1前言
伴隨石化行業(yè)的迅猛發(fā)展，球罐需求的大型化（高壓力、高容積）給球罐設(shè)計(jì)、制造、安裝提出了更高的要求。較一般壓力容器而言，球罐因其現(xiàn)場(chǎng)組裝，組裝時(shí)對(duì)口多、再變形大、相應(yīng)局部應(yīng)力大；球罐野外施焊、焊接條件苛刻，相應(yīng)焊接性能保證難度大等特點(diǎn)，要求球罐設(shè)計(jì)特別是選材要充分考慮。
2選材原則
球罐用材要求在滿足強(qiáng)度條件下，具有良好的焊接性能、耐蝕性能、成型性能及經(jīng)濟(jì)性能，同時(shí)還要考慮其配套的鍛件。
2.1足夠的強(qiáng)度指標(biāo)
強(qiáng)度指標(biāo)主要指屈服強(qiáng)度�？估瓘�(qiáng)度，它們決定著球罐受力狀況和造價(jià)。目前用作球罐的材料有高強(qiáng)鋼、中強(qiáng)鋼，在低壓大型球罐中還有低強(qiáng)鋼。
高強(qiáng)鋼因其強(qiáng)度高、球殼壁薄、有時(shí)不需熱處理而越來(lái)越多應(yīng)用在盛裝丙烯、乙烯這類壓力較高的大中型球罐中。而中強(qiáng)鋼以其性能穩(wěn)定、生產(chǎn)技術(shù)、制造、安裝技術(shù)成熟，且對(duì)所盛介質(zhì)要求不甚苛刻而廣泛應(yīng)用在中壓球罐中，如液化石油氣球罐。
2.2充足的韌性儲(chǔ)備
韌性是衡量材料抗開(kāi)裂能力和止裂能力的重要性能參數(shù)。韌性與材料的化學(xué)成份、冶煉工藝、使用狀態(tài)及本身厚度、熱處理狀態(tài)等因素有關(guān)。
2.3良好的焊接性能
焊接性能是指是否易于焊接在一起并能保證焊縫質(zhì)量的性能。常用焊接處出現(xiàn)各種缺陷的傾向來(lái)衡量。化學(xué)成份中C含量是影響焊接性能的主要元素，通常判別焊接性能指標(biāo)有：碳當(dāng)量Ceq、裂紋敏感性指數(shù)Pc、裂紋敏感性組成Pcm，Pcm≤0.20的鋼通常稱為焊接無(wú)裂紋鋼。
為保證材料的焊接性能，主要控制C含量。但在焊接過(guò)程中，還可以采取諸如焊前預(yù)熱、焊后消氫、控制焊接電流、線能量、層間溫度等手段來(lái)改善焊接性能，提高焊接質(zhì)量。采用整體熱處理則用來(lái)消除焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力。
2.4優(yōu)良的抗H2S應(yīng)力腐蝕性能
材料的耐蝕性能是指材料抵抗各種介質(zhì)的侵蝕能力。對(duì)球罐而言，主要指其H2S應(yīng)力腐蝕能力。球罐耐H2S腐蝕能力與其用的材料強(qiáng)度、鋼質(zhì)純凈程度以及球罐的應(yīng)力水平有關(guān)，高強(qiáng)鋼耐腐蝕能力比中強(qiáng)鋼弱。高強(qiáng)鋼應(yīng)用到球罐上應(yīng)嚴(yán)格控制H2S含量，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道：H2S≤50ppm，而中、低強(qiáng)度鋼沒(méi)有這方面要求。
2.5易成形不須預(yù)熱
因熱成形破壞調(diào)質(zhì)鋼板機(jī)械性能，設(shè)備復(fù)雜、勞動(dòng)復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大，能量消耗大、加工減薄量較大，且成型難以保證球罐瓜片的幾何尺寸，目前大型球罐的制造都采用冷成型方法。這種方法相應(yīng)要求鋼板具有良好的塑性及經(jīng)過(guò)塑性變形后還能保持較完善的綜合力學(xué)性能。
2.6經(jīng)濟(jì)性好
球罐本身造價(jià)高，其投資在項(xiàng)目中占相當(dāng)大的比例，因此除滿足上述性能指標(biāo)外，還應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，即造價(jià)最低。若有多種材料可供選擇，應(yīng)選擇韌性值高、造價(jià)合理的材料，做到使用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性三方面和諧統(tǒng)一。
2.7有配套的鍛件和焊材
球罐的鍛件主要用于人孔頸、人孔盲板、法蘭及接管，人孔規(guī)格通常為DN500，相應(yīng)鍛件毛坯達(dá)Ф1000mm以上，為保證球罐的整體質(zhì)量，配置相應(yīng)的鍛件至關(guān)重要。應(yīng)考慮到：一是鍛件要有良好的綜合機(jī)械性能及焊接性能；二是鍛件級(jí)別要達(dá)到應(yīng)有的要求；三是鍛件要和采用的鋼板匹配、不同鋼板配置不同的鍛件。
3球罐選材
3.1國(guó)內(nèi)外球罐常用材料
國(guó)外球罐用材：發(fā)展較早，以日本、西德、美國(guó)為代表的國(guó)家在六、七十年代就能生產(chǎn)出性能穩(wěn)定、規(guī)格齊全的中、高強(qiáng)度鋼。如我國(guó)引進(jìn)的SPV355（日）WEL—TEN62CF（日）等。國(guó)內(nèi)球罐用材：八十年代未以前，大型高參數(shù)球罐用材基本上以進(jìn)口為主（少量自產(chǎn)，且用在小型球罐上），八十年代末以后，開(kāi)始研制、開(kāi)發(fā)，應(yīng)用自己的材料，目前以能生產(chǎn)滿足大型球罐使用、制造、安裝要求的各種鋼材，且其價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口材料的價(jià)格，如武鋼和通用所共同研制的20R（WH400）、16MnR（WH510）、15MnNbR（WH530）及07MnCrMoVR（CF-62），這些材料與國(guó)外同強(qiáng)度級(jí)別材料相比，強(qiáng)度、韌性、焊接性能都接近，甚至超過(guò)國(guó)外材料，使我國(guó)球罐用材從強(qiáng)度級(jí)別上達(dá)到系列化3。
3.2盛裝常用介質(zhì)的球罐用材
這里主要介紹盛裝液化石油氣、丙烯、液化氣丙烯“混裝”三種情況。
盛裝液化石油氣：介質(zhì)為含C3、C4的液態(tài)烴類混和物，且含有一定量的H2S，宜選用中強(qiáng)鋼，尤以其中的高韌性值鋼種最理想，如16MnR（WH510）。
盛裝丙烯：丙烯純度較高，幾乎不含H2S，宜選用高強(qiáng)鋼，既滿足使用要求，又減少了壁厚，降低了整體選價(jià)。
“混裝”：高強(qiáng)鋼裝丙烯有性能、價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但滿足不了裝液化石油氣耐H2S應(yīng)力腐蝕要求。中強(qiáng)鋼裝液化石油氣為較理想鋼種，但用其裝丙烯球罐壁太厚，給制造、安裝帶來(lái)困難，因而兩種鋼材都有其局限性，只有選用一種既具有足夠的強(qiáng)度、又有良好的耐H2S腐蝕性能材料方能解決問(wèn)題，武鋼新近研制的低合金鋼15MnNbR（WH530），是用在這種工況下的理想材料。
4制造、安裝要求
球罐的制造包含瓜片的壓制、極帶上開(kāi)口鍛件的焊接，上支柱與瓜片的組焊以及焊縫局部熱處理。球罐的安裝包含球罐殼現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)，現(xiàn)場(chǎng)焊接以及有關(guān)的試驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容，其中與材料有關(guān)的主要要求如下：
4.1原材料質(zhì)量要求
球罐用鋼必須嚴(yán)格按照選材有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并在制造、安裝之前按照球罐標(biāo)準(zhǔn)及圖樣要求進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的復(fù)驗(yàn)。
4.2焊接質(zhì)量要求
為確保焊接質(zhì)量，焊接過(guò)程中應(yīng)控制的重要參數(shù)有：焊接材料、焊接線能量、焊前預(yù)熱、焊后消氫以及整體熱處理。
焊接材料：要求焊接材料能保證焊縫具有母體同等的韌性和強(qiáng)度值，不同母體材料應(yīng)選用相應(yīng)的焊接材料，一般選用超低氫型焊條（手工焊時(shí)）以減少氫的危害，保管焊條時(shí)，注意焊條的烘干、保溫。
焊接線能量：其值與焊接電流、電壓及焊接
速度有關(guān)，它直接影響焊縫和熔敷金屬的強(qiáng)度、韌性、塑性等參數(shù)。不同材料的線能量值不等。
焊前預(yù)熱和消氫（焊后）：焊前預(yù)熱是降低焊后冷卻速度的有效措施，有利于氫的逸出，可以減少焊接應(yīng)力，防止冷裂紋的產(chǎn)生，其值取決于母材及焊接材料成份、球殼厚度、環(huán)境溫度。焊后消氫也叫后熱處理，其作用與焊前預(yù)熱相同。對(duì)于球罐應(yīng)在焊后立即進(jìn)行消氫處理。一般消氫處理與焊前預(yù)熱配合使用，效果更好。焊后消氫溫度與材料、球殼厚度有關(guān)。
熱處理：球罐的熱處理目的是改善焊縫及熱影響區(qū)的性能，降低焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。在制造廠進(jìn)行的是局部熱處理。通常采用電阻絲加熱，現(xiàn)場(chǎng)安裝之后進(jìn)行的是整體熱處理，一般采用噴咀燃油加熱。不同材料熱處理溫同，但對(duì)同一材料也應(yīng)控制好熱處理保溫溫度和時(shí)間，因?yàn)楸販囟冗^(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，反而造成機(jī)械性能、韌性值的下降，保溫溫度過(guò)低或時(shí)間過(guò)短則達(dá)不到熱處理的效果。
無(wú)損檢測(cè)：球罐制造完畢，為了檢測(cè)焊縫質(zhì)量，要對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。檢測(cè)方法有射線、超聲波及磁粉、著色檢測(cè)，方法的選用要考慮球罐的用材和球罐的檢測(cè)比例。目前球罐的無(wú)損檢測(cè)多以100%的射線及磁粉為主，并輔以一定比例的超聲波檢。 |
用戶中心