球罐的制作、焊接顺序、首次开罐检验检修及防腐

本网编辑 2022-05-23

球形罐与立式圆筒形储罐相比，在相同容积和相同压力下，球罐的表面积最小，故所需钢材面积少；在相同直径情况下，球罐壁内应力最小，且均匀，其承载能力比圆筒形容器大1倍，故球罐的板厚只需相应圆筒形容器壁板厚度的一半。

一、球罐的制作

采用球罐，可大幅度减少钢材的消耗，一般可节省钢材30%～45%；此外，球罐占地面积较小，基础工程量小，可节省土地面积。

1.球罐的构造

球罐由本体、支柱（承）及附件组成。

（1）球罐本体

（2）球罐支柱（承）

（3）球罐的附件

1）梯子平台；

2）人孔和接管；

3）水喷淋装置；

4）隔热和保冷设施；

5）液面计；

6）压力表。

2.球罐分类

按形状分有圆球形、椭球形、水滴形或上述几种形式的混合。圆球形按分瓣方式分有橘瓣式、足球瓣式、混合式三种。圆球形按支撑方式分有支柱式、裙座式两大类。

二、球罐的安装施工

1.球罐的拼装方法

（1）分片组装法

采用分片组装法的优点是：施工准备工作量少，组装速度快，组装应力小，且组装精度易于掌握，不需要很大的吊装机械，也不需要太大的施工场地。缺点是高空作业量大，需要相当数量的夹具，全位置焊接技术要求高，且焊工施焊条件差，劳动强度大。分片组装法适用于任意大小球罐的安装。

（2）拼大片组装法

拼大片组装法由于在地面上进行组装焊接，减少了高空作业，并可以采用自动焊进行焊接，从而提高了焊接质量。

（3）环带组装法

环带组装法现场施工时，需要一定面积的临时钢平台，占用场地大；组装时需用的加固支撑较多；组成的环带重量较大，组装成球时需较大的吊装机械。另外，环缝组对时难以避免强制性组装，因而强装焊接后产生较大的应力。环带组装法一般适用于中、小球罐的安装。

（4）拼半球组装法

这种施工方法的特点是高空作业少，安装速度快，但需用吊装能力较大的起重机械等。故仅适用于中、小型球罐的安装。

（5）分带分片混合组装法

上述这些组装方法中，在施工中较常用的是分片组装法和环带组装方法。

2.球罐焊接

制定球罐制造工艺流程和球壳板成形工艺，通过试验确定焊接预热温度、层间温度和后热温度，并正确选择了焊接材料。

3.球罐焊前预热、焊后热处理及整体热处理

（1）焊前预热

预热的目的就是为了防止焊接金属的热影响区产生裂纹，减少应力变形量，防止金属热影响区的塑性、韧性的降低，并可以除去表面水分。根据施工规范规定，球罐的预热温度根据焊件材质、厚度、接头的拘束度、焊接材料及气象条件确定。

预热范围为焊接接头中心两侧各3倍板厚以上且不少于100mm的范围内。

（2）焊后热处理

球罐焊接完后应立即进行焊后热处理。焊后热处理的主要目的：一方面是释放残余应力，改善焊缝塑性和韧性；更重要的是为了消除焊缝中的氢根，改善焊接部位的力学性能。

遇有下列情况的焊缝，均应在焊后立即进行焊后热消氢处理：厚度大于32mm的高强度钢；厚度大于38mm的其他低合金钢；锻制凸缘与球壳板的对接焊缝。

（3）整体热处理

1）整体热处理的目的。为了消除由于球罐组焊产生的应力，稳定球罐几何尺寸，改变焊接金相组织，提高金属的韧性和抗应力能力，防止裂纹的产生。同时，由于溶解氢的析出，防止延迟裂纹产生，预防滞后破坏，提高耐疲劳强度与蠕变强度。

2）整体热处理的方法。内燃法和电热法。

4.球罐的检验

（1）焊缝检查

1）外观检查。

2）焊缝内在质量的检验。

①球罐的对接焊缝应100%进行射线探伤和超声波探伤。

②选择100%射线探伤检查时，对球壳板厚度大于38mm的焊缝还应做超声波探伤复检，复检长度不应小于所探焊缝总长的20%。

③选择100%超声波探伤方法时，应对超声波探伤部位作射线探伤复检，复检长度不应小于所探焊缝总长的20%。

④水压试验后进行复查，复查数量不得小于焊缝全长的20%。复查部位包括全部T形接头及每个焊工各个焊接位置的对接焊缝和各种角焊缝。

3）磁粉探伤和渗透探伤检查。

①球罐对接焊缝的内、外表面应在耐压试验前进行100%焊缝长度的磁粉探伤或渗透探伤，如果球罐需焊后热处理，则应在热处理前进行探伤。

② 水压试验后应作复查，复查数量应为焊缝总长度的20%以上，复查部位应包括全部T形焊缝及每个焊工所焊焊缝的一部分。

（2）水压试验

水压试验是为了检查球罐的强度、考核球罐组装焊接质量，以保证球罐能够承受设计压力不漏。经过水压超载能够改善球罐的承载能力。

1）进行水压试验前，球罐应具备的条件；

2）水压试验步骤。

3）水压试验要求：

①水压试验压力应为设计压力的1.25倍。

②试验用水应为清洁的工业用水，对碳素钢和16MnR钢制球罐水温不得低于5℃；其他低合金钢球罐试压用水温度不得低于15℃。

③球罐水压试验过程中要进行基础沉降观测，观测应分别在充水前、充水到1/3、充水到2/3球罐本体高度、充满水24h和放水后各个阶段进行观测。

三、球罐的防腐

炼油、化工、冶金、码头仓储等等行业经常会分布着大大小小的球形储罐，显得非常壮观美丽，有时候会成为该区域的一道风景或者是地标性构造物。这就是防腐人都知道的“球罐”，其美丽的外衣都是防腐人给穿上的，美其名为：球罐防腐。当然，球罐防腐除了外壁，看不见的内壁也是重要的组成部分。

球罐和其它立式或者卧式柱状储罐相比较，有着非常突出的优势，如：容积大，比同一容积的其它储罐在相同的承载压能力大，可以节省大量的钢材，容器壁最薄，罐壁受力均匀，占地面积小，基础简单，受风面小，外形美观等等。据笔者所知，通常球罐容积有50m³、120m³、200m³、400m³、650m³、1000m³、1500m³、2000m³、3000m³、4000m³、5000m³、6000m³、8000m³、直至10000m³，大型化球罐是今后主要发展趋势。

*常见球型储罐

球罐大部分盛装的都是气体，当然有部分为液体。对于介质为氧气、醛类、烯类、酮类等气体或者液体罐内壁必须进行防腐蚀处理。球罐内壁防腐大部分以新建为主，翻新的也有很多。新建球罐内壁喷砂除锈和涂层施工可以在球瓣未安装前进行，安装后直接对焊缝进行补涂。翻新（停车状态下）必须放空内部所有介质，盲板完全封闭所有连接管道法兰，打开进出人孔，并且进行蒸汽吹扫，对内部环境进行检测分析，符合安全条件后再进行防腐蚀施工。对于球罐内壁表面处理要求，喷砂至Sa2.5级（出白级），涂层采用水性无机富锌，双组份混合充分搅拌熟化5-10分钟，不适宜滚刷。为了增加涂料水分的挥发，使用高压无气喷涂机喷涂（建议9C机器，喷枪压力0.4-0.6Mpa）。干膜厚度控制在60-80μm左右。如果使用热喷锌工艺，电弧喷厚度控制在120微米左右，针对介质特性选择孔隙封闭剂（采取喷涂工艺），具体工艺可以参考笔者和宋广裕合写的《钢铁金属热喷涂防腐施工技术》，在此不再累述。

球罐外壁防腐也分为新建和翻新两部分。新建球罐之球瓣可以在现场进行表面处理，或者球罐安装全部完工后进行。与内壁不同的是可以采用干喷砂、湿喷砂、磨光机百叶片打磨等等多种除锈方式，只要符合底涂需要达到的要求都可以使用。当然，笔者也希望表面处理层次越高越好，因为防腐蚀质量关键在基础，如果受现场环境施工条件所限，勉强的采用低表面处理也要符合底涂层的最高要求。翻建部分有两种情形：一是停车状态下，可以采用和新建表面处理方法相同的工艺进行；另外一种是不停车状态下表面处理，安全显得非常重要！严禁任何火花的产生，处理方式主要使用水射流、湿喷砂、干冰、锈转化等等工艺。有时候碰到难以去除的旧有涂层需要清理，只能采取“人海战术”了，分区包片到各个班组和工人，由整体到局部再到细节进行表面处理。采用铲刀等清理工具必须使用铜制品等不发火器械，施工人员着装以防静电或者棉质衣服为主。

储罐内部防腐防水处理

球罐外壁防腐涂层材料的选择主要以对抗环境腐蚀为目的；另外有节约水资源，取代喷淋降温的热反射为目的。防腐涂料配套体系为：环氧富锌底涂（干膜厚度50μm）+环氧云铁中间涂（150μm）+银粉色丙烯酸聚氨酯面涂（60-80μm）。滚刷喷涂都可以，如果使用高压无气喷涂机，除了环氧富锌使用9C机外，其它涂层都可以使用6C机。外壁防腐蚀涂层干膜总厚度控制在260-280μm之间。笔者在此选择银粉色丙烯酸聚氨酯面涂主要是根据其优异的特性：耐候性高，保光保色、耐化学品性能和耐盐雾性能优良、漆膜坚韧，良好的耐冲击性能和耐磨性能、优秀的装饰性能。银粉色丙烯酸聚氨酯面涂在实践中因为其还具有耐磨、耐酸碱、耐水耐油、耐热等等特性而被大量应用于炼油、化工、冶金、码头仓储、桥梁、造纸、发电厂等行业。外壁防腐隔热降温涂料配套体系为：凉凉胶底涂2道（干膜厚度100μm）+凉凉胶中涂1道（干膜厚度60μm）+凉凉胶面涂3道（干膜厚度90μm）。滚刷喷涂均可以，建议高压无气喷涂采用6C机。外壁防腐隔热降温涂层总厚度控制在250μm左右。凉凉胶在球罐上面的使用除了防腐蚀外，就是降温作用，在高温季节太阳直射球罐外壁，造成罐体温度上升，给安全带来巨大的隐患，为了降低球罐表面温度，采取自来水或者消防水喷淋降温的方法。长期以来，这种方式确实起了一定的作用，但是造成水资源浪费和环境污染，水锈侵蚀涂层，而且降温效果不理想。凉凉胶的出现，取代了这种传统的落后的降温工艺，最早发明凉凉胶的是上海大通会慕公司，该公司DT-22型凉凉胶可以在高温的夏季球罐表面总体降温12℃-13℃。随着涂料科技的发展和环保的要求，一种新型的热反射隔热聚脲开始应用于球罐表面，因其高弹和超耐紫外线，施工期短等优异的特征，显示出逐步取代凉凉胶的趋势。

LNG天然气储罐保温聚脲防水防腐项目

球罐外壁附件的防腐，必须在新建时就要和球罐外壁一起进行，不要小看附件防腐，其实非常重要。因为球罐外壁防腐层或者热反射涂层大部分为银白色或者纯白色，一旦和球罐表面连接的附件发生锈蚀，锈水会严重污染球罐表面，造成美观度下降，甚至污染视觉环境。锈水还会侵蚀涂层，破坏防腐层或者隔热降温层的功能，而且不易清理，会给安全带来二次危害因素。笔者经常会听到有关锈水污染球罐的反馈，就是球罐附件防腐没有被重视的后果，只能重新进行面涂施工。因为有一些附件紧贴罐表面，人工不易操作，翻新非常困难，所以在新建时就要一次性做好，保证超过罐外壁防腐蚀使用年限。如果确实遇到锈水污染罐表面涂层的可以采取高压水冲洗（做好未污染区域涂层的保护），干冰枪喷射锈蚀部位进行局部除锈，干燥后高压无气喷涂机长杆枪喷涂同种涂料。如果一点操作余地没有，就直接对锈水产生区域外围进行封闭，以同色彩聚脲热喷涂进行防水隔断处理，厚度不得低于2㎜，材料选择ED品牌。

球罐支撑柱虽然不属于外壁防腐范围，但是作为球罐整体也经常被列入防腐施工内容。其目的不但是防腐蚀，而且是安全之防火重要项目。新建的可以现场进行表面处理，再进行防火涂层的施工，翻新的可以使用不发火铜制工具清理原有防火层，再按照防火要求进行防火涂层是施工。一般的防火涂层是底涂和防火层的配套，按照GB14907-2002《钢结构防火涂料》规范分类分为：膨胀型和非膨胀型。膨胀型厚度不应小于1.5㎜，非膨胀型厚度不小于15㎜。球罐支撑柱如果选择膨胀型防火涂料一般在3㎜及以上，有设计要求的根据设计要求；如果选择非膨胀型防火涂料一般在30㎜及以上，有设计要求的根据设计要求，户外非膨胀型的还需要进行防水处理。

四、球罐的首次检验及后续检验的规定

压力容器定期检验，是指特种设备检验机构按照一定的时间周期，在压力容器停机时，根据本规则对在用压力容器的安全状况所进行的符合性验证活动。

根据《压力容器定期检验规则》的规定，压力容器一般应当于投用3年内进行首次定期检验，高强度钢（σb≥540MPa，比如球罐常用的07MnNiMoDR板）制造的球罐投用1年后应当开罐检验。到期后必须进行彻底检修，并由所在地区特种设备检验所按规定进行全面安全检查，经检验合格后方可继续使用。

以后的检验周期由检验机构根据压力容器安全状况等级、实际检验情况和其它有关要求，按以下要求确定：

1、安全状况等级为1、2级的，一般每6年一次；

2、安全状况等级为3级的，一般3～6年一次；

3、安全状况等级为4级的，监控使用，其检验周期由检验机构确定，累计监控使用时间不得超过3年，在监控使用期间，使用单位应当采取有效的监控措施；

4、安全状况等级为5级的，应当对缺陷进行处理，否则不得继续使用。

只要按期检验，及时排除危险缺陷，球罐及其它压力容器的安全是可以保障的。

1.球罐的缺陷

在投用后的第一个检验周期（三年）内，随着制造时残余应力的释放，并在工作介质产生的应力的作用下，制造时属于标准允许范围内的缺陷也可能会扩展为超标的缺陷，在应力较大的部位容易产生新的裂纹类缺陷。

对球罐而言，裂纹是一种常见但危险程度极大的缺陷，裂纹缺陷的产生和扩展对球罐的使用带来了极大的安全隐患。球罐的用材、设计、制造都会产生缺陷，经过监督检验合格，也只能把缺陷控制在允许范围之内。有些缺陷在运行过程中，往往会发展成严重缺陷和破坏性事故的根源。所以定期检验对球罐的安全运行是非常必要的。