SPV50QLS钢制1000m3球罐组焊工法.docx
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SPV50QLS钢制1000m3球罐组焊工法
SPV50QLS钢制1000m3球罐
组焊工法
(获1991年度总公司级工法)
主编:
宋应龙等
1前言
球罐已经形成系列定型设计,在石油、化工、冶金、城市煤气等行业已得到广泛应用。
我公司自1968年以来,先后组焊过近80台球罐,在组装方法上大体经历了带装法→立中心柱散装法→无中心柱散装法三阶段。
无中心散装法具有较好的技术经济效果,应在球罐(1000m3以上)的组装中,推广使用。
本工法适用于不同规格的无中心柱散装法球罐的组焊。
2球罐组焊工艺原理
SPV50QLS是经调制处理的低温压力容器用钢。
球罐由赤道带、上下温带(各12块球瓣),上下极带(各3块球瓣共计42块球瓣及6根赤道正切式的支柱组成,焊缝总长287米,安装过程按照预定的施工程序,严格按工序质量标准,实行全过程的质量控制。
使人、机、料、法、环诸因素均处于控制状态和良好的保证条件,从而在合理的工期内,保证球罐的组装、成型、焊接试验质量和总体的安装质量。
球罐的设计条件的技术规格见表1。
3工艺程序
3.1球罐的组装
3.1.1基础验收
由于球罐的支柱上半部是焊在赤道带瓣片上的供货的,组装时就不能
表1球罐的设计条件的技术规格
项目
乙烯罐
丙烯罐
介质
液化乙烯
液化丙烯
几何容积(m3)
1003.15
1003.15
内径(mm)
12420
12420
设计压力(MPa)
2.2+液体静压力
1.86+液体静压力
设计温度
最高(气温)
45℃
45℃
最低(壳温)
-40℃
-20℃
壳体对接焊缝质量系数
1
1
对接焊缝X射线探伤
100%
100%
对接焊缝超声波探伤
20%
20%
球壳板厚度(mm)
39
34
焊条(壳体用)
LB-62N
LB-62
水压试验压力(MPa)
3.3
2.79
气密性试验压力(MPa)
2.2
1.86
随意调整支柱的高度及支柱瓣片的相对位置。
因此,对基础的标高、表面平面度、地脚螺栓的同心度等的要求较严格。
实际施工中,基础的几个主要指标是:
基础的标高允差为±2mm,单个基础上的表面不平度允差为±1mm;从直径方向测量,两个基础上的4个地脚螺栓的同心度偏差为±2mm。
3.1.2组装
采用无中心柱散装法进行组装。
3.1.2.1在基础上逐一组立6根支柱的下半部,然后将带有支柱上半部的赤道带瓣片装在下半部支柱上(见图1)。
上下半支柱的结合部有十字中心线标记,故只要将上下十字线对准,即可进行点固焊。
3.1.2.2将不带支柱的赤道带瓣片组装于两块带支柱的赤道瓣片之间,找正后用卡具固定。
3.1.2.3十二块赤道带瓣片全部组装完毕,经调整检查,确认水平度、对缝间隙、错边、棱角及直径均符合要求后,自上而下进行纵缝点固焊。
图1支柱组合示意图图2下温带组装示意图
3.1.2.4将下极带的三块球壳瓣片预先置于基础地面的中心。
然后以赤道带为基准,组装上下温带。
3.1.2.5考虑到吊装的方便,先组装下温带。
预先在赤道带瓣片上已焊好的组对环缝用的卡具方帽上,固定一手拉葫芦(图2),然后用吊车将下温带瓣片逐张吊装至合适位置,再用手拉葫芦的吊钩(此时已用卡具将下温带与赤道带瓣片临时固定),以通过手拉葫芦调整下温带瓣片的倾斜角度。
待整圈下温带瓣片就位后,通过卡具及手拉葫芦进行一次全面调整,确认组装质量符合技术要求后,进行下温带瓣片间的纵缝点固焊,然后进行下温带与赤道带间的环缝点固焊。
3.1.2.6上温带的组装方式见图3。
每块上温带瓣片在组装前预先在地面通过方帽的圆孔固定一根φ3/4"的钢丝绳作为涨线,然后逐张吊至赤道带上。
就位时先用卡具将其与赤道带固定牢、再以涨线调整起倾斜角度。
当第三块上温带瓣片与赤道带间用卡具固定。
涨线紧固妥当且已吊装的各块上温带瓣片也通过卡具连为一体后,第一块上温带瓣片的涨线即可拆除,依次类推,直至整个上温带瓣片组装完毕。
然后调整并检查上温带的各项几何尺寸,确认合格后,进行点固焊,步骤同下温带。
图3上温带组装示意图
3.1.2.7组装下温带,顺序是先吊装下极带的中心瓣片,因为其上有中心线标记,只要将其与下温带瓣片间相应的中心线对准,找好间隙,调整好错边及棱角量,即可用卡具固定,然后吊装边缘瓣片,全部组装好后进行点固焊。
3.1.2.8在赤道带、上下温带的纵缝及其间环缝均焊完并经探伤合格之后,组装球罐内部旋转锑子,然后将下极带的中心瓣片连同旋转梯子的顶部平台整体吊装就位,按上述组装下极带的步骤及要求组装好上极带的三块球壳瓣片。
3.2球罐的焊接
3.2.1焊接工艺评定
在球罐正式焊接前,用厚度为40mm的SPV50QLS钢板进行了抗裂性试验,并在此基础上进行了平、立、横、仰4种位置及三次返修的焊接工艺评定,证明日方提供的焊接工艺是正确的。
3.2.2焊工资格
由日方专家针对钢材、焊条、焊接工艺及运条方法等进行授课与操作示范,并主持为期一个半月的培训与考试,结果由23名焊工通过了严格的考试,获得由日本专家签发的焊工合格证。
3.2.3电焊机
日方提供的焊接工艺要求交流焊机。
实际施工中用的是南京电焊机厂生产的BX3-500-YF型远控防触电交流焊机。
3.2.4焊条
乙烯球罐用LB-62N、丙烯球罐用LB-62焊条。
两种牌号的焊条经复验、均符合要求。
3.2.5焊接环境
出现下列条件之一时,无有效防护措施不得施焊:
3.2.5.1风速≥5米/秒;
3.2.5.2环境温度≤-5℃;
3.2.5.3相对湿度≥90%;
3.2.5.4下雨或下雪。
3.2.6焊接工艺参数
焊接前预热要求见表2。
各种焊接位置的焊接规范见表3。
表2焊前预热温度
焊缝种类
预热温度(℃)
最小预热范围(mm)
测温位置(mm)
罐体主焊缝
100-150
焊缝两侧各120
距坡口边缘50
角焊缝
100-150
焊缝两侧各120
距坡口边缘50
点固定
120-150
离焊接中心150范围
距焊接中心50
补焊
120-150
焊缝四周150范围
焊缝四周各50
表3焊接规范
焊条直径(mm)
焊接位置
焊接电流(A)
焊接电压(V)
焊接速度(cm/min)
4
平焊
130-180
24
3.7-21.5
5
180-230
25
5.4-23.7
4
立焊
110-170
24
3.2-20.4
5
150-200
25
4.5-25.0
4
横焊
130-180
24
3.7-21.6
5
180-230
25
5.4-28.7
4
仰焊
110-170
24
3.2-20.4
5
150-200
25
4.5-25.0
焊接线能量控制在15000-48000焦耳/厘米范围。
层间温度不得低于预热温度,最大不超过200℃。
后热必须及时进行,规范为150~200×30分钟。
同一条焊缝一天焊不完时,允许第二天继续焊接,但必须至少焊完三层方可停焊,停焊时应立即进行后热。
第二天经预热后,再焊以后各层。
预热和后热均采用扬中电器厂生产的远红外吸铁式电加热器进行,用日本的液晶显示触点表面温度计测温。
平、立、仰三种位置的焊接,采用如图4所示的多层多焊道焊,深坡口侧的前3~4层一般用单焊道,以后各层用多焊道。
浅坡口侧一般只在表面层用多道焊。
横焊时,与习惯上沿用的多层多道法相同。
图4焊缝层道示意图
3.2.7清根与打磨
背面焊缝焊接前采用碳弧气刨清理焊根。
气刨时要注意保持刨槽的宽度和深度基本均匀一致,并确保焊根处的缺陷清理干净。
然后用角向磨光机将刨槽打磨圆滑并露出金属光泽,经渗透探伤确认无表面裂纹等缺陷后,将渗透剂清理干净,再进行背面焊缝的焊接。
每条焊缝全部焊完并经后热处理之后,均须将焊缝打磨成圆滑过渡到母材的几何形状,并清除焊缝两侧的飞溅。
焊缝的增高处要磨至没有焊缝波纹的痕迹,这样既有利于球罐在低温下运行,又便于进行磁粉及超声波探伤。
4质量标准和质量控制
4.1质量标准
4.1.1JLPA201-1981日本液化石油气球形储罐标准;
4.1.2日方提供的《现场安装规程》;
4.1.3日方提供的《现场检验和测试规程》;
4.1.4日方提供的《现场焊接工艺规程》;
4.1.5日方提供的《现场焊工操作鉴定试验规程》;
4.1.6日方提供的《水压试验和气密性试验规程》;
4.1.7JISZ3104X射线探伤标准;
4.1.8JISZ0565磁粉探伤标准;
4.1.9JISZ2343渗透探伤标准;
4.1.10与日本签定的合同及技术附件;
4.1.11设计图纸;
4.1.12《压力容器安全技术监察规程》;
4.1.13《锅炉压力容器焊工考试规则》;
4.1.14GBJ94-86《球形储罐施工及验收规范》;
4.1.15JB1152-81《锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤》;
4.1.16JB3965-85《钢制压力容器磁粉探伤》;
4.1.17JB741-80《钢制焊接压力容器技术条件》;
4.1.18JB3964-85《压力容器焊接工艺评定》;
4.1.19JB1127-82《钢制焊接球形储罐技术条件》。
4.2质量控制
4.2.1基础的施工质量
因为球罐支柱的上半部已在制造厂焊在赤道带瓣上,故基础的标高、表面不平度允差、地脚螺栓的中心偏差及同心度偏差等都必须严格控制在技术条件规定的范围内。
否则,就难以保证球罐的组装质量。
4.2.2赤道带的组装质量
上下温带及上下极带都要在赤道的基础上进行组装,所以赤道带的水平度、直径、椭圆度以及对口错边量、棱角量等都必须严格地控制在规定范围内。
4.2.3焊接质量
球罐焊接过程中最主要的是要控制好以下三个环节:
4.2.3.1焊工
上岗焊工必须经培训考试合格。
在此基础上挑选年纪轻、素质好、体力充沛的焊工进行球罐焊接。
我们在23名合格焊工中挑选了12名焊工(每台球罐由6名焊工同时施焊)。
结果,有4名焊工达到“双百”优胜,即完成焊缝百米,X射线拍片一次合格率达100%,合格率最低的焊工,一次合格率也达98.2%。
4.2.3.2焊条
对于SPV50QLS这种高强度的调制钢,如果焊条因管理不善而吸湿,就很有可能引起焊缝的延迟裂纹。
因此,施工中对此应给予高度重视。
除设有两名焊条专责人员外,并严格管理制度、健全焊条的发放与回收记录。
坚持称量发放;回收的焊条另行存放并不再用于球罐的主体焊缝上;电焊工每人一个专用焊条保温筒;焊条烘烤箱及恒温箱经专业人员调试、校核;焊接责任工程师随时检查和考核焊条专责人员的记录及实际烘烤、发放与回收情况。
保证了焊条使用及管理的可靠性。
4.2.3.3焊接工艺
主要是严格控制预热温度、层间温度、焊接线能量、焊接层次、后热及焊接环境。
为此,每台球罐焊接时都配有一名专责记录员,及时测量和记录各有关参数。
另外还配有一名调节电流的专责人员;四名负责加热器的敷设及其送、断电的专责人员;段长亲自负责气候条件的记录,在有雷雨预兆时,提前和气象台联系,防患于未然。
4.2.3.4无损探伤
无损探伤是检查焊缝质量的主要手段,这四台球罐使用了渗透、磁粉、超声波及射线等四种常见的探伤方法。
我们从对探伤前的焊缝打磨、探伤时的技术参数、操作方法及底片质量都进行了严格的控制,杜绝了漏检及误判现象。
5安全措施
5.1加强安全教育,建立安全活动,检查制度,使参加施工的全体人员都能掌握的认真遵守本工种的安全操作规程。
5.2为避免焊接防护设施及跳板等火灾事故,现场应配备足够的水、砂、灭火器、斧、钩等灭火器材,并安放在明显易取的地方。
5.3现场设置专用的氧气及乙炔瓶棚库,分库堆放,两库之间及明火的距离应大于10米。
5.4电焊机的二次线通过道路要加保护壳,焊钳用完后应置于绝缘处。
5.5球罐内的照明电压应不大于12伏,电焊工上岗前应检查软线,电焊软线应保持绝缘良好。
在球罐内施焊时,应在电焊软线与罐体接能的人孔处设置胶皮防护层。
5.6在球罐内施焊时,球罐顶部应设置排风量足够的抽风机,罐内、外要有专人监护。
5.7凡需用电的施工机具都要有良好的接地或接零。
5.8现场使用自行式起重机,在作业时必须遵守其操作及安全规程。
6技术经济效果
6.1球罐的外观及内在质量优良。
6.1.1最大错边量、棱角量及椭圆度见表4。
表4最大错边量、棱角量及椭圆度
球罐位号
R-102A
R-102B
R-101A
R-101C
R日本规范允许值
错边量(mm)
2.5
2
2.5
2.5
≤8
焊后棱角量(mm)
6
5
5
5
≤10
焊后椭圆度(%)
0.064
0.040
0.072
0.12
≤0.3
注:
位号R-102为丙烯罐R-101为乙烯罐
6.1.2无损探伤结果
四台球罐焊缝的超声波探伤及水压试验前后各一次的100%内外表面的磁粉探伤依次检验合格。
X射线拍片结果见表5。
表5X射线拍片结果
球罐位号
拍片总张数
合格片张数
不合格片张数
一次合格率(%)
R-102A
1028
1010
12
98.24
R-102B
1028
1023
5
99.51
R-101A
1028
1023
5
99.51
R-101C
1028
1022
6
99.42
6.1.3四台球罐的水压试验及气密性试验均一次成功。
6.1.4四台球罐的产品试板经探伤及力学性能试验,结果全部合格。
6.1.5四台球罐一次通过兰化质量监督站、甘肃省劳动局及日本专家共同进行的质量验收。
6.1.6四台球罐已于1989年9月正式投入运行。
6.2采用无中心柱的组装方法,与立中心柱组装方法相比,有下述技术经济效果:
6.2.1因无中心柱障碍,可在组装时准确测量各带板的内径及椭圆度等几何尺寸。
6.2.2因无须制作、安装及拆卸中心柱,可节约:
钢材960公斤
焊条25公斤
人工26工日
机械费2150元
7质保体系机构
7.1质保体系机构(见图5)
图5质保体系机构图
7.2球罐施工人员的配备(见表5)
表5球罐施工人员的配备
序号
工种
人数
主要工种内容
1
铆工
8
负责球罐罐体及旋转梯子,平台等附件的组装
2
电焊
16
以同时焊接两台球罐计,包括电弧气刨清根
3
气焊
1
配合其他工种进行气割或气焊工作
4
起重
8
负责球罐施工中的吊装及脚手架绑扎
5
电工
2
负责照明、电气设备(包括电加热器)的使用、维护
6
钳工
4
负责设备维修,协助管理电加热器,配合试压
7
探伤工
6
负责球罐的全部无损探伤工作
8
打磨工
14
负责球罐安装焊接中的全部打磨工作
9
压缩工
1
负责气刨及试压时的供气
续表5球罐施工人员的配备
序号
工种
人数
主要工种内容
10
油工
2
在刷油阶段进入现场,负责全部刷油任务
11
材料员
1
负责球罐材料、附件、焊条等的供应、联系工作
12
检查员
1
负责球罐组装、焊接及整体质量检查工作
13
焊条专责人员
1
负责焊条的保管、烘烤、发放和回收
14
安全员
1
由施工队安全员兼任,负责球罐施工的安全工作
15
主任
1
负责施工中的全面工作
16
段长
1
协助主任抓好质量、安全、进度、调度等工作
17
专责工程师
1
负责施工中的全面技术工作
18
技术员
1
协助专责工程师工作
合计70人
8主要施工机具(见表6)
表6主要施工机具
序
号
名称
型号
规格
单
位
数
量
备注
1
交流焊机
BX2-1-500
台
14
碳弧气刨用
2
直流焊机
AX-600
30KW
台
1
3
焊条烘箱
最高为500℃
一次可供50Kg以上
台
2
4
焊条恒温箱
150-300℃
一次可放50Kg以上
台
2
5
焊条保温筒
个
20
6
干湿温度计
块
3
7
风速计
块
1
8
表面温度计
日产
块
3
9
角向磨光机
日产
φ100mm
台
30
焊工打磨用
10
电动砂轮机
日产
φ150mm
台
8
铆工打磨用
11
电动砂轮机
国产
φ150mm
台
20
铆工打磨用
12
钳形电流表
交直流两用
500A
只
2
检测焊接电流用
13
汽车吊
50吨
台
1
14
手拉葫芦
3吨
个
24
15
手拉葫芦
5吨
个
12
16
空压机
W-6/7
台
1
17
空压机
P≥40Kgf/cm2
台
1
试压用
18
轴流风机
T30(K4-11)
15000m2/h
台
4
19
电加热器
600×200mm
块
50
20
电加热器
820×140mm
块
160
21
手摇钻
台
1
22
手枪钻
台
1
23
手提式电钻
台
1
续表6主要施工机具
序
号
名称
型号
规格
单
位
数
量
备注
24
试压泵(电动)
SY-600
台
1
25
试压泵(手动)
SY-60
台
1
26
气焊工具
套
1
27
氧气瓶
个
10
28
X射线探伤仪
日产
(RF300EG52)
台
3
29
自动洗片机
日产
(1X-14)
台
1
30
超声波探伤仪
日产
SM-100
台
1
31
磁粉探伤仪
日产
A-I
台
2
32
紫外线灯
日产
UHL-17
台
2
33
底片观片灯
台
3
34
万用表
块
1
35
摇表
500V
块
1
36
安全行灯变器
VA100
220/380-12
台
1
37
压力表
0-40Kgf/cm2
φ150mm
块
2
38
压力表
0-60Kgf/cm2
φ150mm
块
2
39
压力表
0-16Kgf/cm2
φ150mm
块
2
9应用实例
我公司于1986年组焊了四台从日本引进的SPV500QLS钢制1000m3低温球罐。
施工中采用无中心柱散装法进行组装,焊接时严格控制焊工,焊接工艺及焊条管理。
使四台球罐焊缝X射线拍片检验的一次合格率平均达到99.17%(按拍片张数计)。
低温球罐组焊QC小组被评为省、中石化总公司及全国优秀QC小组。
该项工程1990年被评为甘肃省优质工程。
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- SPV50QLS 钢制 1000 m3 球罐组 焊工