張傳齊 羅永智 王保衛(wèi) 陳麗萍
摘要:對(duì)球罐的桔瓣式和混合式兩種球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比總結(jié),概括了球殼板在材料、成形、組焊等方面的關(guān)鍵技術(shù),以期為廣大技術(shù)人員提供一些設(shè)計(jì)參考。
關(guān)鍵詞:球罐;球殼板;結(jié)構(gòu)對(duì)比;切割
中圖分類號(hào):TH49
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
DOI: 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.032
球罐[1]作為承壓的大型球形儲(chǔ)存容器,其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣,涉及化工、煉油、天然氣等多個(gè)領(lǐng)域。球殼板是球罐的主要受壓元件之一,其組成球殼主體的方式多種多樣,常見(jiàn)的有桔瓣式、混合式、足球瓣式球殼結(jié)構(gòu)。在特定的設(shè)計(jì)溫度下,球殼板要承受物料壓力、液柱靜壓力、風(fēng)載荷、雪載荷、地震載荷等外部載荷,受力復(fù)雜,工程設(shè)計(jì)時(shí)不僅要通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算保證球罐的強(qiáng)度,還要合理確定球殼結(jié)構(gòu),從球殼板的分帶排版、制造、檢驗(yàn)等多個(gè)方面優(yōu)化設(shè)計(jì),充分保證球罐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。筆者結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料[2-5]和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)例對(duì)桔瓣式和混合式兩種球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析,總結(jié)了球殼板設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)。
1 桔瓣式和混合式球殼結(jié)構(gòu)對(duì)比
桔瓣式和混合式球殼結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1所示。桔瓣式球殼先以緯線將球殼分割成球帶,再以經(jīng)線將球殼分割成球殼板,其極帶由1塊極中板和2塊極側(cè)板組成;混合式球殼的極帶板采用足球瓣式,由1塊極中板、2塊極側(cè)板和4塊極邊板組成,其余均采用桔瓣式。
為了對(duì)兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行更直觀的對(duì)比,容積相同的球罐均取相同數(shù)量的赤道板和支柱,分帶數(shù)按照GB/T 172612011[6]標(biāo)準(zhǔn)選取,主要從球殼板數(shù)量、焊縫總長(zhǎng)度、板材利用率進(jìn)行計(jì)算,球殼板結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表1所示,通過(guò)對(duì)比分析可以得出結(jié)論。
球罐容積為400 m3時(shí),桔瓣式球殼的球殼板總數(shù)和焊縫總長(zhǎng)度都比混合式球殼的少,其球殼板下料、加工、焊接組裝的工作量大大降低,提高了生產(chǎn)效率,同時(shí)還節(jié)約了焊材、人工等生產(chǎn)成本,缺點(diǎn)是板材利用率沒(méi)有混合式球殼高。因此,容積400 m3的球罐采用桔瓣式球殼比較有優(yōu)勢(shì)。 球罐容積為650 m3時(shí),在球殼板的數(shù)量上,混合式結(jié)構(gòu)要比桔瓣式結(jié)構(gòu)多,但是混合式結(jié)構(gòu)的焊縫總長(zhǎng)縮短了,并且板材利用率更高,占有一定優(yōu)勢(shì)。
球罐容積為1 000 m3時(shí),3帶桔瓣式球殼的球殼板總數(shù)和焊縫總長(zhǎng)度要優(yōu)于4帶桔瓣式和3帶混合式球殼,但是其球殼板尺寸較大,深度達(dá)到1 801 mm,弧長(zhǎng)達(dá)到9 660 mm,這種曲率較大且長(zhǎng)度長(zhǎng)的球殼板壓制好可以說(shuō)困難重重,制造的可行性較差,而且板材利用率也低,所以在工程設(shè)計(jì)中,容積1 000 m3的球罐采用桔瓣式球殼結(jié)構(gòu)時(shí),最少要分4帶,而混合式3帶球殼結(jié)構(gòu)和桔瓣式4帶球殼結(jié)構(gòu)相比,混合式球殼的優(yōu)勢(shì)就非常明顯了。
容積為2 000 m3和3 000 m3的球罐與混合式球殼結(jié)構(gòu)相比,桔瓣式球殼結(jié)構(gòu)在球殼板總數(shù)、焊縫總長(zhǎng)、板材利用率上沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì),并且分帶數(shù)量也較多。對(duì)于較大容積的球罐,如果采用3帶和4帶桔瓣式球殼結(jié)構(gòu),其球殼板規(guī)格較大,已經(jīng)超出了鋼板的軋制能力,并且每張球殼板重量也增大,吊裝及運(yùn)輸費(fèi)用高,所以對(duì)于大容積球罐采用混合式球殼結(jié)構(gòu)是比較合適的。
2 球殼板制造技術(shù)
2.1 原材料復(fù)驗(yàn)
鋼板進(jìn)廠后制造廠按照材質(zhì)證明文件檢查驗(yàn)收,如設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中要求對(duì)材料進(jìn)行復(fù)驗(yàn),還需按文件執(zhí)行,復(fù)驗(yàn)內(nèi)容有超聲波檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)、化學(xué)成分檢測(cè)等。
2.2 球殼板的成形
2.2.1 球殼板的下料
目前制造廠普遍采用火焰切割工藝,先切割出球殼板料坯,成形后坡口和二次下料結(jié)合進(jìn)行,坡口精度高和尺寸誤差較小。隨著球殼板的切割工藝的迅速發(fā)展,比較先進(jìn)的“切割機(jī)器人”得到廣泛應(yīng)用,其可在球殼板成形后,直接進(jìn)行數(shù)控劃線和數(shù)控切割,且自動(dòng)搜尋切割軌跡,能夠保證每片曲面鋼板的弧長(zhǎng)、弦長(zhǎng)等尺寸精度符合技術(shù)要求,提高了切割下料的一致性和準(zhǔn)確率,使曲面板現(xiàn)場(chǎng)拼裝更迅速、焊接質(zhì)量更易保證、工作效率更高。
2.2.2 球殼板的成形
壓形前應(yīng)徹底去除鋼板表面的氧化皮等雜物,避免損傷球殼板表面,并按照球殼板的規(guī)格尺寸、材料特陛等因素制定技術(shù)措施,選擇合適的模具。球殼板成形一般采用大模具、多點(diǎn)冷壓成型工藝,成形時(shí)溫度應(yīng)在0℃以上,施壓速度應(yīng)緩慢,要充分保證鋼板的供貨狀態(tài),不損傷材料。
2.2.3 尺寸檢驗(yàn)與標(biāo)識(shí)
球殼板的最終尺寸應(yīng)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及施工圖的技術(shù)要求,并制作檔案卡片記錄好每塊球殼板材質(zhì)、帶號(hào)、位號(hào)、爐號(hào)等,檢測(cè)合格后用油漆在球殼板上噴涂位號(hào)及帶號(hào)。球殼板幾何尺寸允許偏差的最低要求為:長(zhǎng)度方向弦長(zhǎng)L允差不大于±2.5 mm;任意寬度方向弦長(zhǎng)允差不大于±2 mm;對(duì)角線弦長(zhǎng)允差不大于±3 mm;兩條對(duì)角線應(yīng)在同一平面上,用兩直線對(duì)角測(cè)量時(shí),兩直線的垂直距離不得大于5 mm;長(zhǎng)度方向弧長(zhǎng)允差±2.5 mm,寬度方向弧長(zhǎng)允差±2 mm。
2.3 球殼板在制造廠內(nèi)的焊接
從事球罐焊接的焊工必須持有考試合格證書(shū),焊工施焊的鋼材種類、焊接方法、焊接位置等均應(yīng)與焊工本人考試合格的項(xiàng)目相符;施焊前應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,并根據(jù)圖樣要求及評(píng)定合格的焊接工藝制訂出焊接工藝規(guī)程。上支柱的組焊要采用專用平臺(tái)和工裝,防止赤道板變形,保證其變形量控制在限定范圍內(nèi)。
2.4 球殼板出廠前表面缺陷的修復(fù)
球殼板表面的凹坑、劃傷、裂紋等缺陷必須打磨清除,修磨表面應(yīng)平滑過(guò)渡,坡度不小于3:1,修磨后的厚度須不小于圖樣要求的最小厚度,且修磨表面還應(yīng)按NB/T47013.4_2015[7]標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定應(yīng)進(jìn)行l(wèi)00%磁粉檢測(cè),I級(jí)合格。當(dāng)缺陷深度小于球殼厚度的5%或者2 mm時(shí),需對(duì)缺陷進(jìn)行焊接修補(bǔ),焊接修補(bǔ)措施應(yīng)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定。
2.5 球殼板的涂覆、包裝及運(yùn)輸
球殼板制造完畢檢測(cè)合格后應(yīng)徹底清除內(nèi)外表面鐵銹等雜物,并涂防銹漆。運(yùn)輸時(shí),球殼板采用專門(mén)的鋼框架進(jìn)行包裝,球殼板凹面朝下,上下重疊放置,相互之間墊襯橡膠帶等柔性材料。通常情況,單個(gè)包裝框架中球殼板數(shù)量最多6塊,其整體總質(zhì)量應(yīng)控制在30t之內(nèi)。
球罐上、下極帶與接管相焊的球殼板應(yīng)單個(gè)包裝,并采取保護(hù)設(shè)施防止吊裝、運(yùn)輸中接管碰撞變形,如果設(shè)計(jì)文件沒(méi)有其他特殊規(guī)定,應(yīng)符合JB/T 4711_2003[8]標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
3 結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái),鋼板的軋制能力、球殼板的制造水平、運(yùn)輸能力都在不斷提升,球殼板的規(guī)格也隨之變化。在工程設(shè)計(jì)時(shí),球殼板的規(guī)格尺寸并沒(méi)有規(guī)定不變的設(shè)計(jì)參數(shù),技術(shù)人員需要綜合考慮各個(gè)影響因素,制訂出合理的球殼結(jié)構(gòu)和球殼板尺寸,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本;同時(shí),還需要提出全面的、合理的技術(shù)措施,保證球罐的安全可靠性。
參考文獻(xiàn):
[l]甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司,中國(guó)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,合肥通用機(jī)械研究院,等.GB/T 12337-2014鋼制球形儲(chǔ)罐[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.
[2]衛(wèi)建良,張揚(yáng),紀(jì)伯偉,等.GB 50094-2010球形儲(chǔ)罐施工規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2010.
[3]李世玉.壓力容器設(shè)計(jì)工程師培訓(xùn)教程[M].北京:新華出版社,2005:335-352.
[4]葉文邦,黃正林,曹文輝.壓力容器設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)[M]3版.昆明:云南科技出版社,2015:439-477.
[5]化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)編輯委員會(huì).球罐和大型儲(chǔ)罐[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2015.
[6]劉福錄,黨戰(zhàn)偉,李峰,等.GB/T 17261-2011鋼制球形儲(chǔ)罐型式與基本參數(shù)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2011.
[7]合肥通用機(jī)械研究院,中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院,浙江特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院,等.NB/T 47013.4-2015承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第4部分:磁粉檢測(cè)[S].出版社不詳,2015.
[8]合肥通用機(jī)械研究院,中國(guó)石化集團(tuán)公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院.JB/T 4711-2003壓力容器涂敷與運(yùn)輸包裝[S].出版社不詳,2003.