球罐安装工程施工设计方案.docx

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球罐安装工程施工设计方案

中国神华项目

球罐安装施工方案

编制：

审核：

审批：

附录A

第一章编制依据

1.1XXX项目《项目管理手册》。

1.2XXX总承包项目部编制的《XXX项目管理手册》中质量管理体系、HSE管理体系和相关的程序及管理规定。

1.3质量监督计划。

1.4XXX设计院的施工图。

1.5执行规范标准

《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范》GB50094—98；

《压力容器无损检测》JB4730—2005；

《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局；

《钢制压力容器焊接规程》GB/4709—2000；

第二章工程概况及工程特点

第一节工程概况

XXX项目公用工程空压站2×400m3球罐工程施工内容为1台400m3仪表空气储罐（791-T-001）和1台400m3装置空气缓冲罐（791-T-002）的组装、焊接。

本工程项目由XXX设计院EPC工程总承包，中国石化集团XXX建设公司安装施工。

两台球罐结构为六柱三带桔瓣式，仪表空气储罐重81.665吨，18块球壳板，壁厚36mm；装置空气缓冲罐重43.65吨，18块球壳板，壁厚18mm。

球罐设计技术参数见下表

400m3仪表空气储罐设计技术参数（791-T-001）

Ⅰ基本数据

设计压力MPa

2.3

容器类别

三类

工作压力MPa

2.1

介质名称

压缩空气

设计温度℃

60

介质特性

—

工作温度℃

40

介质密度Kg/m3

23.7

水压试验压力MPa

2.88

全容积m3

408

气密性试验压力MPa

—

充装系数

—

基本风压Pa

550

空重Kg

81665

雪压Pa

400

充满水总重Kg

489665

球罐规格mm

φ9200×36　　

焊缝延长米

约155

地震烈度（里氏度）

7

法规

《压力容器安全技术监察规程》

场地土类别

Ⅲ

施工标准

GB12337-1998、GB50094-1998

主要受压元件材料

16MnR（GB6654-1996）

Ⅱ设计数据

焊接接头系数

1.0

腐蚀裕度mm

1.5

Ⅲ制造检验及验收

标准、规范

GB12337-1998《钢制球形储罐》、《压力容器安全技术监察规程》

GB50094-98《球形储罐施工及验收规范》

材料要求

在正火状态下使用

材料无损检测

逐张超声检测，按JB4730-2005进行，Ⅲ级合格。

焊接规程

JB/T4709-2000

焊接试板

GB12337-1998

焊接接头无损检测

类别

射线检测长度100%

焊接接头无损检测复验

类别

—

标准

JB4730-2005，Ⅱ级

标准

—

焊接接头磁粉或渗透检测

类别

水压试验前100%磁粉检测，水压试验后20%磁粉或渗透检测

管口及

支座方位

见管口方位图

标准

包装及运输

JB/T4711-2003

热处理要求

整体消除应力

400m3装置空气缓冲罐设计技术参数（791-T-002）

Ⅰ基本数据

设计压力MPa

0.98

容器类别

三类

工作压力MPa

0.8

物料名称

压缩空气

设计温度℃

60

物料特性

—

工作温度℃

40

物料重度Kg/m3

8.9

水压试验压力MPa

1.23

全容积m3

408

气密性试验压力MPa

—

充装系数

—

基本风压Pa

550

空重Kg

43650

雪压Pa

400

充满水总重Kg

451650

球罐规格mm

φ9200×18　　

焊缝延长米

约155

地震烈度（里氏度）

7

法规

《压力容器安全技术监察规程》

场地土类别

Ⅲ

施工标准

GB12337-1998、GB50094-1998

主要受压元件材料

16MnR（GB6654-1996）

Ⅱ设计数据

腐蚀裕度mm

1.5

焊接接头系数

1.0

Ⅲ制造检验及验收

标准、规范

GB12337-1998《钢制球形储罐》、《压力容器安全技术监察规程》

GB50094-98《球形储罐施工及验收规范》

材料要求

在正火状态下使用

材料无损检测

逐张超声检测，按JB4730-2005进行，Ⅲ级合格。

焊接规程

JB/T4709-2000

焊接试板

GB12337-1998

焊接接头无损检测

类别

射线检测长度100%

焊接接头无损检测复验

类别

—

标准

JB4730-2005，Ⅱ级

标准

—

焊接接头磁粉或渗透检测

类别

水压试验前100%磁粉检测，水压试验后20%磁粉或渗透检测

管口及

支座方位

见管口方位图

标准

包装及运输

JB/T4711-2003

热处理要求

极板在与人孔、接管焊接完毕并无损检测合格后，在制造厂进行消除应力热处理

第二节工程特点

本工程的特点如下：

1.仪表空气储罐壁厚较大，对焊接、预后热及热处理工艺等要求高；因此在在施工中应采取可靠合理的施工工艺技术。

2.施工工期十分紧张，投入的人员、设备、机具较多，应充分准备，合理安排工序交叉，精心组织，才能确保工期要求。

第三章罐本体组装施工技术措施

第一节球罐组装工艺程序

球罐组装采用散片组装法施工，其具体程序如下图：

球罐施工程序图

第二节球罐组对

2.1球壳板及附件检查复验

球壳板到货后应对球壳板制造厂提供的技术资料及出厂证明书进行复查。

对球壳板逐张进行几何尺寸复验检查，其尺寸允许偏差应符合规范要求。

球壳板曲率用2m长弧形样板（样板做完后必须经计量、校验确认）检查，检查点数为每块不得少于5点，检查用的样板及球壳板与样板允许间隙应符合下表的规定。

球壳板与样板允许间隙

球壳板弦长（m）

样板弦长（m）

允许间隙e（mm）

≥2

2

3

＜2

与球壳板弦长相同

3

1—样板；2—球壳板

球壳板曲率检查（单位：

mm）

球壳板的几何尺寸允许偏差应符合下表的规定。

球壳板的几何尺寸允许偏差

项目

允许偏差（mm）

长度方向弦长

±2.5

任意宽度方向弦长

±2

对角线弦长

±3

两条对角线的距离

5

对球壳板按照规范进行超声波及超声波测厚抽查，抽差数量不得少于球壳板总数的20%，且每带板不应少于2块，上、下极不应少于1块。

超声波测厚检查，每张板不得少于5点，检测的厚度不得少于名义厚度减去钢板厚度的负偏差。

超声波检查符合国家现行标准《压力容器无损检测》JB4730的规定，Ⅲ级合格。

若有不允许的缺陷，应加倍抽查，若仍有不允许的缺陷，应逐件检测。

球壳板坡口几何尺寸允许偏差应符合下列要求：

注：

⑴坡口角度（α）的允许偏差为±2°30′；

⑵坡口钝边（P）及坡口深度（h）的允许偏差为±1.5mm。

支柱与赤道带组焊处，采用弦长不小于1m的样板检查赤道带的曲率，其间隙不得大于3mm，支柱直线度的允许偏差为上段长度的千分之一，轴线位置偏移不应大于2mm。

球罐支柱长度用盘尺检查，其长度允许偏差为3mm，球罐支柱本身的直线度允许偏差不大于全长的1/1000mm，支柱与底板垂直度允许偏差为2mm，支柱上的斜拉杆的支耳方向用样板检查，其偏差不得大于1°。

支柱间可调式斜拉杆的螺纹应进行外观检查，不得有锈蚀、断扣现象，螺丝配合应良好。

随球壳板带来的产品试板和焊接工艺评定用试板，应对其材料标记及厚度进行核查，并和球壳板相一致。

2.2基础验收

球罐安装前应对基础进行检查验收，其允许偏差见下表：

序号

检查项目

允许偏差

1

基础中心圆直径

±5mm

2

基础方位

1°

3

相邻支柱之间的中心距

±2mm

4

基础

标高

地脚螺栓

任意两基础上表面标高

-D/1000，不低于-15mm

相邻两基础之间标高差

4mm

预埋钢板

任意两基础上表面标高

-6

相邻两基础之间标高差

3

5

各个支柱基础上表面平面度

5mm

2.3球罐的组装

球罐组装前，应根椐到货球壳板几何尺寸检查记录、柱脚检查记录和球壳基础验收记录进行排版，以消除组装过程中的累计误差。

2.3.1方帽及定位板焊接

球罐组装前，应在球壳板上焊接方帽及定位板，原则为：

应在赤道带板上设置定位板，定位板应设置在赤道线附近，带柱脚的球壳板的定位板应焊在定位线下面，不带柱脚的球壳板，定位板应焊在定位线以上，焊接定位板时应注意靠定位线的一面不得焊接。

方帽的布置：

上大环口、上极带板、大环缝的方帽布置在球壳板外表面；赤道带纵缝、下大环口、下极带板方帽布置在球壳板内表面；纵缝上的方帽间距宜为1.1～1.3m；环口的方帽布置间距宜为0.5～0.8m。

2.3.2柱腿的组装

基础验收合格后，在基础上划出柱脚板的位置，并打上样冲，在球罐向心面点焊两块档板，吊装前在预埋板与热处理垫板之间涂上润滑油。

柱腿如果分段到货，先将六根柱腿与相应的赤道带板在胎具上组焊好，由25吨汽车吊将其从胎具上吊下，送至球罐基础边。

2.3.3赤道带的组装

球罐组对时由50t汽车吊利用球壳板上预先焊好的吊耳吊装带柱腿的赤道带板就位。

在组装时应在赤道板内侧设置吊栏作为组装的操作平台。

吊装第一块带柱脚的赤道带板，安装在相应位置的基础上，利用封绳调整柱腿、赤道带的位置及垂直度，并用封绳使其固定，见下图。

带柱脚赤道带板安装固定示意图

吊装第二块带柱脚的赤道带板，安装在相应位置的基础上。

将不带柱脚的赤道带板吊起插入两块带柱脚的赤道带板之间，并用卡具固定。

并调整赤道带板之间的曲率。

依次吊装赤道带板就位，使之组成环带。

赤道带组装允许偏差表表1.5

序号

检查项目

允许偏差

1

柱脚垂直度

12mm

2

赤道线水平度

单块：

2mm

相邻两块：

3mm

任意两块：

6mm

3

赤道带圆度

27.6mm

4

接缝对口间隙

2±2mm

5

对口角变形

7mm

6

对口错边量

3mm

2.3.4上、下极带组装

赤道带板组装符合要求后，为便于上、下极带板的安装调整，上、下极带板组装时，先组装下极带板，组装程序如下：

先吊装第一块下极带侧板，就位后用卡具与赤道带板组对连接，并用钢丝绳固定在赤道带上，吊装组对时应注意下极带侧板与赤道带板的相对位置，并调整好极带板与赤道带板的曲率；吊装第二块下极带板，就位后用同样方法固定，并用卡具和相邻极带板及赤道带板组对连接；依次吊装组对全部下极带板。

上极带板的吊装，组对程序与下极带板相同，上极带板上口的临时固定可利用倒链和封绳以及组装工卡具固定。

球罐组装后，立即搭设球罐内外脚手架，进行球罐焊缝调整及固定焊。

2.3.6组装后的几何尺寸检查

球罐组装后，待脚手架搭设完，应仔细调整组对间隙、角变形，及错边量，调整后还应对罐总体几何尺寸检查，并符合下表的要求。

球罐总体几何尺寸允许偏差表

序号

检查项目

允许偏差

1

对口间隙

2±2mm

2

对口错边量

≤3mm

3

对口角变形

≤7mm（用1m样板检查）

4

内径及

圆度

赤道水平方向测6点

上、下极板方向测2点

0.3%D

27.6mm

5

柱脚垂直度

12mm

球罐组装用的吊、卡具根据球罐焊接完成进度随时拆除，焊在球壳板上的吊、卡具拆除时采用气割切除并用砂轮机打磨，严禁用锤敲落，切割后，球壳板上的吊、卡具焊接痕迹应用砂轮机打磨平滑，并进行渗透探伤或磁粉探伤，切割和打磨时均不得伤及球壳板母材。

第四章焊接施工技术措施

第一节一般要求

1.1焊接方法

本次球焊接采用手工电弧焊焊接,球罐对接焊逢采用E5015焊条。

1．2焊工资格

从事球罐焊接的焊工，需经考试合格后方可上岗焊接，参加施焊焊工应持有相关项目的合格证项。

1.3焊接工艺评定

球罐施焊前，应有合格有效的焊接工艺评定，并编制焊接作业指导书。

1.4焊材及管理

焊接材料必须具有生产厂家的质量证书。

焊条复验其扩散氢含量，扩散氢含量应小于8ml/100g。

施工现场设置焊条发放站，配备专人负责焊条管理、烘干、发放与回收工作，发放站内应配置除湿机，保证站内相对湿度≤60％。

焊条进站应按日期、数量、牌号、规格、生产厂家、批号作进站登记。

焊条的烘烤规范按焊条说明书执行。

焊条在恒温箱中存放时间最长为4天，在焊条保温桶中存放时间最大为4小时，超过上述存放时间的焊条，应重新干燥，干燥次数不超过两次。

按施工员签发的焊条发放卡的种类、规格、数量发放焊条，杜绝错发焊条，按不低于95％的比例回收焊条头。

焊材管理人员应认真做好焊材发放、焊条的烘烤、回收等记录。

1.5定位焊及工卡具焊接

定位焊及工卡具焊接均应采用手工电弧焊，其焊接工艺要求同正式焊接工艺相同。

定位焊在气刨清根一侧进行，定位焊焊道长度应在50mm以上，点焊厚度为8mm，间距为300—500mm，且应避开T字接头及正式焊道的始端与末端。

定位焊及工卡具焊接时不得在母材上引弧，收弧时应在坡口内。

1.6焊接预后热

791-T-002球罐焊接不需要预后热。

791-T-001球罐焊接需要预后热，施工方法如下：

1.6.1球罐的焊接前需预热。

1.6.2球罐的方帽、定位板、热处理预焊件以及球罐定位焊，在焊接侧进行预热，预热方法采用火焰加热法，以焊接处为中心，在其前后左右至少150mm范围内进行，预热温度小于125℃。

1.6.3主体对接焊缝预热温度100~150℃。

预热采用火焰加热。

其温度测量采用远红外测温仪在距焊缝中心50mm处对称测量。

每条焊缝测点不应小于三对，焊接层间温度应控制在150~200℃。

1.6.4焊缝焊接后，应按设计要求立即进行后热消氢处理。

后热温度200~250℃，后热时间0.5~1小时。

1.6.5焊缝点焊、焊前预热、焊后后热及整体热处理详见热处理施工方案。

第二节主体焊缝焊接

1.焊接顺序

球罐定位焊→赤道带纵缝里口焊接→下极带板拼缝外口焊接→上极带板拼缝里口焊接→赤道带纵缝外口清根、PT→赤道带纵缝外口焊接→下极带焊缝里口清根、PT→上极带焊缝外口清根、PT→下极带焊缝里口焊接→上极带焊缝外口焊接→下大环外口焊接→下大环里口清根、PT→上大环里口焊接→上大环外口清根、PT→下大环缝里口焊接→上大环缝外口焊接。

主体焊缝焊接采用多层多道焊工艺，焊接过程中，必须对焊接参数进行测定，以确认焊接线能量在工艺卡规定范围内。

2.焊工分布

球罐赤道带、以及环缝均安排多名焊工，上下极板环缝安排2名焊工，焊工对称分布，同时、同向、同步焊接。

3.施焊操作要求

焊前应彻底清除坡口及两侧25mm范围内的油污、铁锈等。

焊接时起弧端应采用后退起弧法，引弧应在坡口内进行，收弧时将弧坑填满，层间接头应错开。

层间填充前应除尽焊渣，防止层间夹渣。

纵缝焊接时，第一层焊道采取分段退步焊法，退步长度1米，填充层焊道引、收弧点应依次错开50mm以上。

焊缝清根应采用碳弧气刨，清根时应将定位焊缝全部去除，且应将根部缺陷清除干净，气刨完后，应进行打磨、着色检查，确认无缺陷后再进行焊接。

4.焊接环境要求

焊接前，应沿罐四周搭设防风、防雨棚，以确保焊接环境满足防风、防雨要求。

同时，应每半天在距球壳板0.5米至1米的范围内测定一次环境温度和相对湿度，如果发现相对湿度超过90％或因下雨而影响到正常焊接时，应停止施焊。

5.球罐焊接后整体几何尺寸质量控制

球罐全部焊缝完后，应再次检查内径圆度和焊后角变形及错边量，其允许偏差符合下表的要求。

序号

检查项目

允许偏差

1

角变形

≤10mm

2

错边量

2mm

3

球罐两极的净距与设计内径之差及赤道截面的最大内径与最小内径之差

≤64.4mm

4

柱脚的垂直度

≤12mm

6．焊接试板

每台球罐应制备平/仰、横、立焊产品试板各一块，产品试板的钢号、厚度、供货状态和坡口型式与球壳板相同，尺寸为300×650mm。

产品试板的焊接在球罐整体组装后，各试板相对应的第一道焊缝正式施焊后进行。

产品试板由施焊球罐焊工在与球罐相同的条件和相同的焊接工艺情况下进行，球罐产品试板应随球罐同时进行热处理。

每快产品试板截取试样的类别和数量见下表：

类别

数量

拉伸

1

侧弯

2

冲击

3

产品试板试样截取、试验方法、合格指标应按GB150附录E的规定执行。

第三节焊缝修补与返修

1.焊缝修补

球壳表面缺陷及工卡具焊迹应采用砂轮机打磨清除。

修磨后的实际厚度应不小于设计厚度,磨除深度应小于球壳板名义厚度的5%，且不超过2mm，超过时，应进行焊接修补。

球壳板表面缺陷进行焊接修补时，每处修补面积应在50cm2以内；当有两处或两处以上修补时，任何两处的边缘距离应大于50mm，且每块球壳板表面修补面积总和应小于该球壳板面积的5%。

当划伤及成形加工产生的表面伤痕缺陷的形状比较平缓时，可直接进行焊接修补。

修补后将焊缝表面打磨平缓，高度小于1.5mm。

焊缝表面缺陷采用砂轮机磨除，缺陷磨除后的焊缝若低于母材，则应进行焊接修补。

焊缝表面缺陷当只需打磨时，应打磨平滑。

焊缝两侧的咬边和焊趾裂纹采用砂轮磨除，并打磨平滑，咬边和焊趾裂纹的磨除深度不得大于0.5mm，且磨除后球壳的实际板厚不得小于设计厚度，不符合上述要求时，应进行焊接修补。

焊缝咬边和焊趾裂纹等表面缺陷进行焊接修补时，应采用砂轮将缺陷磨除，并修整成便于焊接的凹槽，再进行焊接。

补焊长度不得小于50mm。

2.焊缝返修

焊缝返修前，采用超声波检测确定缺陷的位置和深度，确定修补侧。

内部缺陷采用碳弧气刨清除，并用砂轮清除渗碳层，打磨成圆滑过渡，并经渗透检测合格后方可进行焊接修补，气刨深度不应超过板厚的2/3，当缺陷仍未清除时，应焊接修补后，从另一侧气刨，气刨和补焊的长度不得小于100mm。

同一部位修补不宜超过两次，对经过两次修补仍不合格的焊缝，应编制返修技术措施，经项目部质保工程师审核和批准后，方可修补。

焊缝补焊前应清理补焊部位表面的铁锈、油脂及其它污物。

补焊时应遵守正式焊接时的焊接工艺。

3．修补检测

球罐修补后应按下述要求进行无损检测：

各种缺陷清除和焊接修补后均应进行磁粉或渗透检测；

当表面缺陷焊接修补深度超过3mm时（从球壳板表面算起）应进行射线检测。

焊缝内部缺陷修补后，应进行射线检测或超声波检测，选用的方法与修补前发现缺陷的方法相同。

返工焊缝应作好详细记录。

第四节焊接质量检验

1．焊缝外观检查

焊缝外观检查前，应彻底清除熔渣皮，飞溅物等杂物。

焊缝及热影响区表面不得有咬边、裂纹、气孔、夹渣、凹坑等缺陷。

角焊缝的焊角高度应符合设计要求，表面应向母材圆滑过渡，下凹和上凹均不得大于1.5mm。

2．无损检测

本工程施行第三方检测。

每台罐检测部位及合格级别见下表

序号

检测部位

检验

方法

合格级别

备注

1

球壳板

超声波

Ⅲ

20%分别为：

赤道带3块，上、下极带板各1块

2

球壳板测厚

超声波

20%分别为：

赤道带3块，上、下极带板各1块，

每块板至少测5点

3

球罐对接缝根部

着色

Ⅰ

100%

4

球罐对接焊缝

γ源

Ⅱ

100%

5

球罐所有对接焊缝内外表面、球壳板上所有角缝外表面、所有焊疤打磨处、开孔接管与球壳焊接接头外表面

磁粉

Ⅰ

在水压试验前进行100%检测;

水压试验后进行20%检测（MT或PT）

6

球罐所有对接焊

硬度

HB≤200

球罐整体热处理后

第五章梯子平台的安装

1、罐顶环形平台、连接过桥及梯子，整体预制，之后整体吊装就位。

2、梯子平台的安装应严格按图纸要求施工。

应符合《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001

第六章水压试验

第一节水压试验

1.1水压试验前应具备下列条件：

a．球罐和零部件焊接工作全部完成且经检验合格；

b．角变形、错边量以及直径实测值符合规范要求；

c．产品试板合格；

d．热处理合格

以上经质保体系检查合格后，并请当地劳动部门监检机构复验合格。

1.2水压试验一般用清洁的工业用水，水温不得低于5℃。

1.3进行水压试验时，应在球罐顶部和底部各设置一块量程相同并经校验合格，精度不低于1.5级的压力表，试验压力读数以球罐顶部压力表读数为准，压力表量程为1.5-2倍试验压力，压力表的直径为150mm。

1.4准备好测量基础沉降量的仪器和工具，在适当的位置设置沉降量测量基准点，在支柱上焊好水平测量点。

1.5水压试验的步骤：

a．对罐内进行清扫，封闭与试验无关的管口。

b．从罐顶管口充水，充满水后当顶部排气管排出水后，方可封闭排气管。

c．升压前检查罐壁表面应没有结露现象，等水温与壁温相同时方可升压，升压应缓慢，并且配合好基础沉降观测工作。

d．水压试验应按下列步骤进行:

1）压力升至试验压力的50％时，保持15min然后对球罐的所有焊缝和连接部位作初次渗漏检查，确认无渗漏后，继续升压。

2）压力升至试验压力的90％时，保持15min然后再次渗漏检查。

3）压力升至试验压力时，保持30min然后将压力降至设计压力的80%进行检查，应以无渗漏为合格。

e．降压应缓慢进行，速度不得大于1.5Mpa/小时，待顶部压力表指示数为零时,方可打开放空口及人孔盖，放空口打开后方可开阀排水，水排尽后用压缩空气将球罐内部吹干,排水应在指定地点进行排放。

f．试压过程中如有异常响声、异常变形、基础沉降不均等现象，应立即停止升压，待候研究处理，如需进行修整，应先进行泄压，不得带压修理。

g．液压试验合格后整理试压记录，填写交工资料，请有关单位检查监督人员现场确认并及时办理交接。

第二节沉降观测

2.1球罐在充放水过程中，对基础的沉降应进行观测，并作好实测记录。

沉降观测应在下列阶段进行：

1）充水前

2）充水到1/3球罐本体高度

3）充水到2/3球罐本体高度

4）充满水时

5）充满水24小时后

6）放水后

2.2每个支柱基础都应测定沉降量，各支柱上应按规定焊有永久性的水平测定板。

2.3支柱基础沉降应均匀，放水后不均匀沉降量不应大于L/1000;L为基础中心圆直径）相邻支柱基础沉降差不应大于2mm。

2.4不均匀沉降量如大于上述要求时，应立即停止试压，采取措施进行处理。

2.5及时整理填写沉降观测记录。

第七章防腐措施

1.1材料要求

1.1.1底漆、面漆、固化剂和稀释剂四种配套材料应由同一生产厂家供应。

1.1.2涂料应有厂名、生产日期、存放期限等内容完整的商品标志，产品使用说明书及质量合格证。

1.1.3.涂料说明书内容应包括涂料技术指标、各组分的配合比例、漆料配制后的使用期、涂刷使用方法、参考用量、运输及储存过程中的注意事项等。

1.1.4涂料应按（涂料产品取样）规定的取样数目进行抽查，质量符合规定要求如不符合应重新抽查、取样数目加倍，如仍不合格，则该批涂料为不合格。

1.2