球形储罐施工技术研究

1、概概 述述 球形储罐是储存各种气体、液化气体和液体的球形储罐是储存各种气体、液化气体和液体的 压力容器。压力容器。与相同容量的其他储存容器相比，具有表面积最小、重与相同容量的其他储存容器相比，具有表面积最小、重量轻、受力均匀，占地面积小，建造方便、节省费用等量轻、受力均匀，占地面积小，建造方便、节省费用等优点，在石油、化工、冶金、城建、轻工、航天航空和优点，在石油、化工、冶金、城建、轻工、航天航空和核能等工业中得到广泛应用，用来储存液化石油气核能等工业中得到广泛应用，用来储存液化石油气（LPG）、液化天然气（）、液化天然气（LNG）、乙烯、丙烯、液氧、）、乙烯、丙烯、液氧、液氨、城市煤气、氧气

2、、氮气、氦气和压缩空气等介质，液氨、城市煤气、氧气、氮气、氦气和压缩空气等介质，在原子能发电厂，球罐用作核安全壳，在造纸厂用作蒸在原子能发电厂，球罐用作核安全壳，在造纸厂用作蒸煮球，在化工厂可做反应器。煮球，在化工厂可做反应器。70年代初开始，我国从日本、法国、西德、美国等发达年代初开始，我国从日本、法国、西德、美国等发达国家先后引进一批比较先进的球罐，通过对引进球罐的国家先后引进一批比较先进的球罐，通过对引进球罐的设计、现场组装、焊接、检验、热处理等工作的实践，设计、现场组装、焊接、检验、热处理等工作的实践，促进了我国的球罐建造能力和技术水平的大大提高，并促进了我国的球罐建造能力和技术水平的

3、大大提高，并形成了自己的施工工艺方法和施工技术。形成了自己的施工工艺方法和施工技术。 球形储罐的分类球形储罐的分类 1.1.按形状分按形状分,有圆球形和椭球形。有圆球形和椭球形。1.2.按球壳板组合情况分为桔瓣型、足球瓣型和足球桔瓣混按球壳板组合情况分为桔瓣型、足球瓣型和足球桔瓣混合型三种。球罐基本参数按合型三种。球罐基本参数按GB/T17261-1998选取。选取。1.3. 按球壳板层数分，有单层壳球罐和双层壳罐。按球壳板层数分，有单层壳球罐和双层壳罐。1.4.按球罐支撑方式分，有赤道支柱式、按球罐支撑方式分，有赤道支柱式、V型支柱式、裙座型支柱式、裙座支撑式、锥形支撑式、连续基础支撑式和可

4、胀缩支撑式等。支撑式、锥形支撑式、连续基础支撑式和可胀缩支撑式等。1.5. 按使用的工艺条件分，有高压常温球罐、中压低温球罐、按使用的工艺条件分，有高压常温球罐、中压低温球罐、低压超低温球罐、超高压超低温球罐。低压超低温球罐、超高压超低温球罐。1.6. 按储存的介质分，有储存气体的球罐，储存液化气体球按储存的介质分，有储存气体的球罐，储存液化气体球罐和储存液体球罐。罐和储存液体球罐。球罐设计标准主要遵循球罐设计标准主要遵循压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程（1999），），GB12337-1998钢制球形储罐钢制球形储罐和和GB150钢钢制压力容器制压力容器。 球罐选材球罐选材

5、球罐用钢必须具有足够的强度、韧性，并要求有一定的可焊性。我国建造球罐最初用钢主要采用Q245R、Q345R、16MnDR、15MnVR、15MnVNR，适用于2002000m3的球罐，近年来我国研制了WCF62钢（07MnCrMoVR和07MnNiCrMoVDR）具有良好的焊接性和低温性能，成为我国大型球罐建造的主要钢种。 主要球罐用钢的性能主要球罐用钢的性能 球罐用钢性能表球罐用钢性能表 低温球壳板用钢标准低温球壳板用钢标准 主要球罐用钢的性能主要球罐用钢的性能 球罐用钢选用分析球罐用钢选用分析 1、Q345R：低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能和工艺性能。可采用手工电弧焊、自动焊及电渣

6、焊等多种焊接方法施焊。作为球罐用钢时多在正火状态下使用，可以显著改善力学性能，正火后的强度略有降低，而塑性和韧性显著提高，同时降低了钢的脆性转变温度。此钢种在球罐施工中广泛使用。2、15MnVR:球罐常用钢种，目前运行中的球罐有相当数量采用15MnVR制造，其直径为4600-12700，壁厚为14-40mm。15MnVR作球罐用钢时一般正火状态下使用，其焊接性良好 ，可采用手工电弧焊、自动焊及电渣焊等多种焊接方法施焊，和16MnR相比有较大的缺口敏感性，时效敏感性亦较大，在较大变形后应做消除应力热处理。球罐用钢选用分析球罐用钢选用分析 3、15MnVNR：15MnVNR是440Mpa级的钢种，

7、钢中加入少量氮，形成氮化钒以细化晶粒，并起到沉淀器强化作用。用作球罐时一般在正火状态下使用，可以显著改善塑性和韧性，提高钢板的综合力学性能。此钢种具有良好的制造性能，火焰加热到600-850时对力学性能无不良影响。冲压性能良好，焊接性能良好，但低温抗裂差。4、国外球罐用钢的典型钢种有美国的A517F，日本的HW70、WEL-TEN80、WEL-TEN80C、WelconZHU、SPV36等。由于中低强度钢材价格便宜，制作工艺成熟，质量易于保证，用于制作中小型球罐，技术经济效果良好。由于焊后消除应力热处理工艺方法的解决，使其也适用于大型球罐的制造。球形储罐的加工预制技术球形储罐的加工预制技术 球

8、壳部件制作在制造厂内进行，主要工作内容为：球壳板的下料及成型，支柱的下料及成型，人孔、接管等附件的制造。球壳板压制的几何精度对球罐现场组装和焊接质量影响很大。是球罐建造中的关键工序之一，也是保证球罐质量的重要环节之一。近年来，我国压制球壳板技术不断提高，由于采用计算机控制和制造厂家的专业化，压制精度不断提高，为球罐的现场组装和焊接全面提高球罐建造质量大下有利基础 。球形储罐的加工预制技术球形储罐的加工预制技术 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术 球壳板的下料及成型方法较多。由于球面是不可展曲面，因此多采用近似展开下料。通过计算放样展开为近似平面，然后压延成球面，在经过简单修整即可成为

9、一个瓣片的一次下料法。还可以按计算尺寸周边适当放大，将平板切成毛料，压延成型后再进行精确切割的二次下料法。 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术球壳板的一次下料球壳板的一次下料 1、近似锥面展开法：近似锥面展开法的基本原理是把球面水平分割成若干带，将每一带看成近似锥面，因锥面是可展曲面，这样按锥面展开原理近似展开曲面。但是由于圆弧的测量方法存在较大的误差，又因作图半径R较大，很难画出正确的弧线，因此造成壳板放样号料误差较大，采用此法下料的壳板，只能待压延成型后经过校型修整才能比较精确。否则将给球罐组装造成困难。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术球壳板的一次下料球壳板的一次下料

10、 2、直线分割法：是在画展开图时，以直线代替圆弧作图，以减少测量的误差。用直线代替圆弧在壳板的分割上与前法有所不同。近似锥面画法是假设以若干水平面分割壳板，在直线分割法中是假设以若干通过球心的平面分割壳板，因此每段弧都是球面弧的一部分，其各弧长短随队中心角度的不同而改变。用此方法得到的一块瓣片的展开图，按图形进行精确切割加工出周边坡口，然后进行压制成形即完成一块球壳板。由于压制过程中受变形的影响，可能产生一些局部的缺陷，可以用砂轮打磨修整。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术球壳板的一次下料球壳板的一次下料 3、实际生产中用画线号料的方法，首先做出一套样板。样板材料一般用0.5mm0.

11、75mm的钢板或镀锌板。相同的壳板用一块样板号料达到尺寸精确，使球罐组装时同一带壳板具有互换性能。还可以将同一种壳板的计算数据。输入给XY数控切割机，进行自动切割。采用数控切割的方法可以省略样板，但其周边曲线仍为近似形。它的精确度取决于一块壳板横向分割多少个弧长，分割数量越多，切割的曲线就越准确。另外还要注意的是各个分段弧的排列位置，曲线曲率变化大的部位，弧长尺寸应相对的多分几段，曲率变化小的部位可以适当减少几份，这样既减少计算数据，又可以达到相对较高的曲线精度。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术球壳板的二次下料球壳板的二次下料 球壳板的二次下料法目前在国内外得到了广泛的应用，它的突

12、出特点是几何精度及尺寸精度都比较高。二次下料法的基本过程是第一次按壳板展开的实际大小，沿周边加放2030mm，切割下来作为毛料，经过压制成型后再进行二次精确下料，也称为成型下料。 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术成型下料的基本原理成型下料的基本原理 球壳板的各段边弧，均由假设的平面和锥面切割球面形成。切割平面通过球心切割球面，形成的圆弧其半径与球体半径相同。切割锥面其锥顶在球心，锥角已知，锥底直径即是锥面与球面交线，可以计算得出。在实际下料中，因为球壳板有一定厚度，因此锥面切割可以保证球壳板断面的几何形状。通过上述分析可以清楚的看到，一个球体用假设平面和锥面截切，就可以得到各种不同

13、形状的球壳板。如果将平面板材压制成球形面弧状板，然后按要求将切割工具形成不同的切割面，切割球形弧状板，就可以得到我们所需要的各种不同形状的球壳板。 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术成型下料工艺成型下料工艺 球壳板成型下料工艺过程大致可分为四个主要程序： 1、切割料坯：将选定的球壳板板材，按着球壳板的设计尺寸，各边加放2030mm制作一次下料样板，按样板画线，然后切割成料坯。料坯尺寸将壳板设计尺寸加大有两个目的，一是压制成型后二次切割留出切坡口余量，二是压制过程中周边成型较好，即切割后消除直边。根据板材厚度不同，加放尺寸大小可适当调整，如薄板可少量加放，厚板则适当多放一些，以保证较好

14、的效果。 2、压延成型：当料坯切割后，即按设计要求将壳板压制成球型板。成行精度直接影响二次下料的切割精度，所以必须重视压延成型这道工序，对成型精度必须严格检验。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术成型下料工艺成型下料工艺 3、划线号料：经过压延成型符合设计要求的球壳板，就可以进行二次切割前的划线号料。这次划线使用球面样板。这种样板也称软样板，用0.3mm钢板制作较合适，钢板厚了刚性太大，划线时与壳板不易服帖，太软了又容易失去精度。样板的制作，一般是先制作一块较准确的壳板，然后以该壳板为母板，拍打制作裁剪成球面样板，样板做成后需要精度检验，检验方法是将样板转180o，看与做样板用的首块壳

15、板形状是否准确合线。用样板划线号料，主要是确定假想切平面的位置，不必划出所有线，如画出所有线反而影响切割精度。一般号料主要确定八个点，其中每三个点即可确定一个切割平面的位置。 4、二次切割：二次切割的基本原理为上步成型球壳板上划线得到的三点与切割用割炬及球罐理论中心处在同一平面内，该平面即为假想切割球面的截平面，割炬在运动过程中，始终保持在同一平面内，即割炬本身形成的空间轨道，因为此切割线一定通过那三点，切割成所需要的弧边。为了保证上述切割原理的实施，必须有相应的工艺设备，同时二次切割又和切坡口一次完成，因此所使用的工艺设备，必须有完全的可靠性及保证足够的精度。球壳板的下料与成型技术球壳板的下

16、料与成型技术球罐壳板的成型球罐壳板的成型 球罐壳板的成型主要有两大类，一类为冲压成型，另一类为滚压成型。冲压成型中有冷压成型和热压成型，目前我国多采用冲压成型的方法。在成型工艺方面，有的已采用了微电脑控制，压板前只需要将球壳板形状、板厚等数据输入电脑，各对模头就自动组成所需要的曲率，可加快点压成型的效率，并得到精确的成型尺寸。这种先进的冲压工艺是球形储罐大型化、几何成型高精度所不可缺少的条件，也是不久的将来我们要实现的目标。 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术冷压成型冷压成型 冷压成型就是钢板在常温状态下，经冲压变形成为球面壳板的过程。冷压成型采用点压法，这种冲压方法的特点是小模具多

17、压点，钢板不加热，从设备角度上看不用大型加热炉等。这种方法操作方便，成型美观，加工精度高，适合加工调质钢板，并且便于球壳板大形化。冲压设备多采用8002000t的油压机，有单臂式、双柱式和四柱式，单臂式油压机适用范围大，操作方便。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术冷压成型冷压成型 球壳板的压型顺序由壳板的一端开始冲压，按顺序排列压点，相邻两压点之间应相互有1/22/3的重复率，以保证两压点之间成型过渡圆滑，如图4-1所示。这种压型方法可使成型应力分布均匀，并能得到较好的释放效果，减少成型后的自然变形。 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术冷压成型冷压成型 在冲压过程中，每个压

18、点不能一次压到底，要多次冲压，形成逐渐塑性变形的过程，又可以避免产生局部过大突变和折痕。一般冲压十几次或几十次，在冲压过程中还应该注意以下几个方面： 1、变形率应控制在3%左右，环境温度不宜低于-10，否则容易产生加工硬化现象，材质变脆，影响球罐寿命。 2、冲压过程中要考虑回弹率造成的变形，一般回弹率大约为成型曲率的4%左右，但是影响回弹率的因素很多，如材料屈服强度高则回弹率相对要大些，冲压力大回弹率减小，钢板厚度小，曲率半径大，板材幅面大则回弹率也相应增大。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术冷压成型冷压成型 3、冲压过程中可采用加垫冲压的方式，以掌握球壳板的曲率变化及校正球壳板的曲

19、率，加垫位置视情况而定。 4、凡是冲压成型后在球壳板焊接支柱、人孔及附件，冲压曲率要相应增大一些，待焊接收缩变形后即可达到设计要求的曲率，但冲压曲率不可增加太大，否则将给焊后校形造成困难。 5、球壳板成型曲率偏差应取正偏差，即样板两端有间隙，这样当球罐焊接组装时，通过收缩变形达到较好的几何形状，同时在切割坡口时的热应力作用下，四周边将产生向心收缩变形，曲率半径减少，也将使正偏差值随之减少。反之如果成型壳板产生负偏差，即样板中间与壳板有间隙，即产生反效果，使球罐在组装焊接中产生大的角变形或错边，影响球罐质量。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术冷压成型冷压成型 6、压延力与压延方式同钢板

20、性能、厚度等有关，压延力过大影响壳板成型质量，压延力太小影响冲压效率，一般控制在400600t左右为宜。 7、应该特别注意薄板及大幅面球壳板的加工，因球壳板容易变形并且操作不方便，在加工过程中应采用辅助托架支撑。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术热压成型热压成型 热压成型一般是在钢板加热到塑性变形温度，然后用模具一次冲压成型，因此需要模具尺寸大，加热炉必须能一次加热若干块钢板，以保证连续冲压。每块钢板最好一次加热，一次冲压成型，不要重复加热，以免影响钢板性能，同时避免因多次产生氧化皮，板厚减薄量过大。热压成型要求压力相对冷压低一些，不需要正火钢板，冲压成型容易，模具强度可以低一些，但

21、耐热性能要较好。在热压成型过程中，除注意与冷压成型有关的几点以外，还要注意钢板加热温度不能过高，防止过热，做到钢板内外温度一致，全板温度一致，保证压形均匀。热压成型一般采用二次下料，不能采用一次下料，以保证坡口质量。 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术滚压成型滚压成型 滚压法成型壳板长度不受限制，滚压机由四个从动上辊和五个主动下辊组成。上辊两端细中间粗，最大外径550mm。下辊两端粗中间细，最小直径320mm。辊轴变径的曲率半径为5260mm，电机功率14kW。滚压机设前后滚道，前滚道是平的，有传动机构使之倾斜，以便把坯料送进滚压机。后滚道是弧形的，也有传动机构使之倾斜，以便滚压过程

22、中承托并便于取下滚压好的球壳板。滚压的最大宽度为2100mm，一次行程即可完成滚压作业，在后滚道上按冲点放上靠模切割球壳板的两端。滚压后的球壳板在边缘处常有二、三处局部变形的波纹，必须用带螺纹千斤顶的专用卡板对边缘局部变形进行修整。其变皱原因是板厚偏差造成的边缘不同塑性变形；毛坯的轴线和滚压机轴线不一致，辊轴调整不够精确等造成的. 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术液压成型液压成型 液压成型是将按一定规格下料的钢板，不经过压力加工，组焊成多面体，然后灌入液体，增大压力使多面体的每一块平板变形成球面形，达到制成球形储罐的目的，此法目前尚未用于实际生产。 球壳板的下料与成型技术球壳板的下

23、料与成型技术球壳板焊接坡口的加工球壳板焊接坡口的加工 坡口切割对球罐几何形状及焊接质量影响很大，国内外制造厂家对坡口切割方法进行了不少的试验，有的在坡口切割自动控制方面作了大量的工作，常用数控切割专用设备，并将微电子技术与切割技术相结合，达到自动控制，提高切割精度和切割效率的目的。 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术坡口切割工艺中的几个问题坡口切割工艺中的几个问题 1、坡口切割多数使用氧乙炔焰切割，由于壳板坡口质量要求高，如果在切割工艺方面没有具体措施保证，将会造成坡口质量低劣。坡口质量包括两方面，一是坡口表面质量，二是坡口尺寸精度。 2、坡口表面质量要求有平面度B和粗糙度G，这两项

24、要求能否达到直接受切割规范的影响，一般情况下气割规范选择可参考下表。型号割嘴号码氧气乙炔3.012G01-30120.40.50.0010.121230G01-30240.50.70.0010.123050G01-100350.50.70.0010.1250100G01-100560.60.80.0010.12割炬气体压力（MPa）板材厚度（mm）注：表中所列氧气压力是实际操作中常用的，比割炬生产厂家提供的高些。 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术坡口切割工艺中的几个问题坡口切割工艺中的几个问题 3、为保证坡口表面平面的光滑平整，选择性能稳定的切割自动小车，行走速度均匀，传动误差小，

25、行走中不产生喘气的现象。4、割嘴支架可以上下滑动，达到割嘴与钢板之间的距离恒定，保证坡口钝边定位，但滚轮与割嘴之间的距离不能太大，影响坡口钝边中心的偏移。钝边中心的偏移，使坡口深度不能保持一致，很容易超差。5、切割中的变形应引起注意，当切割超过板长的一半以上时，出现变形加速的现象，其变形出现最大值，出现在大约板长切割到5/6以后，实际切割完毕后待壳板冷却至常温时，变形基本能恢复原状，实际遗留变形大约在总变形的20%左右，其变形趋势是球壳板向外撇，成伸直趋势。圆形极板的切割情况不完全相同，如极板焊后切割，基本无变形，点焊极板切割时随点焊的牢固程度不同而变形量也不同，点焊越牢固变形量越小，其变形趋

26、势为直径变大。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术坡口切割工艺中的几个问题坡口切割工艺中的几个问题 6、多嘴切割问题。在多嘴切割中由于壳板受热变形影响，易产生钝边偏移的现象，因此切割顺序及割嘴之间的距离必须合理，对不同板厚的板材及不同形式的坡口，均有一个较好的切割顺序和嘴间距离。7、切割装置定位问题：切割胎具与切割线找正，以切割线为准；割炬与切割线找正，当切割小车置于胎具轨道上后，必须通过小车上的横杆调整割炬是否对准切割线，同时固定割嘴的自动升降装置垂直壳板，当理想切割面处于垂直位置时，则自动升降装置垂直基准平台即可，这样可以保证升降装置的轴线通过理论球心。球壳板的下料与成型技术球壳板

27、的下料与成型技术成型模具的制造成型模具的制造 球罐壳板的成型模具包括压制成型模具和校正成型模具，它们的结构有区别，一般壳板压制成型模具为整体结构，如图所示，左侧为凹模，右侧为凸模，模具外形成圆形，凹模周围应比模具设计直径大300400mm，提高了强度，同时操作也方便。底座形状按压力机上固定方式确定，模具加工要求精度较高，特别是弧形度及表面粗糙度均有较高要求，其中弧形度偏差应小于关于壳板成形偏差的要求，同时以负偏差较好。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术成型模具的制造成型模具的制造 模具的材料没有特殊要求，主要考虑强度，不变形即可，目前国内多采用铸钢和铸铁材料，但热压成形的模具以球墨铸

28、铁为好，主要考虑它的导热性差一点，保持温度较好。模具外径一般在1.2m左右，。 校形模具根据具体情况设计，一是考虑需要校形的壳板结构，如焊完上部立柱的校形和焊完人孔及管座的壳板，它的结构不同，因此校形模具结构也不同，但校形模具的结构一般多为架体式，以便立柱、人孔、管座等附件能透过模具，达到校正壳板的作用。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术球罐立柱的下料及成型球罐立柱的下料及成型 罐体与立柱相贯部分的下料：壳体与立柱之间相交有三个几何体，一般设计为球面与球面、球面与圆柱面相交，因此理论上是三个立体相贯。球壳板与立柱之间的连接，采用立柱上切出球面缺口，然后与壳板球面吻合焊接。确定立柱切口

29、形状的方法，采取求出球面与柱面相交线上的若干点，然后逐点连接形成。 在球壳板的制造过程中，一般先将立柱做好，然后再划线切割相交球面切口，这样制造工艺简单，立柱下料卷板成筒较容易，柱顶与立柱之间焊接成型也较方便。待立柱焊接完成后，再在立柱上划线切口，具体画法如下： 球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术球罐立柱的下料及成型球罐立柱的下料及成型 1、将柱面展开图中切口方向分成若干点，如a、b、c、d、e、f、g等。2、过b、c、d、e、f各点作圆柱轴线的垂线，分别与展开图中切口轮廓线交于1、1；2、2；3、3；4、4；5、5；6、6等各点。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术球罐立柱

30、的下料及成型球罐立柱的下料及成型 3、在焊制好的立柱面上按同样方法和距离定出a“、b”、c“、d”、e“、f”、g“各点。4、过b、c、d、e、f各点沿圆柱面垂直轴线方向划圆周线。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术球罐立柱的下料及成型球罐立柱的下料及成型 5、在圆周线上相应取1、1；2、2；3、3；4、4；5、5；6、6等各点，即原来直线长度为圆周长。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术球罐立柱的下料及成型球罐立柱的下料及成型 6、按顺序圆滑连接各点，由a-1-2-3-4-5-6，即形成柱面与球面相交的空间曲线。球壳板的下料与成型技术球壳板的下料与成型技术人孔、管座位置的开孔

31、人孔、管座位置的开孔 球罐壳板上人孔、管座等附件与壳板焊接前，首先要按设计位置进行开口，这些结构一般均在上下极板上，同时上下极板多由几块壳板拼焊而成，因此对于开孔的位置一定要准确。人孔的位置一般在球罐的上下极点，比较容易确定位置和开空形状，管座一般偏离极点并要求保持管接口水平，所以管座与球罐相交，其交线成空间曲线，为了达到开口形状正确，找出交线上一系列点的方向来确定其开口形状。 球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术 70年代以来，通过安装大量的引进和国产球罐的实践，我国的球罐建造技术已具备了较高水平，形成多种组装方法，积累了丰富的经验，5000m3以下球罐的现场施工工艺技术已非

32、常成熟了，主要的施工程序如图所示。根据球罐的大小、型式和施工设备、场地等特点，形成不同的的组装方法，常用的组装方法为散装法、分带组装法和半球组装法。 球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术分带组装法分带组装法 分带组装法就是在平台上，按照上下极、寒带、温带、赤道带分别组对和焊接成环带，然后组装成球的方法。采用此种方法施工时，可以采用手工焊，也可以采用自动焊，其特点是在平台上可完成大部安装量，大大减少高空作业和全位置焊接量，以保证焊接质量，缺点是需要大型吊装机具和大平台，较费工费料。 球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术分带组装法的组装工艺分带组装法的组装工艺铺设平

33、台平台上放样个带投影图 组对焊接下温带基础准备安装下温带组对焊接赤道带吊装支柱吊装赤道带焊接下温带与赤道带的环缝组对焊接上温带吊装上温带焊接环缝安装下极板安装上极板球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术环带组装方法环带组装方法 a:铺设平台，找正水平度和不平读不超过3mm。b:在平台上作胎架，然后按照组装带的端口直径画圆，在平台上组焊支架，支架上端放圆板作为组装基准。c:以任意一张球壳板为组装基准，依次吊装其他球壳板组装成带。d:整带调整后进行焊接，焊接后应保证组装的精度。球形储罐施工程序球形储罐施工程序球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术成球组装方法成球组装方法

34、 a:首先将下极带板和下温带吊入柱基础以内放在地上，然后安装支柱，找好坐标位置、标高和垂直度，符合要求后把紧地脚螺栓，安装调节拉杆。b:在赤道带的柱头位置，焊接抱箍，然后将赤道带吊起安放在支柱上。c:进行下温带的吊装使其与赤道带下口合拢，用卡具联结固定。d：吊装下极与下温带合拢，用卡具联结。e:吊装上温带使其下口与赤道带上口合拢，调好间隙用卡具固定。 球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术散装法散装法根据采用的工装不同，散装法又分为中心柱单片散装法和无中心柱单片散装法。 球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术有中心柱单片散装法有中心柱单片散装法 有中心柱单片散装法是

35、比较常见的组装方法，其特点主要是采用中心柱作为主要的组装焊接施工平台，但脚手架装拆量大。其主要施工法如下：1、支柱组对：将运输赤道带板的胎具进行校正之后,辅以支柱支撑架在现场进行下支柱与带上支柱赤道带板组对工作。上支柱与赤道板组对检查合格后，进行断续焊。2、球壳板固定块焊接：固定块间距宜为0.51m左右,在环缝丁字口处,环缝上的卡具应距丁字口近些,纵缝上的卡具应距丁字口远些,以避免卡具拥挤造成丁字口组对困难。3、中心柱搭设：将装心柱立起用拖拉绳固定，根据球体纵环焊缝的位置计算需要的平台层数和高度，采用伞形三脚架做骨架，内侧依球体形状搭设阶梯状平台，平台距球表面0.4m左右,各环缝要比平台高出1

36、.2m左右,平台采用2-3排钢制跳板铺设。 球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术有中心柱单片散装法有中心柱单片散装法 4、赤道带组装：a.测量组焊成型后的支柱实际长度,作好记录并标注在支柱上明显位置。依据支柱的长短与基础的坐标高低作一一对应，成互补关系以确保赤道带上下口水平。b.在基础顶板上放线，考虑到组对间隙及焊接收缩余量，将球罐中心圆直径放大。吊装前，在热处理垫板下涂一层润滑油。c.吊装第一块带支柱的赤道带板，就位后用拖拉绳将赤道带板固定，然后找正。之后吊装第二块相邻的带支柱的赤道带板，安装斜拉杆，固定并找正。随后吊装不带支柱的赤道带板插入两块带支柱的赤道带板之间并用卡具固

37、定。d.依次吊装赤道带板就位，使之组成环带。吊装顺序可根据现场实际情况确定。e.调整赤道带，使其组装几何尺寸角变形、对口错边量、对口间隙、椭圆度、支柱垂直度和赤道带水平度均满足标准要求，检查合格后进行点焊。同时用挡板将柱腿固定，以防止组装下极带时柱腿向内移动。 球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术有中心柱单片散装法有中心柱单片散装法 5、 温带板组装：赤道带调整并点固之后，开始温带板组装线组装下温带板，后组装上温带板。a:组装第一块下温带板，下端用绳拉道中心柱上，依次将余下德下温带吊装组对到封闭。b:下温带调整和固定焊之后，组装上温带板，吊装低一块板之前，先在赤道板上侧焊上托弧

38、板，用来托住上温带板，保持位置准确，或在中心柱上安装支撑杆，用于支撑上温带的上端。6、极板组装：a.吊装下极板侧板，找正后通过卡具、倒链和钢丝绳与赤道带板固定。b.吊装下极带边板、中板。c.吊装上极板侧板，找正后通过卡具、倒链和钢丝绳与赤道带板固定。d.吊装上极带边板、中板。 球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术无中心柱单片散装法无中心柱单片散装法 此方法是一种新型施工方法，由于不采用中心柱，施工工期缩短，施工费用减少，适用于10000m3以下的球罐施工，其主要施工法如下：1、赤道带组装：a:用1号吊车吊装一块带支柱赤道板,就位后用拖拉绳固定，用2号吊车空中接钩扶正，以防倾倒。

39、b：用1号吊车吊装相邻另一块带支柱赤道板，就位后用拖拉绳固定，安装斜拉杆，用卡具将这两块板连接固定并调整间隙，调整好后将拖拉绳封紧。c：用100吨吊车吊装第三块带支柱赤道板，就位后用拖拉绳固定，安装斜拉杆，调整支柱垂直度；d:同时用50吨吊车吊装一块不带支柱赤道板插入，用卡具连接固定并调整间隙，调整好后将拖拉绳封紧。以此类推，将赤道带整体组对成形。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术无中心柱单片散装法无中心柱单片散装法 2、组装下极带板：吊装下极带边板就位，用卡具与赤道带下口连接固定，用拖拉绳与赤道带上口固定并调整角度。其次分别吊装两块下极带板侧板就位，用卡具与下极带边板固定。

40、最后吊装下极带中板就位，用卡具与极带侧板连接。3、组装上温带板：吊装第一块上温带板，就位后用卡具与赤道带上口固定，用拖拉绳在上温带板上端向外拉伸调整角度并固定，向内侧也用拖拉绳拉住以防外侧拖拉绳拉伸过度，然后吊装第二块上温带板，就位后用卡具与赤道带上口固定，用拖拉绳在上温带板上端向外拉伸调整角度并固定，以此类推，将上温带整体组对成形。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术无中心柱单片散装法无中心柱单片散装法 4、组装上极带板：吊装上极带边板就位，用卡具与上温带连接固定。其次分别吊装两块上极带侧板就位，用卡具与上极带边板固定。最后吊装上极带中板就位，用卡具与上极带侧板连接。5、为减

41、小因重力因素对赤道带板或下极边板（上温带板或上极带边板）倾角的影响，组装时预先将相邻两块带板对接焊缝的对口间隙从上往下逐渐缩小（从下往上逐渐放大），待赤道带组装成型后，再从上往下逐渐放大（从下往上逐渐缩小）调整各条焊缝的间隙。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术半球法组装法半球法组装法 半球法组装法就是将球预装成两个半球和一个赤道带，然后合拢成整球的一种方法，适用于小型球罐的安装，其主要施工法如下：1、球壳板组装程序：1)在平台上设置赤道带、上温带组装胎架一个。2)按图纸尺寸放样，在平台上画出各带下口圆周，根据球壳板的数量在圆周上设置数量相等的组装支撑。3)各支撑找平，在所画圆

42、周上打钢冲眼。4)在球壳板上焊接组装用定位块。5)组装并调整各带纵焊缝；在平台上检查圆周长和椭圆度。上下温带板组装时，其小口的周长和直径要以极板为依据，同时留出纵缝收缩的余量（每条焊缝收缩约1.5mm）。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术半球法组装法半球法组装法 6)纵缝点固焊（每隔300mm点焊80-100mm）。在下口焊接龙门板（内侧）7)要求预热时，在内侧安装加热器，进行预热，焊接外焊缝并按要求进行后热。在上下温带外纵缝焊完后，在组装上下极板，否则温带上口不能自由收缩，使环向焊缝承受较大内应力，影响环焊缝质量。8)在上下温带的适当部位焊上吊装转轴，用两台吊车将其翻转，并

43、将下温带板与下极板放在胎架上，或者用道木架起，以利于焊接施工和焊缝检验。9)碳弧气刨清根、打磨及着色检查。10)外侧加热，焊接内缝并后热处理。清除工卡具和定位块，并进行打磨。11)进行X射线检查，并按返修工艺进行返修。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术半球法组装法半球法组装法 2、球罐组装程序1)按下温带下口标高和直径制作胎架或用道木搭设。2)吊装赤道带和下极，将其放在胎架上，找正上口水平度及与基础圆的同心度。3)吊装赤道带与下温带组装环缝、调口、点固焊。4)组对支柱，测量垂直度，点固焊并焊接完，在立柱底板和基础垫板之间涂以黄油。5)吊装上温带和上极组装、调口、点固焊。6)搭

44、设内部脚手架，焊接赤道带上下环缝，并进行质量检查。上述三种方法各有优缺点，对于某一台球罐采用那种方法组装，可根据球罐大小、结构形式、板材厚度、组装条件和现有设备能力等因素，综合考虑而定，主要目的是方法先进，省事省力，经济效果明显。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术三种组装方法优缺点和适用范围表组装方法选择参考表 方法散装法分带组装法半球组装法1. 不需要大型吊装机具1. 在平台上可完成大部分安装量。减少高空作业，易保证焊质量1. 减少高空作业2. 不需要组装平台节省材料2.便于使用自动焊2. 焊缝处于有利焊接位置，易于保证焊接质量3. 几何尺寸易调整，组装应力小3.便于使用自

45、动焊1. 高空作业量大1. 需要大型吊装机具1. 需要较大型吊装机具2.全位置焊接时对焊工要求高2. 需要大平台，费工费料2. 须铺设大平台费工费料3. 脚手架复杂，装拆工程量大3. 翻转次数多，增加了起重作业量优点缺点散装法环带法半球法1500（m3）2000（m3）5000（m3）10000（m3）120（m3）组装方法200（m3）400（m3）650（m3）1000（m3）球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术组装中的问题与解决办法难点和重点分析 1、工装卡具：球罐组装时，主要是借用工装卡具来完成的，并在焊接时起到反变形的作用，所以工装卡具在球罐组装过程中至关重要。2、脊

46、板形卡码、日子卡、龙门卡：球壳板组装时主要控制错边量和对口间隙，普遍在球罐施工中使用日字形卡具，配合销子楔铁及事先焊好的定位块来实现球板的临时固定和调整。日字形卡具在使用中存在销子易崩出、挂接错边较大的相邻板时困难等弊端，对此，我们制作了脊板形卡码配合使用。脊板形卡码的U型板具有一定的高度，在球壳板组装定位未到位，相邻板错位较大时，可以达到临时挂接固定，方便进一步的操作施工。两种卡具配合使用，弥补了不足，提高了施工效率。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术组装中的问题与解决办法难点和重点分析 3、组对间隙调整卡具：组对间隙与施工质量密切相关，过大或过小的组对间隙都会导致后续工序

47、施工难度的增加，同时影响到焊接质量，组对间隙不适宜处极易产生气孔、夹渣等焊接缺陷。于是在组装时，要尽量保证对口间隙的一致、均匀，进行间隙调整。球罐调口时，常常使用龙门板、角型卡码等临时焊接件进行，然而对于球罐施工，这样的临时焊接件时极为有害的，临时焊接处最易产生裂纹缺陷，实践证明70%的缺陷出现在临时焊接处。对质量的损害是显而易见的，且费工费料，应尽可能的减少。为此制作专用卡具用以调整组对间隙 。组对间隙调整卡具上的方孔套入相邻球壳板边缘的定位块上，利用千斤顶进行缝隙的调整。扩大间隙调口卡具缩小间隙调口卡具球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术组装中的问题与解决办法难点和重点分析

48、 4、调整错边量卡具：在球罐组对质量的进一步仔细调整中，同样为减少临时焊接对球壳板的伤害，制作了调整错边量卡具。调整错边量卡具使用这些组对质量控制卡具，无须与球壳板进行焊接，既节约材料，同时大大减少龙门板、角形卡码等临时焊接件对球壳板的损伤。并且调整工具通用性好，可重复使用，为以后的施工蓄备的条件。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术组装中的问题与解决办法难点和重点分析 5、合拢时的间隙调整：一个环带的最后一块球壳板组装位置很关键，其间隙偏大偏小均不能保证施工质量，因此在吊装每一块球壳板时，就必须掌握好规定的位置。吊装前，应划定组装位置并检查相应位置的球壳板宽度，计算出平均间隙

49、值，严格控制。应随组装随时进行调整，把间隙误差平均分配到每条焊缝上，不要集在最后两道焊缝上。6、叠合的调整：在球壳板组装过程中有时会出现球壳板上口（或下口）合拢后，下口（或上口）与另一块球壳板重叠起来。这种情况的发生，一般是水平口不整齐或是环缝下料不精确所造成的。处理方法是先把球壳板固定端校准后焊上连接板，然后再用卡具或其他办法使重叠部分恢复到正确位置，但必须保证环缝位置的间隙的准确性，决不强制装配，野蛮施工。7、中心柱：中心柱是组装球罐的一种重要设施，起作用主要是借助形钢或钢丝绳来拖拉装拼和固定球瓣，并利用中心柱装设平台和三角形角架等，为组装、焊接、检验等工作提供良好的作业条件。球形储罐的现

50、场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的焊接技术球形储罐的焊接技术 焊接是球罐建造中最为关键的工序，焊接质量关系到建造成本和球罐运行中的安全可靠性，据国内外球罐事故资料介绍，国内外球罐破坏事故中，因焊接质量而产生裂纹的占41%，是相当严重的。 球罐焊接方法主要有四种，手工电弧焊，埋弧自动焊，CO2保护焊，电渣焊，常用的方法主要是手工电弧焊和自动焊。从焊接质量看，除电渣焊要求正火处理外，其它方法均能满足要求，都有成功的先例。我这里主要阐述一下手工电弧焊。因为埋弧自动焊和CO2保护焊，需要转胎或焊机运行轨道等大型工装，价格昂贵，准备时间长，施工技术不稳定，在国内很少使用，远未普及。手工电

51、弧焊方法除了焊工的劳动强度高以外，具有焊接成本低，多道多层焊接能使焊缝和热影响区组织因多次回火而改善、焊接接头韧性明显提高。产生的缺陷易于返修等优点。经过实践证明，球罐的焊接采用手工电弧焊目前仍是最合理的方法，因而被广泛采用，成为球罐焊接的主要方法。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术球罐的焊接工艺规范球罐的焊接工艺规范 为了能够得到优质的焊缝，并能避免产生冷裂纹和热裂纹，球罐焊接之前必须制定严格的焊接工艺。其焊接工艺是使焊缝的约束力、淬硬组织以及扩散氢的富集尽可能的少。球罐的焊接工艺的制定应建立在钢材的焊接性试验、焊条试验以及焊接工艺评定综合性试验的基础上。其焊接工艺的主要内

52、容包括：焊接顺序与层序，操作技术中的注意事项焊条的烘干与管理，预热及后热除氮，焊接线能量，碳弧气刨清根，焊缝及球壳板缺陷的修复，定位焊与固定焊，焊接环境等。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术球罐焊接顺序球罐焊接顺序 焊接顺序的制定主要是为了减小焊接变形和焊接应力，球罐施焊顺序原则是先焊纵焊缝，后焊接环焊缝，先焊接大坡口焊缝，后焊接小坡口焊缝，目的是使焊接应力减小，呈均匀分布，将焊接变形控制在最小范围内，同时防止冷裂纹的产生。以1000m3球罐为例，散装法的焊接顺序为： 赤道带纵缝焊接（外）-下温带纵缝焊接（外）-上温带纵缝焊接（外）-赤道带纵缝焊接（内）-下温带纵缝焊接（内）

53、-上温带纵缝焊接（内）-赤道带与上下温带环缝焊接（外）-赤道带与上下温带环缝焊接（内）-上极板与上温带板间环缝焊接（外）-上极板与上温带板间环缝焊接（内）-下极板与上温带板间环缝焊接（外）-下极板与上温带板间环缝焊接（内）球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术焊接工艺操作要点焊接工艺操作要点 1、焊接时必须在坡口内引弧，严禁在坡口外引弧有擦伤球壳板的现象，防止造成淬硬的弧坑缺陷和弧坑微裂纹。 2、为了保证焊缝接头的质量，焊接时换焊条的速度要快，在熔池较高的温度下，再引弧容易，而且准确。 3、第一层旱道要直线运条，短弧焊，不能挑弧，尽量达到反面成型，不能认为第一层旱道基础在背面清根

54、时要刨掉，就可以随便施焊。第一层焊缝包括严重的氧或氮的化合物，就会影响第二层焊缝质量。另外，第一层焊缝的夹渣和气孔等缺陷，也会影响第二层的焊缝质量。 4、焊接时，焊条保温筒必须通上电源。施焊时，焊工手中的焊条量，宜保持在五根左右，以防止焊条较长时间暴露在空气中，会增加焊缝中扩散氢的含量。严禁使用焊条筒以外的焊条施焊球罐。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术焊接工艺操作要点焊接工艺操作要点 5、立焊时，除第一层旱道外，其余各层采取摆动运条，为避免旱道两侧夹渣，在摆动到坡口两侧时，电弧停留的时间要略长一些，同时电弧的长度也要增加，使熔敷的旱道呈凹形。立焊表面的运条与中间各层不同，在

55、电弧摆到坡口两侧时，要压短电弧，均等的增加停留时间，并保证电弧到位正确，以防止出现焊缝咬边或缺肉现象。 6、横焊时，每道第一根焊条要在焊点前10-15毫米处引弧，然后迅速拉回道施焊点进行焊接。 7、每组焊工之间的焊接速度要基本保持一致。焊接速度不一致，会使局部变形过大，应力不均，导致焊缝产生裂纹或定位焊开裂。 8、焊接纵焊缝时，各层的起头和结尾两端的焊肉，必须焊到横缝的坡口内，并且要有一定的焊肉高度，这样才能更好的保证T字口处的焊接质量。在横焊前，把多余的焊肉刨掉，打磨后确认无裂纹方可焊接。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术焊接工艺操作要点焊接工艺操作要点 9、仰焊时，由于磁

56、偏吹较大，焊条融化的金属因重力作用，不易过渡和建立熔池。为改善这种条件，可以采取以下三种措施： a 加长焊缝两端的定位焊长度，减轻端部的偏吹程度； b 尽可能缩短电弧；采用顶弧运条； c 在焊接较宽焊缝的仰焊时，采用多道焊法。尽量缩小熔池体积，也就是减少了因重力大，熔池不易建立，焊条金属不易过渡的困难。 10、横焊时，每层每道的焊渣要彻底清除，带渣施焊容易产生夹渣。应该指出，横焊焊缝是球罐焊接缺陷最容易产生的部位，其原因是由于横焊缝的焊接是在所有纵焊缝焊完之后，整个环焊缝各处的预应力都较大，并且应力状态较复杂。在这种情况下焊接横焊缝，势必会导致产生更复杂的应力状态，也最容易产生裂纹缺陷。尤其是

57、在焊第一层焊道时，影响最大。为此，必须精心制定焊接方法和焊接顺序，合理排列焊道层序，正确掌握运条角度。对沟纹深的部位焊接时，要特别注意夹渣和未融合。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术碳弧气刨的清根与打磨焊缝碳弧气刨的清根与打磨焊缝 用碳弧气刨清理焊根金属，是目前是目前使用的一种有效方法。用碳弧气刨清根不但速度快，质量好，而且节省工时。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术对碳弧气刨清根的要求对碳弧气刨清根的要求 1、碳弧气刨清根需要由熟练的焊工经过一段时间培训之后，才能上罐进行操作。大坡口面焊完后在小坡口面进行清根时，对普通碳素钢和低合金钢材质的焊缝，不需要预热

58、的气刨。对于高强度大厚度的低合金钢，最好在除氢之后马上进行气刨。因为，此时焊缝温度较高。如果，不能在除氢处理后马上进行气刨，就要考虑刨前的预热问题。尤其在气温达0以下时气刨，就要更注意这个问题。气刨时，焊缝金属是从高温一下子骤冷到500以下，只须1-2s时间，而且淬硬层可达1-1.5毫米，很有可能导致产生裂纹的危险。因此，对此类钢种的焊缝气刨清根要进行预热。预热温度应与焊缝焊接时的温度相同。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术对碳弧气刨清根的要求对碳弧气刨清根的要求 2、气刨时，刨道要光滑，刨槽深度应以、刨掉第一层焊肉为准。焊缝对口组装良好，第一层焊缝质量较好的焊缝，可不用把第

59、一层焊肉全部刨掉，只刨钝边部分即可。刨槽底部的半径应等于所用碳棒的半径，然后，修理坡口两侧，使之成为U形壮，这样的坡口形式与设计的坡口形式稍有改变，但更适于焊工施焊，并且还可以弥补由于组装时对口间隙的不均，加之有钝边的错位，定位焊接质量不一致等多种因素，都会影响第一层焊缝质量，如穿透多少不均，成型好坏不一样，焊肉厚度不一致。这些问题的存在，决定了气刨深度不可能太浅。有经验的气刨工，即要考虑这些因素，又要根据实际情况，掌握气刨的深度。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术对碳弧气刨清根的要求对碳弧气刨清根的要求 3、碳弧气刨的深度不能太大，因为，深度的增大会导致坡口的宽度增大，从而

60、增加了填充金属和角变形，但各别部位发现了深埋缺陷，也可以相应加深刨量。 4、刨道的合格标准为：刨道宽窄一致，深度一致，个别深处的槽底过渡要平缓圆滑，不能出现凸凹不平、刨歪、碳弧打火伤及坡口现象。 5、碳棒最好采用10毫米，气刨设备可采用两台26KW的直流电焊机，反接并联使用。空气压缩机的风压不得小于0.4Mpa。球形储罐的现场施工工艺技术球形储罐的现场施工工艺技术对碳弧气刨清根的要求对碳弧气刨清根的要求 6、气刨后的坡口，要磨掉0.5-1毫米深的渗碳层，并修整坡口形状以适应焊接的要求。要注意坡口内的粘渣、顶碳以及铜斑等必须彻底磨除，打磨后的坡口必须全部露出金属光泽。 7、打磨时要注意砂轮要往复