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10000m3天然气球罐制造

文档作者：李仁德王忠成王珂林丽华文档来源：大连金鼎石油化工机器有限公司大连中集重化装备有限公司		点击数：	更新时间： 2021年02月16日
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2014 年9 月
10000m3 天然气球罐制造
李仁德王忠成(大连金鼎石油化工机器有限公司)
王珂林丽华(大连中集重化装备有限公司)
摘要：介绍了10000m3 天然气球罐的主要结构和技术参数,
阐述了该设备的制造方法及制造过程具体要求。
关键词：制造工艺；极板预组装
一、前言
球罐大型化因占地面积小，综合造价低，成为球罐技术发展
的方向。自20世纪90年代以后，我国先后建造10余台10000m3
天然气球罐，当时这类特大型球罐的设计、压制等都是国外进口
瓣片，国内组装。其成本高，周期长，为此，由合肥通用机械研究
院设计，我公司制造的10000m3天然气球罐，填补了国内空白，提
升国内大型球罐的制造水平。现将有关制造情况介绍如下
二、球罐的基本情况
1.主要技术参数
10000m3球罐设计压力为1. 05MPa，设计温度为- 15~800C，
介质为天然气（硫化氢≤20mg/ m3; 总硫含量≤200mg/ m3）腐蚀
裕量为2mm，焊缝接头系数为1. 0，气压试验压力为1. 21MPa，主
要受压元件材料为15MnNbR，球壳板厚度为38mm，球壳内直径
Sφ26800mm, 全容积为100078. 7m3，球罐重量为718. 858吨。
2.10000m3 天然气球罐采用五带十四柱结构，每根支柱长
15400mm，直径610×10mm，材质为15MnNbR(16MnR),分上下
段（上段长度3600mm，下段长度11800），其特点：
（1）上下支柱采用δ20钢板封口，上支柱封板上焊接4块定位
板，保证现场上、下支柱组对不错位。
（2）10000m3天然气球罐设置两个人孔，上、下部人孔为回转
盖式，直径为600mm，凸缘及法兰材料为20MnMoDⅣ，其环焊缝
100%RT 检测，表面100%MT.
（3)10000m3天然气球罐球壳板
10000m3天然气球罐共98片，赤道带为28片，最大球片尺寸
为3006. 95mm × 10056. 59mm；温带56 片，其尺寸为
2797. 72mm× 8419. 47mm；极中板2 片，尺寸为3040. 36mm×
8946. 02mm；极侧板4片，尺寸为3040. 36mm× 9066. 84mm；极
边板8片，尺寸为3040. 36mm× 11309. 44mm。
3.10000m3 天然气球罐制造五大特点
（1）直径大、体积大、重量大、球片尺寸大，球壳厚度相对比较
薄；
（2）材料：15MnNbR, δ38mm，材料采购质量要求高，塑性
好，易变形，回弹性好；
（3）球壳精度要求，所有几何尺寸都要高于GB12337，比一般
球片要求高，10000m3球片是国内第一次，属于首创。
（4）工序多而杂，零部件最多达到20道工序；
（5）支柱制造要求高，各项尺寸公差都超过GB12337之要求。
三、球罐制造的九大关键
1.下料
10000m3球罐共98片，要做到精确下料：
（1）复验合格的球壳板方可下料；
（2) 采用二次下料法进行下料；
（3）下料前要进行标记移植；
（4）一次下料尺寸各边加二次切割余量；
（5）二次下料前球壳板周边100mm范围内，进行100%UT 检
查，按JB/ T4730. 3Ⅱ级合格。
2.压型
15MnNbR、δ38mm；根据板宽3040mm、板长11300mm的特
点，选择压型系数K：
经计算并结合多年实践经验
K=SR胎/ SR球=0. 7~0. 9可行。
（1）小胎具，多点冷压成形；
（2）压型前球壳板边缘不得有尖角、熔渣等导致局部应力集
中地缺陷；
（3）压型顺序，从钢板中间部位开始，先横向压制然后纵向压
制，为了成形圆滑，压制时两个相邻压点必须重复，即下个压点必
须覆盖上个压点的1/ 3到1/ 2。
（4）确保球片的压型质量，注意下胎清扫干净，上胎不允许有
粘连物，有影响球片成形表面质量的杂物存在；
（5）球壳板局部曲率超差时，可用加垫板的方法找正修型，但
应采用悬压法，不得使胎膜、球壳板、垫板同时受压，防止压伤球
壳板表面。
（6）压型分为预压型、一次压校形、二次校形等三种过程。切
割坡口后校形称一次校形，, 焊支柱的赤道板、焊人孔、接管的上、
下极中板校形称为第二次校形。校形后按GB12337之要求用样
板检验。
3.切割
球壳板的坡口切割和下料这两个工序，在立体切割胎上一次
完成。为保证切割精度，切割胎的设计制作和切割工艺的制定尤
为重要。
根据10000m3天然气球罐5带14柱和各带球心角，必须用5
种规格的切割胎才能来完成：①切割赤道带、温带及极板纵缝切
割胎；②切割赤道带环缝切割胎；③切割温带大环缝切割胎；④切
割温带小环缝切割胎；⑤切割极带大环缝切割胎。切割胎的加工
精度至关球片的切割坡口质量和几何尺寸，切割胎必须进行反复
验证，结果满足图纸技术要求才能进行实物切割。
切割过程中，采用双嘴半自动一次成型的火焰切割小车，小
车在切割胎上运行，使球壳板的坡口和尺寸一次成型。切割时，
应保证氧气、液化石油气、空气的压力稳定，切割工应跟踪小车运
技术管理
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行，发现问题及时调整，保证坡口切割的质量和几何尺寸。
4.检测
①球壳板压制曲率经检验合格后切割坡口。组焊零部件、焊
后热处理等，难免产生变形和超差，因此切割坡口后对球壳板曲
率必须修形。极中板和焊有支柱的赤道板的曲率要加深5~
7mm。
②球壳板经修型后曲率、（除极中板和焊有支柱的赤道板
外），尺寸允许偏差，均满足或高于GB12337之要求。
③球壳板的实际厚度
球壳板成形后，应按技术条件要求逐张进行测厚，球壳板按
GB/ T709 C类偏差采购，厚度不允许不于38mm。
5.上支柱与赤道板组焊
(1)将赤道板放在经水平仪测量过的平台上，号中心线。
(2)检查上支柱的直线度，满足设计图纸要求。
(3)根据制造经验，赤道板焊接上支柱处在压型时应预先压深
（深度按实际情况定）预留变形量。目的是待上支柱与赤道板的
焊接后的变形能恢复满足曲率要求。
(4)根据设计图纸，组对上支柱与赤道板。
(5)组对后由操作者自检，检查员专检，满足设计图纸要求，才
能施焊。
(6)焊接：按照焊接工艺规程进行焊接，焊前预热，焊后须立即
进行后热消氢处理。焊接结束，焊工打上钢印并填写施焊记录。
(7)上支柱与赤道板相焊的焊缝打磨后焊缝表面应进行100%
磁粉检测，符合JB/ T 4730标准规定的Ⅰ级为合格。
(8)上支柱与赤道板组焊后如有变形应采用专用的修形胎在
油压机上修形，修形后各指标应符合设计图纸、设计、制造、检验
技术条件和GB 12337标准的要求. . .
6.人孔、接管与极中板组焊
(1)按图纸要求对极中板上各孔划线，划好线后，须经工艺人
员和检查员联合检查，确认后，才能开孔。
(2)开孔周边100mm范围内进行100%超声波检测，符合JB/
T 4730规定的I 级为合格。
(3)坡口尺寸按设计图纸要求进行气割、打磨，坡口表面按
JB/ T 4730进行100%磁粉检验，Ⅰ级为合格。
(4)按设计图纸的要求组对极中板上的人孔和所有接管。
(5) 铆工组对完，由检验员进行检验确认。检验内容按
GB12337 7. 2. 5条之要求。
(6)焊接：按照焊接工艺规程进行焊接，焊前预热，焊后应立即
后热消氢处理。焊接结束，在规定的部位，打上焊工钢印并填写
施焊记录。焊缝表面须用砂轮打磨，内外表面焊缝余高，均满足
GB12337要求。焊缝表面不应有急剧的形状变化，角焊缝应与母
材圆滑过渡。
(7)所有(包括凸缘与球壳板、凸缘与接管、接管与法兰、厚壁
管与法兰) 对接焊缝应进行100%射线检测；凸缘与球壳板、公称
直径≥250mm的接管与法兰的对接焊缝，还应进行100%超声波
检测；其他接管与球壳的角焊缝应进行100%磁粉或渗透检测。
合格级别按GB12337之规定。
(8)因球罐现场不整体热处理，极中板与所有接管在制造厂焊
接完毕，必须进行热处理。
(9)极中板与人孔、接管组焊后应采用专用的修形胎具在油压
机上修形，修形后的各项指标应符合设计图纸、设计、制造、检验
技术条件和GB 12337标准的要求。
(10)为了防止修型后产生的微裂纹等缺陷，还应对修型后极
中板与接管焊缝进行100%磁粉或渗透检验，符合JB/ T 4730标
准规定的Ⅰ级为合格。
7.极中板、极侧板、极边板的预组装
球壳板出厂前，在制造厂对极中板、极侧板、极边板进行预组
装，目的是保证下口(指4块极边板组对在一起所形成的圆，也就
是与上、下温带连接的圆）圆度允差、对接坡口间隙、对口错边量
等是否满足图纸及技术条件要求。如不满足，应在制造厂进行研
配。以上检测要素的控制，是为了保证现场施工的顺利进行。
8.合理控制球壳板几何尺寸公差
10000m3球罐的球壳板为五带14柱混合式，共计98块极板。
为了保证各带极板在现场顺利组装，根据我公司多年生产经验，
主要对温带板的小端弧长偏差按负差制作，极边板大弧偏差按正
差制作，这样可以保证组装后的整体尺寸尽可能接近理论计算
值，并且确保现场安装过程中各带的顺利组对。
9.球壳板及主要零部件的包装
①球壳板采用钢结构托架包装，汽车发运。装车时球壳板之
间垫上柔性材料，球壳板凸面朝上，并用钢带紧箍在托架上，法兰
面采用盲板保护，每车包装总质量大约30t 左右，保证不超宽、超
长、超高、超重。
②上下拉杆与松紧节连成一体，集束捆扎裸装，拉杆的螺纹
部分涂防锈油脂，缠有塑料布保护。
③下支柱成品部件外表面涂防锈漆，单根发货。
④螺栓、螺母、产品试板、垫片、铭牌、接地板、销轴等小型零
部件装箱发货并填写装箱单。
结语
公司承制15MnNbR 材料的10000m3天然气球罐经过制造、
安装，已投入使用，安全运行至今。在此基础上，我公司又先后为
国内多个厂家制造、安装了17台10000m3球罐，这标志着我国在
大型球罐、设计、制造、安装技术等方面已具备了全部国产化的能
力。为今后国内大型球罐设计、制造、安装积累了丰富的经验。
参考文献：
[1]GB12337-1998钢制球形储罐.
[2]窦万波、张中清、陈立、董宁10000m3天然气球罐的设计和
制造技术压力容器2007年第24卷第4期.
[3]蒋林、林丽华、李文华、张立国、蒋全福制造化工设备与防
腐蚀2003年第1期.
[4]合肥通用机械研究院编制的10000m3天然气球罐设计、制
造、检验技术条件.
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