球形罐施工方法

2020-05-22 10:01:35

4.1.10 球罐施工初步方案

第一节 概述 本施工方案适用于球罐的现场组装,焊接、无损探伤、热处理、水压试验、

气密试验、梯子平台的制造和安装等。 在遵守设计图纸要求的基础上,按照我公司历来坚持的执行标准“就高不

就低”的原则,借鉴已往丰富的球罐施工经验,编制了比较完善的切合实际的施 工组织设计,目的在于更好地组织施工,保证施工质量。

1.1 球罐技术参数

1.1 序

项目 号 1容 积 2直 径 3 容器类别 4材 质 5壁 厚 6介 质 7 设计温度 8 设计压力 10 强度试验压力 11 气密试验压力 12 焊缝系数 13 焊缝射线探伤 14 磁粉探伤 15 对接焊缝长度 16 支柱数量 17 焊后整体热处理 18 球罐重量

技术参数 1000/2000m3 12.3m/15.6m Ⅲ 16MnR 40/24m m 液化石油气/石脑油

1 100%+20%UT 复验 100%+20%复验

625±25℃

备 6 台/2 台

表 注

1.2 结构特点 详见施工图纸。 1.3 球罐材料验收标准 1.3.1 球壳板:16MnR GB6654-96《压力容器用钢板》标准规定。 1.3.2 支柱:20#无缝钢管 GB8163-89 标准规定 1.3.3 其它部件:按设计图纸及有关技术要求供材并验收。

1.4 编制依据

1.4.1《钢制球形贮罐》GB12337-98 1.4.2《压力容器安全技术监察规程》(99 版) 1.4.3《钢制压力容器》GB150-1998 1.4.5《球形贮罐施工及验收规范》GB50094-98 1.4.6《压力容器焊接规程》JB/T4709-92 1.4.7 《压力容器无损检测》JB4730-94 1.4.8 《公司压力容器质量保证手册》QG/13J002-02-98 1.4.9 公司《球形容器现场组焊通用工艺规程》QJ/13J09-01-97

第二节 球罐现场组焊工艺流程 球罐分片组焊施工工艺流程图见下页(共五页)。

第三节 组装工艺及质量要求 3.1 半成品检验 3.1.1 根据标准要求,对球壳板应进行超声波探伤抽检及厚度检查。

球壳板超声波抽检:球壳板周边 100mm 范围内进行全面积超声检测抽查, 数量不得少于球壳板总数的 20%,且每带不少于两块,上、下极板不少于一块。 按 JB4730-94 评定,Ⅲ级合格。

超声波测厚:数量为球壳板总数的 20%,且每带不少于两块,上、下极板 不少于一块;每块不少于 5 点。实测厚度不得小于名义厚度减去钢板负偏差。 3.1.2 球壳板几何尺寸及曲率检查应符合下表规定。

序号

检查项目

允许偏差

备注

1

长度方向弦长

±2.5mm

用尺

2

宽度方向弦长

±2mm

3

对角线弦长之差

±3mm

4

两条对角线间的距离

5mm

5

球面曲率

≤3mm

6

坡 角度

口 钝边

±2°30’ ±1.5mm

用尺 用尺 用尺 两米样板

焊口检测器

3.1.3 支柱全长长度允许偏差为 3mm,支柱与底板焊后垂直度允许偏差为 2mm, 支柱全长的直线度偏差应小于或等于全长的 1/1000,且不应大于 10mm。 3.1.4 分 段 支 柱 与 赤 道 带 组 焊 后 , 采 用 弦 长 不 小 于 1m 的 样板检查赤道板的曲率,其间隙不得大于 3mm,上段支柱直线度允许偏差为上段 支柱长度的 1/1000,轴线位置偏移不应大于 2mm。 3.2 土建基础验收

球罐组装前应组织有关人员对基础各部位按规范进行检查和验收,并办好中 间文件交接验收。其偏差应符合表 3.2 规定。

序号

1 基础中心圆直径 D1

2 基础方位 3 相邻支柱基础中心距 s 4 地脚螺栓中心圆与基础中心距离 S1

各基础上表面标高 5 基础标高 相邻基础表面标高

6 单个支柱基础上表面的平面度

允许偏差

±D 内/2000mm 1° ±2mm ±2mm -D1/1000mm ≤4mm 5mm

3.3 支柱及赤道带安装 3.3.1 每根支柱和对应赤道带板在地面平台组对,然后一体吊装。需用 16t 汽车 起重机吊装。立起后支柱垂直度允许偏差为 12mm。 3.3.2 吊装第一块带支柱的赤道板。下部用地脚螺栓固定,上部用拖拉绳锚固, 并使之略往外倾斜。 3.3.3 吊装相邻的带支柱赤道板,用拉杆与第一块赤道板连接固定。依次吊装其 余的带柱腿的赤道板。 3.3.4 在带柱腿赤道板吊装完毕后,吊装其余赤道带板(中间插板)。安装时用组 装卡具与带柱腿赤道板固定。吊装期间可使用移动式脚手架。 3.3.5 赤道带吊装宜连续作业直至围过半径,中途停止吊装(如过夜)时两敞开 端必须用锚绳向内向外拉固,以防大风。 3.3.6 赤道带是整个球罐安装的基准带,至关重要,它对于其它各带及整个球罐 的组装质量影响很大。因此,必须精心调整,以保证椭园度,上下弦口水平度, 对口间隙,错边量、角变形等技术参数达到规范要求再进行点焊。 3.3.7 椭园度利用柱间拉杆调整,对口间隙,错边量、角变形用组装卡具调整。 3.4 其它各带安装 3.4.1 其它各带安装顺序是:下极带、上极带。

需用 40 吨汽车起重机吊装。 3.4.2 赤道带组装完后,以赤道带下口水平线为准,测量其弦高来控制几何尺寸, 并用 2m 样板测量环口曲率。此间悬挂与调整用导链来完成。 3.4.3 下极带吊装完后,用卡具先调整与赤道带连接的环缝,再调整纵缝。调整 时要避免弦口“露头”现象,调整合格,点焊固定。 3.4.4 下极带点焊后安装罐内脚手架,以便上极带的吊装。 3.4.5 上极带组装时,下口与赤道带上弦口用组装卡具固定,上口用一至二道钢 丝绳拉着,以防往里扣。 3.4.6 上极带调整点焊固定后,组装下极顶板、上极顶板。 3.5 整体组装质量检查 3.5.1 球罐整体组装点焊工作结束,应对球罐总体几何尺寸进行检查,确认组装 质量合格,再经监检部门确认后方可进行焊接。 3.5.2 球罐整体组装标准见表

序号 检查项目 1 直径偏差

2 赤道带水平度 3 支柱垂直度(高度≤8m)

高度大于 8 米

4 角变形 5 对口间隙 6 错边量

允许偏 差 ≦D 内 3/‰mm 且不大于 50mm

2mm ≤12mm 小于高度的 0.15%, 且≤15mm 焊前 7mm

3±1mm ≤3mm

备注 垂直方向测两点以上 水平方向测六点以上 测八点以上

手工焊 2±2mm

第四节 焊接工艺及质量要求 球罐主体焊接采用自动焊,也可采用手工焊,固定焊及附件的焊接采用手

工焊。 第一部分 自动焊焊接部分 4.1 球罐自动焊设备简介

球罐自动焊设备,主要由焊接电源、爬行机构、柔性轨道、送丝机、焊枪组 成。 4.1.1 DC-400 和 DC600,是美国林肯公司制造的多工艺,可控硅直流电源,能够 得到理想电弧特性,恒压、恒流下产生优质电弧,即使当输入电压有 10%范围内 浮动,在线补偿仍可维持输出电压的稳定。 4.1.2 LN-9GMA 送丝机,是林肯公司推出适合高速模式细丝熔化极气体保护焊工 艺, 送丝速度范围 2.03~24.9m/min,可事先输定工艺评定参数,并可一直精 确保证下去。 4.1.3 GULLCO 球罐自动焊机构由 KAT、combo 摆头可进行钟摆运动、切线运动、 摆幅可调,可预置和调节运行速度,三种位置的驻留时间,自动送丝开始和行走 的开始和停止。 4.2 焊接施工准备 4.2.1 焊接工艺评定

球罐材质为 16MnR, 板厚δ =40mm、δ =24mm,进行横、立焊二种位置形式 的焊接工艺评定。根据合格工艺评定报告,编制焊接工艺规程和焊接工艺卡。并 以此作为现场焊接规范,要求焊工严格遵守。 4.2.2 焊接材料 4.2.2.1 自动焊用焊丝为 TWE-711 焊丝。另外焊丝、CO2 气体、氩气等应具出厂 质量合格证,焊丝应复验。 4.2.2.2 焊丝储存在干燥并通风良好的仓库内,相对湿度≤60%,温度高于 5℃, 使用前,应检查焊丝包装是否完好,对于密封破损的焊丝应进行烘干处理 (250℃~300℃),严禁将破损包装的焊丝直接用于球罐焊接,另外对于被雨水 淋湿的焊丝严禁使用。

焊丝开封后应立即使用,用后将剩余焊丝置于密封塑料袋内,并加硅胶干燥 剂,开封后没有进行防潮保护的药芯焊丝,再次使用前应进行 250℃~300℃烘 干,在密封袋内冷却后装机使用。 4.2.2.3 焊接用 CO2 气体,其纯度 CO2> 99%,O2<0.1%,H2O<1-2g/m3 气体纯度直接 影响焊缝金属的塑性,在使用前应将气瓶倒置 24 小时后,放水,直至无水出现 干冰时为止,对于杂质超标的应予更换。 4.2.3 焊接环境

当施焊环境出现下列任一情况,且无有效防护措施时,禁止施焊: a. 雨天及雪天; b. 风速超过 2m/s; c. 环境温度在-5℃以下; d. 相对湿度在 90%以上。 注:焊接环境的温度和相对湿度应在距球罐表面 500~1000mm 处测得。 针对野外施工风速超标问题,球罐外侧特用三防棚布搭设可靠的防风棚,以 保证焊接质量和工期. 4.2.4 施焊人员 自动焊接操作人员必须具有《锅炉压力容器焊工证》,合格项目手工焊项目 D2-5、6、7、8、自动焊 RZ2-5、6、7、8,并在现场施焊前进行抽查,合格后方

可上机。 4.2.5 施焊措施 4.2.5.1 施焊前必须对坡口进行检查,要求间隙均匀,保证在 3±1mm,错边≤ 3mm,坡口及两侧各 20mm 内应无锈蚀,泥土等杂质及缺陷。 4.2.5.2 轨道的铺设应平整,与磁铁接触的球壳应打磨出金属光泽,并在轨道两 头或其它部位,点焊加固件(施焊工艺与正式焊接相同),检查轨道牢固后,方 可安上小车。 4.2.5.3 施焊前应检查电焊机各个电缆接线螺栓是否拧紧,焊机送气系统是否正 常,气流量是否达到工艺要求。送丝系统是否通畅,送气嘴是否正常,电嘴的磨 损是否超标,小车行走及摆动机构是否正常,在导电嘴外侧涂防堵膏,坡口两侧 涂防飞溅液。 4.2.5.4 焊机一切调试完毕应在试板上进行试焊,确认各参数均正常,方可正式 施焊。 4.2.5.5 施焊前对焊道采用电加热器预热,外侧施焊时在球罐内侧加热,在内侧 施焊时球罐外侧应加热,预热范围在坡口两侧各 100mm, 并用点温计在距焊缝 中心线 50mm 处测温,使其达预热温度 120℃后方可施焊。 焊后进行消氢处理, 后热 200℃~250℃,后热时间 1h,后热宽度为焊缝两边各大于 100mm。 4.2.5.6 焊前15分钟应向 CO2 减压加热器通电加热,并配备硅胶干燥装置, 在施焊中检查硅胶有无变色,发现变色后,应及时更换,烘干后干燥保存备用。 当 CO2 气用至1MPa 时,CO2 气体中水蒸汽的量将急剧增加,应及时更换。 4.2.5.7 开焊前,启动送气机的送气开关,放出管内积存气体,以保证正常送气, 防止起弧时瞬间大气流量对熔池影响。

将送丝机设置提前3s送气,滞后2s停气,使熔敷金属在熔化状态中处于 气体保护。为防止收弧时,高速送丝造成粘连焊道,设置3s的返烧时间。 4.2.5.8 防风防雨篷的搭设应使焊道基本处于无风状态,当局部风速过大时(〉 2m/s),应采用挡风板或挡风罩,挡风板夹于焊枪两侧,随球壳板曲率相同,底 部采用橡胶板,并由专人在焊道处,测定风速,负责记录施焊环境。 4.2.5.9 焊接中应密切观察熔池形成情况,发现异常立即停机,并找出原因, 无法确定原因时应向焊接技术人员报告,一同分析解决。 4.2.5.10 在每次熄弧时,应填满弧坑,并剪掉焊丝端部的圆球,接头处应打磨 成斜坡后,方可焊接,以免造成夹渣缺陷。焊道中的层间接头应错开 30mm~40mm。 4.2.5.11 焊接操作人员应认真填写施焊记录,焊接技术员按记录绘制焊工焊接 部位排版图。焊接操作人员并在纵缝右侧,环缝上侧距焊道 50mm 处,用记号笔 写上焊工号。 4.2.5.12 产品试板的焊接参数与相应位置的焊缝参数相同,分横、立、平、仰 施焊位置,同球罐一同热处理,并进行焊接接头的力学性能试验。 4.3 定位焊工艺

定位焊采用手工电弧焊,见本节第二部分“手工电弧焊焊接”。 4.4 主焊缝的焊接工艺及质量要求 4.4.1 严格按预热要求进行,施焊前及施焊过程中应排除一切影响焊接的不利因 素。 4.4.2 焊接程序

球罐结构型式为混合式,焊接程序原则上先纵缝,后环缝。 先焊赤道带纵缝外侧→上极带纵缝外侧→下极带纵缝外侧→赤道带上环缝

外侧→赤道带下环缝外侧→上极带环缝外侧→下极带环缝外侧,然后在背面进行 碳弧气刨清根,着色合格后进行自动焊焊接,顺序同上。

焊接工位布置应均匀分布,采用 8 台 GULLCO 爬行小车,同速同向向上焊接, 一条焊道焊一层,且焊到末端后,转入相隔的下一道焊接,以保证球壳焊缝在组 焊中的可靠性,当焊道(如赤道带纵缝)全部焊2层后,再进行填充、盖面。

施焊时所有工艺参数及敷焊层次序应与工艺评定基本相同。 4.4.3 赤道带纵缝焊接

赤道带纵缝的位置基本处于立焊,从赤道带下端往上,焊缝位置处于变化中, 为保证焊枪始终处于合适角度,焊枪前倾角保持 90°~95°,发现角度发生偏 差应及时调整焊枪角度。

施焊时为保持焊缝可靠性,将赤道带纵缝分两段进行施焊,先焊上半部,焊 一层后,再焊下半部,焊完一层后再相隔一焊道,全部纵缝焊2层后,再进行填 充盖面。

打底焊道采用立向上,焊枪垂直于焊道并略向上 3°~5°,并对准焊道中 心,当坡口间隙为2~4mm 时采用之字形运条方式,设定坡口两侧驻留时间 0.3s、0、0.3s,送丝 140~150 英寸/分钟,电流 190~200A、电压 24V,小车 行进速度 3.5~4.5 英寸/分( cm/min~cm/min) 摆频 12~15,气流量 20~ 26L/min,焊接中注意保证焊丝在坡口两侧熔化均匀,防止焊偏而造成夹渣未熔 合等缺陷,并通过微调摆频、摆宽、焊速来控制熔池成形均匀,形成微平微凹的 焊道,以便于清渣。成形不良大致三种情况:a.焊速过快造成窄凸焊道。B.焊速 过慢造成熔池下坠。C.焊偏造成夹渣。

填充:每层填充根据焊道宽窄设定驻留时间,依次 0.4s、0.2s、0.4s,0.5s、 0.4s、0.5s 等。

填充中摆宽的设定,以焊丝摆到坡口一侧,并将坡口熔化 1~2mm 为宜。填 充中注意观察熔池成形情况,如发现一侧成形不良应检查焊枪嘴是否斜顺一侧而 造成焊道高低不平,此时应及时调整焊枪嘴,并在此处二次填充中, 对于低的 侧增加 0.1~0.2s 的驻留时间,以保证焊道平整。

盖面:为保证焊缝的外观成形质量,在盖面焊的前一层焊缝应注意调节焊接 速度, 使盖面焊之前的坡口深度保持在 2mm 左右,以利于盖面。

纵缝的首末端的焊肉应达到环缝坡口中心。 4.4.4 横焊:

主要包括赤道带上下环缝、极板环缝。 施焊前,应将纵缝端部多余焊肉刨去,并进行修磨,以便于环缝焊接,每层 间的起焊位置应错开 80mm~100mm,且离开丁字缝 200mm 以上。打底焊时, 焊 枪垂直于焊道中心,采用之字形,摆宽在 1.5 刻度,焊枪微向后3°~5°,通 过微调焊枪高度来保证焊丝在坡口两侧熔化均匀,以免焊偏造成未熔合及夹渣。 填充采用压道焊,焊枪微摆,摆宽设定在1刻度,摆频 15~17。在填充中 尽量将焊丝中心对准底层焊道熔合处,可将底层焊肉可能存在的缺陷消除,并在 填充中根据焊道实际情况,微调各参数,保证每层尽量平整,为盖面打好基础。 盖面:盖面前、熔敷金属厚度应离表面约2mm左右,施焊中第一道及最后 一道最易出现咬边及流溢,第一道采用 130~140 英寸/分送丝速度,焊速13~ 15英寸/分。 保证熔池略高于母材,坡口表面熔化 1mm~2mm。 以后每道保 证熔池压到前一道最高处,焊道成形略高于或与前一道持平。 最后一道关系整个焊道成形,保留 3mm~4mm 左右最好,采用第一道方式,

首先保证坡口无咬边,坡口上侧熔化1~2mm为宜。 4.4.5 平焊+仰焊

平焊: 下极板纵缝由两台自动焊机由中心向两边焊。上极板纵缝顺序由两 侧向中心焊。

打底焊:焊枪垂于焊道中心,并与行进方向向后 3~5°,在间隙 2mm~ 4mm 坡口采用之字形运条方式,设定坡口两侧驻留时间由坡口大小而定,一般是 0.3s、0s、0.3s,0.2s、0s、0.2s 两种,控制熔池成形,防止焊速过慢造成烧 穿。

填充:采用大电流快速焊来控制线能量,保证焊丝的摆宽正好熔化 坡口 1mm~2mm 为宜。

盖面:在盖面之前坡口深度控制在 2mm~3mm 左右,盖面时控制成形保证焊 道纹路清晰,余高 0mm~3mm,两侧熔化 1mm~2mm。

仰焊:上下极板处于仰焊,并逐渐成为 45°立焊。 此球罐仰焊是焊道背面 60°小坡口,清根后的焊接采用正月牙形摆动形式, 先将清根后焊道填至坡口 2mm 处进行盖面(仰焊主要缺陷是焊枪偏心造成熔池流 向一侧)。盖面为保证焊缝成形良好应适当微增焊速及摆频,并在与前面坡口交 合处降低焊速,保证该处充分熔透。 4.5 返修工艺 返修采用手工电弧焊,见本节第二部分“手工电弧焊焊接” 4.6 质保措施 4.6.1 要求按焊接工艺执行,严格控制线能量,强调自动焊时的同向、同速的焊 接。 4.6.2 层间清理落实到位,做到自检与互检相结合。 4.6.3 药芯焊丝防潮措施,当每天结束焊接时,应用塑料袋加硅胶干燥剂将焊丝 密封,破损包装及二次使用焊丝应进行 250℃~300℃的烘干。 4.6.4 保护气体质量是影响焊缝质量的一个关键环节,当 CO2气体压力小于 1MPa, 瓶内水蒸气急剧上升,在焊道易出现氢气孔,因此当 CO2 气〈1MPa 时应及时更换。 4.6.5 焊接前应检查轨道磁铁是否吸牢,防止焊接中磁铁突然脱离,而造成焊接 缺陷。轨道铺设应与焊道平行,以便于焊接。 4.6.6 纵缝焊接时,严禁将起熄弧点设在纵缝端部,而应焊至环缝坡口中心,并 在环缝焊接时将坡口多余焊肉刨去打磨与坡口齐平。 4.6.7 在焊接前密切注意 GULLCO 摆动器的焊丝对中,发现二次对中不在同一点 应及时调整,防止焊偏。 4.6.8 焊接材料检验,焊丝应依据其各项性能指标应进行复验,保护气体应有合 格证。 4.6.9 球罐组焊中,技术与检查应密切配合,作好记录,每班交接应有详细记录, 对有问题部位,必须注明处理方法及造成缺陷的原因,以防再次发生。 4.6.10 焊接中,严格将现场质量保证体系落实到位,做到每次人员职责明确。 第二部分 手工电弧焊焊接工艺及质量要求 4.7 焊接施工准备 4.7.1 施焊人员 从事球罐焊接的焊工必须持有劳动部门颁发的锅炉压力容器焊工考试合格 证书。焊工施焊的钢材。种类、焊接方法和焊接位置等均应与焊工本人考试合格 的项目相符。

4.7.2 焊条管理 4.7.2.1 J507 焊条的烘干温度 380℃ ,烘干 1-2 小时,降至 100-150℃ 时放入恒 温箱保存待用。 4.7.2.2 施工现场设焊条管理室,派专人管理,按要求烘干发放和回收焊条,并 认真填写记录。 4.7.2.3 焊条管理室的温度应保证在 10℃以上,相对湿度不超过 60%。 4.7.2.4 焊工携保温焊条桶领取焊条,超过 4 小时未用完的焊条应重复烘干方可 使用。焊条重复烘干的次数不得超过两次。 4.7.3 焊接环境 4.7.3.1 球罐施工现场建立焊接管理制度,派专人观测气象条件,每天上午、下 午各记录一次或多次。 4.7.3.2 在下列情况下如无可靠防护措施,不得进行焊接。

a. 雨天、雪天 b. 风速≥8m/秒; c. 环境温度在-5℃以下; d. 相对湿度≥90% 4.7.4 预热和层间温度 4.7.4.1 预热用电加热器在焊道的背面一侧进行。 4.7.4.2 预热范围在坡口两侧各 100mm。 4.7.4.3 测温点应在距坡口边 50mm 左右。 4.7.4.4 16MnR 材质的预热温度为 120℃,层间温度不低于 120℃。 4.8 焊接程序 4.8.1 球罐的焊接程序:先纵缝,后环缝,先大坡口一侧,后小坡口一侧;先赤 道带,后上、下极板。 4.8.2 球罐焊接还应遵循“多焊工,均匀分布,同工艺,等速度的原则。 4.8.3 赤道道及纵缝等长焊缝可分为多段进行焊接

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