口）冲击试样的缺口分别开在焊缝金属和热影响区，合格指标为三个试样最低冲击吸收功20℃均应大于或等于31J。
4.5.4 焊条在使用前，必须烘干，焊条烘干工艺为：350℃恒温1小时；升温速度不大于200℃/小时。烘好后放入100~150℃的恒温箱内保温，烘干后的焊条药皮应无脱落和明显裂纹。
烘干后的焊条在保温桶内不宜超过4小时，超过4小时需要重新烘干，但烘干次数不得超过两次。
焊接工艺员下达焊条烘干发放指令和烘干工艺规程，焊条烘干员要做好烘干记录，检查员随时抽检。
4.5.5 人孔、接管与中极板连接焊以及人孔、接管与法兰对接焊时焊前预热温度不低于75℃，上支柱与赤道板焊接时焊前预热温度不应低于75℃。焊接层间温度要进行监测，以不大于75℃为宜，且不低于预热温度。
4.5.6 应严格控制线能量。施焊时应采用窄焊道、薄层多道焊，每一焊道宽度不大于焊芯直径的四倍。
4.5.7 焊后消氢处理
球壳板上人孔凸缘与球壳间焊缝，焊后应立即进行消氢处理，后热规范为200~250℃，保温1小时，其加热范围、温度测量应符合规范要求。
4.5.8 焊缝清根
双面对接焊缝，单侧焊后，背面清根时应打磨出金属光泽，清根后应经渗透探伤检查确认无缺陷时方可进行施焊。
4.5.9 焊缝表面整理
球罐零部件组焊后的全部焊缝表面须采用砂轮打磨，对接焊缝余高打磨至0~3mm，角焊缝应打磨至母材圆滑过渡。
4.5.10 产品试板
每台球罐制备12块产品试板，其规格为650300板厚，材质及坡口形式与主体焊缝相同。
4.6 无损检测
4.6.1 焊缝无损检测标准为JB4730-94《压力容器无损检测》
a.球壳板、人孔、接管（DN≥250mm）及支柱的对接焊缝进行100%射线探伤II级合格。
b.球壳上所有对接焊缝的内外表面、工卡具焊迹、缺陷修磨处及补焊处表面、上下耳板与支柱之间、上下拉杆与翼板之间、支柱与赤道板之间的角焊缝及接管与壳体之间的角焊缝进行100%的磁粉检测，合格级别为I级。
c.球壳板坡口应进行磁粉或渗透探伤。
d.锻件加工后表面应进行磁粉或渗透探伤。
5. 表面准备及涂漆
5.1 球壳外面应喷砂除锈等级为Sa2-1/2，除锈后按图纸要求进行涂漆。
5.2 面漆应在安装现场进行，安装检验合格后表面清理干净，按图纸规定涂面漆。
5.3 支柱、拉杆、预焊件非加工的碳钢件外表面，均应在制造厂喷砂处理，并按要求涂底漆两遍。
5.4 球壳板坡口表面及其内外边缘50mm范围内涂可焊性防锈涂料。
6. 包装发运
6.1 所有的接管开孔均应用木板和至少4个螺检封堵，以保护设备在搬运存放时不受损伤。
6.2 所有暴露的机加工表面和螺纹表面应涂黄甘油，并用塑料或布包裹。
6.3 零散件应装箱，并标明件号、位号。
6.4 球壳板应采用专用的钢制包装架，包装架必须安全、可靠。球壳板的凸面朝上，各球壳板间用柔软材料垫实。每个包装架的总重量不宜超过30t。
6.5 运输采用火车或汽运结合或汽运的方法。
7. 工机具计划
序号
名称
规格
数量
备注
一
设备

1
林肯CO2焊机

1

2
硅整流电焊机
ZXG-400
2

3
X射线探伤仪
EG-300
1

4
超声波探伤仪
26型
1

5
磁粉探伤仪
A-1型
1

6
火焰数控切割机

2

7
电加热炉

2

8
曲面刨边机具

2

9
天车
30t
1

10
油压机
22000KN
1

二
工装

1
板片切割装置

2

2
凸面板片切割胎具/凸面胎具

16/8

3
支柱焊接胎具

3

4
人孔焊接胎具（兼翻转用）

1

5
板片翻板吊架

2

6
球片切割胎具

3

7
矫形胎具

2

三
机具

1
平动倒链
5t
2

2
平动倒链
3t
2

3
千斤顶
30t
2

4
加减丝

4

5
锚爪子

10

6
吊装夹具
立板3t
1

7
行灯、变压器
220V 24V
2

8
角向磨光机
φ100~150
6

9
焊条保温筒

6

10
卡具

4

11
卡具（带锁）

4

12
组装卡具

200

四
检测样板

1
净料样板

4

2
检验样板

2

8. 劳动力需用计划
序号
工种
最高
需用
人数
主要工作内容
1
铆工
6
号料、组对、予组装、包装
2
电焊工
6
焊接
3
气焊工
4
割料、割坡口
4
冲压工
10
压制、校型
5
机械工
3
桥式起重机、油压机、空压机操作
6
无损检测人员
4
无损检测（RT、UT、PT、MT）
7
油工
8
喷砂、除锈、刷漆

9. 球罐制造工艺流程图
10. 球壳板制造几何尺寸公差要求
序号
分 项 内 容
标准要求公差
备 注
1
曲率
曲率
赤道带、极带
球壳板周边150mm内与样板间隙不大于2mm；其它部位允许间隙不大于3mm
样板弦长≥2000mm
2
球壳板
厚度
冲压后最小值
27.75/29.75/33.75mm

几
何
尺
寸
a.长度方向弦长.
2.5mm

b.任间宽度方向弦长
2mm

c.对角线弦长
3mm

d.两对角线间的距离
≥5mm

单片对角线平面度
≤4mm

坡口
角度偏差
2.5“
光洁度25um，
平面度小于1mm
钝角偏差
1mm

钝边中心位移偏差
1mm

3
支柱
立柱直径及长度偏差
2mm

支柱直线度
≤12mm

柱体中心线对底板垂直偏差
≤2mm

4
球罐总尺寸
焊缝对口间隙
22mm

对口错边量
≤3mm

对口角变形
≤7mm

内径及椭圆度
≤80mm

5
附件
人孔、接管开口位置偏差
≤5mm

人孔、接管外伸长度偏差
5mm

接管法兰平面与接管中心线允差
≤3mm

18