400立球罐工程施工组织设计方案.docx
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400立球罐工程施工组织设计方案
一建公司专有技术
文件编号：
NMXM-CYSS-JSCS-080-2011
中国石油呼和浩特石化公司500万吨/年炼油扩能改造项目
空分站
球罐施工方案
中国石油天然气第设公司
项目经理部
二零一一年十月二十五日
版次：
第A/1版
1编制说明1
1.1工程简介1
1.2编制依据1
2工程概况1
2.1工程实物量1
2.2球罐设计参数2
3施工计划2
4施工程序2
5施工准备4
5.1基础验收4
5.2材料验收4
5.3技术准备5
5.4施工现场准备5
6球罐组装5
6.1吊车的选用5
6.2下段支柱安装6
6.3赤道带组装6
6.4下极带边、中板组装6
6.5上极带边、中板组装7
6.6组装检查7
6.7脚手架结构8
7球罐焊接8
7.1焊接方法8
7.2焊工资格管理8
7.3焊材的选用8
7.4焊材管理8
7.5焊前准备9
7.6球壳点焊10
7.7预热及后热消氢处理10
7.8焊接气象管理10
7.9焊接规及焊层安排10
7.10焊接顺序10
7.11焊工分布11
7.12丁字接头的处理11
7.13气刨清根11
7.14焊接中的控制容11
7.15焊缝检查合格的叛定方法及主要要求11
7.16局部修补程序12
7.17产品焊接试板13
7.18焊接工程记录13
8球罐热处理13
8.1热处理（PWHT）工艺管理及实施13
8.2施工方法14
9球罐水压试验21
9.1试验方法与技术要求21
9.2基础沉降观测22
9.3试验注意事项及安全要求23
9.4试验岗位与分工23
10质量保证体系及措施24
10.1质量保证体系24
10.2质量保证措施24
11安全防护措施25
12主要施工机具及材料一览表26
13工程劳动力综合平衡计划29
1编制说明
1.1工程简介
空分装置两台400m3中压氮气储罐（0714-V-103A、B）位于空分装置主厂房南侧，由我公司承建，石油化工工程公司EPC总承包单位，建设单位为中国石油呼和浩特石化分公司，寰球工程公司呼和浩特石化公司第二联合装置项目监理部进行施工监理，中国石油华北工程质量监督站呼石化分站进行工程质量监督。
为指导现场球罐施工，特编制本施工方案。
1.2编制依据
《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004-2009
《钢制压力容器》GB150-1998
《钢制球形储罐》GB12337-1998
《球形储罐施工及验收规》GB50094-2010
《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708-2000
《钢制压力容器焊接规程》/T4709-2000
《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》JB4744-2007
《压力容器无损检测》JB4730-2005
球罐施工图（GJ1101-设01/1～7）
公司2011A版《质量管理手册》
公司2008版《压力容器现场组焊质量保证手册》
2工程概况
2.1工程实物量
（1）400m3氮气球罐（0714-V-103A/B）安装工程量
序号
工程容
数量
单重（kg）
总重（kg）
1
赤道带板
16
3519.9
56318.4
2
上极带中板
1
4731.6
4731.6
3
上极带边板
2
3548.7
7097.4
4
下极带中板
1
4731.6
4731.6
5
下极带边板
2
3548.7
7097.4
6
共计
22
—
79976.4
（2）400m3球罐焊缝（球壳板对接焊缝）总延长米约184m（以径计算）。
（3）单台球罐无损检测工作量如下：
序号
检测方法
工程容
检测比例
级别
备注
1
超声检测
（UT）
球壳板超声检测复验（含周边100mm围）
20%
Ⅲ
JB4730-2005
球壳板超声检测复验（全面积检测）
20%
JB4730-2005
球壳板现场组焊对接焊缝（射线检测后）
20%
Ⅰ
JB4730-2005
2
磁粉检测
（MT）
球壳板对接焊缝外表面
水压试验前
100%
Ⅰ
JB4730-2005
水压试验后
20%
Ⅰ
JB4730-2005
3
射线检测
（RT）
球壳板现场组焊对接焊缝（焊接完24h后）
100%
Ⅱ
JB4730-2005
（7）其它容：
球罐焊后整体热处理、水压试验；球罐外表面进行除锈；球罐支柱及拉杆除锈并涂防火涂料。
2.2球罐设计参数
400m3氮气球罐（0714-V-103A/B）设计参数如下：
设计压力：
2.5Mpa操作压力：
2.0Mpa
设计温度：
70℃操作温度：
常温～50℃
水压试验压力：
3.12Mpa全容积：
408m3
主体材质：
16MnDR容器类别：
III类
壁厚：
38mm储存介质：
氮气
3施工计划
本工程计划开工时间为2011年10月28日，计划完工时间为2011年12月26日，具体施工计划见附表。
4施工程序
施工程序见下图：
施工程序图
现场报检
基础验收
上、下段柱腿组装
赤道带板组装
下极带板组装
上极带板组装
纵缝焊接
附件焊接
环缝焊接
无损检测
整体热处理
水压试验
防腐涂漆
交工
赤道带检查
1、直径、圆度
2、间隙、错口、角变形
3、支柱垂直度
外脚手架搭设
外脚手架搭设
防风棚搭设
1、焊工考试
2、焊接工艺评定
3、焊条复验
4、加热系统预置安装
工序交接检查
1、直径圆度
2、错口间隙棱角度
3、支柱垂直度
清根PT打磨
中间验收
1、几何尺寸检查
2、审片
3、测厚
4、焊接资料审查
内脚手架拆除
产品焊接试验样板
5施工准备
5.1基础验收
按照施工蓝图（土建）技术要求及GB12337-1998相关规定对球罐基础核实施工资料，对外观质量和几何尺寸进行验收，基础验收合格才能进行安装。
合格要求：
（1）各项质量检测资料齐全；强度符合设计要求；交付安装前应在基础上标出基础中心线、基础标高线。
（2）外观：
基础外表面不应有裂纹、露筋、蜂窝等缺陷。
（3）几何尺寸：
允许几何尺寸偏差见下表。
基础各部位尺寸允许偏差
序号
项目
允许偏差
1
基础中心圆直径（Di）
±5mm
2
基础方位
1°
3
相邻支柱基础中心距（S）
±2mm
4
支柱基础上的地脚螺栓中心与基础中心圆的间距（S1）
±2mm
5
基础标高
各支柱基础地脚板上表面标高
-3mm
相邻支柱基础地脚板标高差
3mm
6
单个支柱基础上表面的水平度
2mm
注：
Di为球罐设计径
5.2材料验收
1、球罐零部件产品质量证明书及零部件的到货数量与图纸相符。
《产品质量证明书》应包括以下容：
（1）球壳板及其组焊件的出厂合格证；
（2）材料质量证明书；
（3）材料代用审批文件；
（4）设计修改通知单；
（5）无损检测报告。
2、按照施工蓝图技术要求及GB12337-1998相关规定对球罐板和柱腿进行几何尺寸验收；并对球罐板表面进行检查，表面不得有裂纹气泡、结巴、折叠和夹杂等缺陷；球罐板现场超声复查和测厚（抽查比例不少于球罐板数量的20%，每带不少于2块，上下极各不少于1块，合格级别JB4730-2005Ⅲ级）。
球壳板几何尺寸允许偏差见下表。
球壳板几何尺寸允许偏差
项目
允许偏差（mm）
长度方向弦长L1L2L3
±2.5
任意宽度方向弦长B1B2B3
±2
对角线弦长D
±3
两条对角线间的距离
5
3、焊条应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T5117和现行国家标准《低合金钢焊条》GBT5118的规定。
焊接材料具有合格证明书，质量证明书应包括熔敷金属化学成分和机械性能报告，并按批号进行了扩散氢复查，扩散氢复检扩散氢含量小于6ml/100g（E5015-G）。
5.3技术准备
1、各职能部门、管理人员认真熟悉400m3球罐的施工图纸，做好设计交底和图纸会审工作。
2、详细向施工班组进行技术交底。
3、向监检机构申报对球罐现场组焊监检所需报检资料（焊接工艺评定、焊接材料质量证明、扩散氢复检报告和施工人员资质等）的准备工作。
4、核查无损探伤人员和焊接人员资质。
从事球罐焊接的焊工和无损探伤人员必须持有劳动部门颁发的有效合格证书。
5.4施工现场准备
1、道路通：
罐区周围设8-10米宽的环形道，以备球罐组装时吊车行走。
2、电通：
从低压配电盘上接出电缆供施工生产用电。
3、水通：
由供水管网引进施工现场一根DN80管子，作为施工生产临时用水。
4、施工临设及机具、人员到位。
6球罐组装
6.1吊车的选用
该工程球壳板单板最大吊装重4.7316吨，最大吊装高度11米，球壳板及吊车对应数据见下表：
赤道带
上极带
最大吊装重量
3.5199吨
4.7316吨
扒杆高度
22.1米
22.1米
回转半径
10米
10米
额定载荷
6.6吨
6.6吨
核算
载荷大于吊重[P]>Q
载荷大于吊重[P]>Q
通过以上数据分析，施工时选用25吨吊车、载荷重量、吊装高度均能满足球壳板极限重量和高度的要求，可以完成全部吊装任务。
因此，球罐组装采用两台25吨吊车进行吊装。
6.2下段支柱安装
基础验收合格后，用吊车将支柱腿吊装就位并拉紧斜拉杆。
6.3赤道带组装
以25t汽车吊为主，吊装组对赤道带。
先吊装相邻两块带柱腿的赤道板，与下部柱腿对接后，利用斜拉杆，调整赤道板。
为了防止赤道板过长，下端偏重，可用拖拉系于赤道板上端，用倒链进行调整。
利用地脚螺栓和拉杆把上下柱腿锁紧，用拖拉绳（3根）定位找正后，再按板号顺序吊装一块不带柱腿的赤道板插于中间、用卡具固定并调整间隙、错口。
然后依次安装带柱腿的赤道板、不带柱腿的赤道板，直至赤道带组装完。
赤道带是单片散装组对的基准，赤道带的组装质量直接影响下道工序的进行，所以在赤道带在组装过程中要及时利用水平管和弧形样板测量组装情况，应用拖拉绳和倒链、工卡具把组装尺寸控制在规之。
组装完毕后要及时测量组装的椭圆度（小于或等于50mm）和赤道线的水平度（小于或等于6mm）。
6.4下极带边、中板组装
在赤道带组装前应先将下极带三块板按编号顺序、方位吊装至基础中心，为下极带吊装组对提前做好准备。
吊装下极带边板，吊车挂钩应从球体上部穿入，穿过赤道带吊装，吊装到位后用卡具与赤道带下口固定，用拖拉绳固定并调整角度；待两块边板组装完毕，调整球壳板对口间隙、错口、棱角度。
然后吊装下极带板中板，与下极带边板固定，调整球壳板对口间隙、错口、棱角度。
6.5上极带边、中板组装
上极带边、中板组装与组装下极带边、中板的方法相同。
上极带中板最后组装。
6.6组装检查
球罐采取分片整体组装的施工方法,组装完毕后对焊缝错口、角变形及间隙、椭圆度、支柱垂直度进行检查，并做好纪录，发现不合格时及时调整。
组装焊缝100%检查，每条焊缝500mm检查一点；球罐的椭圆度检查为上、下极各4点（4条直径），赤道截面为8点（4条直径）；支柱垂直度检查为每根支柱各检查径向和周向两个值。
检查方法：
使用焊缝检验尺、样板、钢板尺、经纬仪和直尺。
组对几何尺寸合格要求：
等厚度球壳板组装时的对口错边量
球罐组装尺寸允许偏差一览表
项目
允许偏差
组装焊缝
组对间隙
2±2mm
错边量
≤3mm
棱角度
≤7mm
赤道带水平偏差
相邻两块赤道板
≤3mm
单块赤道板
≤2mm
任意赤道两块板
≤6mm
椭圆度
≤27.6mm
垂直度
≤12mm
6.7脚手架结构
采用外满堂红脚手架（钢管φ48mm×3.5mm和钢跳板）及临时组对三角架。
7球罐焊接
球罐焊接严格执行《压力容器焊接规程》及相关的规标准。
施焊前应根据《承压设备焊接工艺评定》和有关规核定焊接工艺评定报告，编制焊接工艺卡指导施工。
焊条的保管、烘干、发放和使用遵照公司《压力容器现场组焊质量保证手册》（Q/CNPC--YGSG322.02--2008）中有关规定执行。
7.1焊接方法
球罐本体、支柱与赤道板的焊接及球罐点焊均采用手工电弧焊分段退焊。
7.2焊工资格管理
为保证球罐焊接质量，焊工的管理必须符合以下规定：
1、施焊的焊工必须持有国家质量监督检验检疫总局颁发的《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》合格证。
本次球罐焊接具体合格位置为：
SMAW-Ⅱ-（1G、2G、3G、4G）-12-F3J，焊工不得超项目施焊。
2、参加球罐焊接的焊工的技术水平须经项目技术质量部的认可。
7.3焊材的选用
1、手工焊焊条选用J427（E4315）、J507RH（E5015-G），焊条必须具有质量证明书，各项指标应符合相关国家标准的规定。
2、本次施焊选用下列焊材见下页表：
牌号
焊条直径
适用围
E5015-G
φ4.0
16MnDR之间的焊接
E4315
φ3.2、φ4.0
16MnDR与碳钢、碳钢与碳钢间之间的焊接
7.4焊材管理
焊材管理严格与否，直接关系到焊接的质量，因此，焊条的管理必须做到以下几点：
1、扩散氢含量复验。
焊条（E5015-G）使用前，按其批号对扩散氢含量进行复验，扩散氢试验方法应按GBT3965规定进行测定。
E5015-G焊条的扩散氢含量应小于6ml/100g，否则禁止用于球罐焊接。
2、焊材库房设置干湿温度计，确认空气相对湿度应在60%以下，当空气相对湿度在90%以上时，需设置空气去湿机。
3、指定专人负责管理焊材的领取、烘干、发放及回收，焊材的烘干应按产品说明书的要求烘干，说明书无要求时，烘干温度如下：
焊条
烘干温度
时间
备注
E5015、E5015-G
350～400℃
1小时
烘干次数不可超过2次
焊条烘干后置于100℃～150℃恒温箱。
焊条烘干人员应对所烘干焊条批号、时间、数量、规格进行完整记录。
烘干后的电焊条，在焊条保温桶搁置4小时以上，应再次烘干。
烘干次数限于2次，多则报废，不许用于球罐焊接。
对再烘干及报废的焊条应做好明显标识，回收处理。
4、搬卸电焊条时，应防止碰掉药皮、焊条棒受损等情况。
不允许使用药皮碰掉、弄脏或变质的焊条，应特别注意勿使电焊条受潮，必须使用充分干燥的焊条。
5、焊条的发放与回收。
焊材管理人员，应对每位焊工的焊条发放及回收加以管理，记录发放时间、焊条牌号、直径、数量、焊接位置及回收数量。
7.5焊前准备
球罐正式焊接前，必须做好如下准备，方可开焊。
按业主要求焊工施焊前应进行资格考试，考试合格后方可上岗作业。
施焊前应搭建防风棚并对焊接区域（坡口表面和两侧至少20mm）除锈、油污等。
焊机所采用的电缆与距离相适应，橡皮电缆应有足够的芯线截面。
多台焊机应装单独的接地线。
焊工需配齐砂轮机、钢丝刷等工具。
在正式焊接前，应办理组装与焊接的工序交接，保证这一停检点的各项指标达到GB12337-1998及GB50094-2010标准要求，并由技术人员对焊工进行球罐焊接技术交底。
焊接工艺评定。
我单位已有合格的16MnDR钢手工电弧焊焊接工艺评定，在施工前将按程序报验焊接工艺评定。
实际焊接工艺按评定和针对本次工程编写的焊接工艺卡执行。
焊前清理焊接前焊工应用钢丝刷等工具，将焊接区域的锈斑、油渍等粘附物彻底清除。
球罐预后热采用石油液化气火焰加热，焊接前设备应进行试验，保证达到使用要求。
7.6球壳点焊
点焊可使球罐焊接时减少焊缝变形，需充分重视。
1、点焊应用E5015-G焊条。
2、原则上点焊在焊缝小坡口一侧进行。
3、点焊的焊缝长度≥80mm，其间距为300～500mm。
4、点焊应执行球罐手工焊焊接工艺。
7.7预热及后热消氢处理
根据标准规定，本次球罐焊接必须进行预热及后热消氢处理，具体规定如下：
1、预热温度以焊接工艺评定为准，层间温度100～200℃且不低于预热温度，后热温度200～250℃，时间30分钟；预热围为焊接接头两侧120mm。
2、测量温度用表面温度计在距焊缝中心50mm处对称测量。
编号
厚度
预热温度
后热温度
后热时间
V-103A、B
38mm
100～150℃
200～250℃
30分钟
7.8焊接气象管理
当出现下列任一情况，应采用适当有效的保护措施，否则禁止焊接。
1、雨天；
2、手工电弧焊时风速超过8m/s；
3、相对湿度在90%以上。
（温度及相对湿度的测量在距球罐表面0.5～1m处测定）
7.9焊接规及焊层安排
详见焊接工艺卡。
7.10焊接顺序
球罐焊接顺序遵循“先焊纵缝后焊环缝；先焊赤道带，后焊极带；先焊大坡口一侧，后焊小坡口一侧”的原则。
焊缝大坡口焊完后，选用8mm碳棒,进行小坡口一侧的清根。
清根需保证缺陷完全清除，经砂轮机打磨除去渗碳层，PT检查合格后进行小坡口焊接。
本装置2台400m3球罐焊接具体顺序如下：
序号
焊接位置
附属作业容
备注
1
赤道带外口
口清根打磨PT
2
上极带中、边板间纵缝外口
口清根打磨PT
3
下极带中、边板间纵缝外口
口清根打磨PT
4
上、下环缝外口
口清根打磨PT
5
赤道带口
6
上极带中、边板间纵缝口
7
下极带中、边板间纵缝口
8
上、下环缝口
9
附件焊接
球罐外、部所有垫板
7.11焊工分布
赤道带焊接时由多名焊工应均匀分布对称焊接，极带边板、中板焊接时，每条缝由多名焊工对称焊接。
7.12丁字接头的处理
焊接时应将纵缝焊至环缝坡口，然后在环缝焊接前，用砂轮机修理丁字接头处使其与环缝坡口一致，再进行环缝焊接。
7.13气刨清根
焊缝大坡口焊完后，选用8mm碳棒，采用碳弧气刨进行小坡口一侧的清根。
清根需保证缺陷完全清除，气刨完后经砂轮机打磨除去渗碳层，PT检查合格后进行小坡口焊接。
7.14焊接中的控制容
焊接中的控制直接关系到焊接质量，因此必须对焊接参数和预后热温度严格控制。
1、焊接参数控制。
焊接过程中，应有专人对每位焊工焊接的每一层焊缝测量其电流、电压和焊接速度，并作好记录，同时计算出焊接线能量。
2、预后热控制。
焊前预热及焊后消氢处理应有专人对温度进行测量和控制并作好记录。
7.15焊缝检查合格的判定方法及主要要求
球罐焊接后，进行下列项目检查:
1、焊缝及热影响区不应有裂纹、气孔、夹渣、凹坑、未焊满、咬边等缺陷。
2、球罐对接焊缝100%进行射线拍片检查，达JB4730-2005Ⅱ级合格，然后20%超声波复查（含全部丁字焊缝）Ⅰ级合格。
3、热处理前，对接焊缝、接管角焊缝外表面，垫板角焊缝外表面、卡具吊耳去除后焊痕表面，进行100%MT检查，按JB4730-2005Ⅰ级合格。
4、焊缝和热影响区表面不得有裂纹、气孔、咬边、夹渣、凹坑、未焊满等缺陷；表面缺陷修补后，应进行100%MT检查，按JB4730-2005Ⅰ级合格。
5、角焊缝的焊脚尺寸应符合设计图样要求；焊缝的宽度应比坡口每边增宽l～2mm；
6、对接焊缝的余高应符合下表的要求。
对接焊缝余高（mm）
坡口深度（mm）
焊缝余高（mm）
≤12
0～1.5
12＜δ≤25
0～2.5
25＜δ≤50
0～3
注：
坡口深度是指单面焊为母材厚度，双面焊为坡口钝边中点至母材表面的深度,两侧分别计算。
7、球罐焊接后，除外观和焊接质量符合要求外，几何尺寸应符合下表的要求。
球罐焊后几何尺寸允许偏差
项目
允许偏差
焊缝角变形（包括错口）
≤10mm
球罐椭圆度
≤80mm
支柱垂直度
≤50mm
7.16局部修补程序
球罐焊接完成后，若发现超标缺陷需按以下要求进行处理：
1、球壳表面缺陷，焊缝咬边等，如需用砂轮机修磨时，应打磨平滑或加工成具有圆滑过渡的斜坡。
2、球壳表面缺陷进行焊接修补，当为划伤及成形加工产生的表面伤痕等形状比较平滑的缺陷时，可直接进行堆焊。
如直接堆焊可能导致裂纹产生时，可用砂轮机将缺陷清除后再进行堆焊，堆焊后的表面应打磨平滑，或加工成高度在1.5mm以下,具有圆滑过渡的斜坡。
3、对焊缝咬边和焊缝裂纹进行焊接修补时，应先用砂轮机将缺陷清除并修理成便于焊接的凹槽形状，再进行焊接补修，其长度应在50mm以上，修补焊道上应加焊一道凸起的回火焊道，回火焊道焊完后，再磨去回火焊道多余的焊缝金属，使其与主体焊缝平缓过渡。
4、部缺陷修补。
部缺陷的清除应在球壳板厚度的三分之二，即25mm以下，如超过25mm厚度仍残留缺陷时，应修补好该面，然后在其背面清除缺陷进行焊接修补。
焊接修补的焊缝长度均在50mm以上。
5、修补采用与球罐焊接相同的焊接工艺，预热温度尽可能提高到上限值，在以修补处为中心，半径150mm围进行预热。
6、同一部位的返修次数不得超过两次。
7.17产品焊接试板
球罐焊接时，选择参加球罐焊接，水平一般的焊工焊接产品试板。
1、每台球罐制作横、立、平加仰焊试板各一块，尺寸为650mm×360mm×38mm；
2、产品试板与球罐板同时运到现场，并保证钢号、厚度、炉批号与球罐板一致；
3、试板的焊接应在与球罐焊接相同的条件和工艺下进行；
4、试板应经外观检查后进行射线检查，合格标准与球罐相同；
5、试板与球罐一起进行热处理；
6、试板的检验按JB4744-2007有关规定执行。
7.18焊接工程记录
焊接工程施工中要保证下列记录的及时、准确和完整性，以作为最终焊接交工资料。
1、焊工名册及书；
2、焊工位置排版图；
3、焊条复验报告；
4、焊条烘干记录；
5、焊条发放回收记录；
6、焊接气象记录；
7、球罐焊接工艺报告；
8、焊缝局部返工记录。
8球罐热处理
根据施工图纸和规要求2台400m3球罐（V-103A/B）现场焊后进行整体热处理施工。
8.1热处理（PWHT）工艺管理及实施
1、PWHT目的
根据规及设计图纸的要求，球罐焊后要进行整体热处理。
球罐整体热处理具有如下几方面的优点：
消除焊接残余应力；
改善母材、焊接区的机械性能，降低峰值硬度，提高断裂韧性，增强抗应力腐蚀的能力；
析出溶解氢，缓解氢脆和延迟裂纹；
提高球罐安全性。
2、PWHT准备申报及联合检查
PWHT实施条件：
焊接作业结束，经检验合格；
无损检测（RT、UT、MT、PT）作业结束，并由无损检测责任工程师出具检测报告，确认无误。
并经当地技术质量监督检验机构认可；
球罐几何尺寸检查合格，记录经工艺责任工程师、质检责任工程师签字确认；
PWHT施工技术措施经有关部门审定批准；
球罐本体垫板已焊接完毕，并经过检查无误。
申报与检查确认：
热处理前由质保工程师组织，各专业责任工程师参加，对组装
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