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2000m^3乙烯球罐安装工程质量管理

文档作者：戴兴旺亢海洲吴国俊文档来源：合肥通用机械研究院		点击数：	更新时间： 2021年02月28日
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． 26一
石油和化工设备
2012年第15卷
2000m3乙烯球罐安装工程质量管理
戴兴旺，亢海洲，吴国俊
(合肥通用机械研究院， 安徽合肥230031)
[摘要] 本文对某石化乙烯改扩建工程5台2000m 进口低温乙烯球罐制造中的现场质量管理进行了总结。根据施工组织的特
点，建立了分类质量控制点管理制度，对球罐组装焊接、无损检测及焊后整体热处理过程进行质量控制，取得了很好的应用
效果。
[关键词]乙烯球罐；制造安装；质量管理
乙烯球罐是乙烯裂解装置中关键的存储设
备，使用过程中操作压力高、温度低、安全性要
求高，是国际上公认的制造难度最大的球罐。某
石化120万吨／年乙烯改扩建工程，是我国首个实
现“大型乙烯技术国产化设计工艺包”的工程项
目，也是国家“十一五”重点建设工程和中石油
集团公司的重点建设项目。本文以该项目乙烯原
料储存区5台球罐制造、施工为例，对乙烯球罐制
造中需重点关注的质量问题进行总结，为今后类
似球罐的制造提供参考。
1球罐安装的质量控制
1．1球罐基本参数
球罐均为三带十支柱混合式， 内径
1S700mm，壁厚46ram，全容积2026m 。设计参数
如表1。
表1 乙烯球罐设计参数
项目 参数 项目 参数 项目 参数
设计压力 2．4MPa 腐蚀余量 2mm 介质 乙烯
设计温度 一40℃～5O℃ 使用年限 20年 是否爆炸危险介质 是
工作压力 2．O7MPa 焊接接头系数 1．O 容器类别 III类
工作温度 一27℃ 装量系数 O．9
1．2质量控制方式
根据球罐安装施工项目的特点与施工工序，
列出各基本施工过程对局部和总体质量水平有影
响的项目，并以此为依据设置质量控制点，在此
基础上编制质量控制点作业指导书及管理办法，
将所编制文件纳入质量
文件[1】，由总包到
施工单位建立起完整的质量
，把现场质
量管理落实到具体施工作业人员层面，进行有效
运转，控制流程图如图1。
1．3质量控制点分类及设置
根据设计要求和技术标准规范将质量控制点
分为三类，即：标准规范及设计要求的主控项目
列为A类；标准规范强制执行的其他项目作业列为
B类；其余过程性作业列为C类。参与A、B、C三
类控制点的管理单位不同，区别见表2。各单位可
注：图中右三角形里的a／bit分别代表参与AIBIC类质量控
制点的管理单位
图1 质量控制流程示意图
根据自身情况与工程实际对质量控制点进行升级
管理和再次细分，如图2、图3。
⋯ ● - ● ● - ● ⋯ ⋯ ● ● ● - ● ● ● ● ⋯ ⋯ ● ● ● ⋯ ⋯ ● ● ● - ● - ⋯ ⋯ ⋯ ● _ ●● ● ●⋯ ⋯ ● ● ● ● ⋯ ⋯ ● ● ● ● ● ● ● ● ⋯ ⋯ ● ● ● ● ● ● ⋯ ● ● - ● ● ● ● ● _ ⋯ ● ● ●● ●
作者简介：戴兴旺(1981一)，男，福建将乐人，本科，助理
工程师。主要从事压力容器设计及制造工作。
第5期 戴兴旺等2000m 乙烯球罐安装工程质量管理 ．27一
表2 三类控制点的参与方
＼ 参与方 业主项目组及 监理单位 总包单位 施工单位
分 政府管理机构
A √ √ √
B √ √ √
C √ √
注：业主项目组和政府管理机构包括业主项目指挥部、设
计院、地勘局、特检所、质监局等。
级控制点 球罐热处理A点
u ／ ＼
设备报验B I 调试A l I加热A l J主脚 动A
图3 控制点细分管理原理
2质量控制
乙烯球罐安装过程的质量控制主要包括球壳
板压制、球罐组装及焊接三方面。
2．1球壳板压制检查
球壳板压制前需对材料进行复验，材质复验
属于质量控制的主控项目，即质量控SUA点。本项
目球罐主体材质为日本JFE—HITEN610U2L，配套
焊条型号为LB．65L。钢板、锻件及焊条到港后，
球壳板压制厂家经总包方授权后委托第三方单位
图2 控制点升级管理原理
进行材质复验，并向当地特检所办理告知。球壳
板运抵现场后， 由总包方牵头，监理单位和业主
项目组参加，采用便携式光谱仪对球壳板进行材
质复验，并填写材质复验记录表作为质量控制过
程文件。经检验，材料的化学成分(熔炼分析)
结果见表3、表4；力学性能见表5、表6，焊条见
表7。
压制时应控制球壳板的回弹量，确保其曲
率符合要求。球壳板压制完成后应对球壳板进行
尺寸检查和焊缝无损检查，避免造成复检不合格
返厂。尺寸检查，主要包括曲率检查、外形尺寸
检查、壳板坡口检查、开孔检查及凸缘检查；焊
缝检查，主要包括开孔焊缝及凸缘焊缝的无损检
查。经检查结果均符合球罐施工工艺要求和设计
文件规定。
表3 主材化学成分(熔炼分析)
元素 C Si Mn Ni S I P I Cr Mo I V l Nb I Pcm l PSR
质量分数／％ O．O7 O．27 1．1 O．42 0．0035 l 0．012 l 0．24 0．18 l 0．04 l 0．Ol l 0．169 0．93
注：Pcm=C+Si／3O+Mn／20+Cu／2O+Ni／6O+Cr／2O+Mo／15十V／lO+5B；PsR=Cr+Cu+2Mo+5Ti+TNb+10V一2
表4 焊条化学成分(熔炼分析)
表5 主材力学性能
拉伸试验／Mpa 冲击试验 弯曲试验
R l Rcl l A／％ 试验温度／℃l Akv／J I Al【v均值／J b=2a d=3a Q=180。
670 l 580 l 32 —50 I 295 l 218 I 236 l 250 合格
表6 焊条力学性能
拉伸试验／Mpa 冲击试验 弯曲试验
R I R。l I A／％ 试验温度／℃I Akv／J l Ak~ ／J r=3a Q=180。
670 I 570 I 23 —50 I 89 I 148 I 92 I 109 完好无裂纹
一
28一 一 技术交流 2石0油1和化工设备
2年第15卷
表7 焊条扩散氢检测结果(合格值：4．1ml／lOOg)
焊条批号 规格／mm 扩散氢检测结果(ml／lOOg)
A1116213 中3．2 2．57 2．6l 2．97 2．83
A1116214 ①4．0 3．42 3．92 3．86 4．05
A1116215 4．O 2．57 3．03 3．O5 3．05
hl116216 ①3．2 4．07 2．91 2．83 3．59
A1116217 3．2 3．49 3．03 3．31 3．28
2．2组装后尺寸检查
超过1O00m 的球罐，单片散装法难度小、效
率高，因而成为工程中最常用的球罐组装方法 。
球壳板坡口经100％磁粉检测合格、样尺曲率检查
和厚度测定(每张球壳板测点个数不低于9)合格
后，在专用胎具上组对球罐支腿。支腿对接焊缝
磁粉检验合格后，按照赤道板、下极边板、下极
侧板、上极边板、上极侧板、上极板、下极板的
顺序完成组装。组装完毕后的几何尺寸检查，属
于A类质量控制点，相关各方技术人员进入球罐内
进行数据复测，并填写质量控制点表格，测量结
果见表8。
表8 球罐组装后几何尺寸检查 单位：mm
检查项目 直径偏差 椭圆度 棱角度 错边量 对口间隙
允差 ≤65 ≤50 ≤6 ≤2 2±2
实测值 +24 +6 +2 +2 +3
2．3焊接
2-3．1焊前准备
焊前准备包括焊评、焊工资质审查、焊接技
术交底、焊条质量控制及坡口清理。
焊评属于A类控制点。施工单位根据标准
进行主材+锻件、锻件+锻件的焊接工艺评定，结
果经焊接责任师、质量责任师审批后，交由总包
方、监理和业主单位认可、备案，最终形成焊接
工艺卡用于指导现场焊接。
焊工考试本属于B类控制点。考虑到进口高强
钢板焊接的难度和低温乙烯球罐焊缝的重要性，
总包单位将焊工考试按照图2的原理，提升为A
类质量控制点。在焊工人员资质报验合格后，进
行理论笔试，然后再根据焊接工艺卡，在总包单
位、监理单位、业主项目组代表见证下，组织焊
工进行同条件、全位置下的焊接实践考试。焊接
试板应标明焊工号、焊接位置代号等信息，并送
第三方无损检测单位进行100％射线检测(II级合
格)。检测结果不合格的焊工，禁止参与球罐的
焊接。
技术交底包括：总包单位对施工单位技术
负责人进行焊接技术交底，施工单位对焊接班组
长及全体焊工进行技术交底。针对边板和侧板相
交的顶点附近形成的丁字型焊口容易产生缺陷问
题，总包单位对施工单位技术人员、施工班组长
等管理人员和技术人员单独进行班前讲话，要求
施工作业人员严格按照焊评规定的焊接顺序，杜
绝在同一处多次起弧或收弧，焊前1OO'C一125℃预
热、施焊时严控焊接线能量低于25kJ／cm，且焊条
摆动幅度不超过焊条直径的4倍，焊后及时进行消
氢热处理，加热温度为200℃．250℃ ，且保温2h以
上。
此外，根据施工单位的具体情况，将焊条烘
干发放过程的质量控制由原来C类提升为B类，
总包、监理参与焊条烘干、发放、回收的整个环
节。焊机、焊材、焊条烘干设备和焊条保温桶进
场报验合格后，要求施工单位配备专人进行焊条
烘干、发放、回收管理，并建立详细台账。台账
要求至少包括烘干温度、保温时间、室内温／湿度
记录，台账每页都要求焊接责任师签字、总包焊
接责任师和球罐监理签字确认。对于未烘干过的
新焊条和已烘干一次的焊条分别存放、发放，焊
条烘干次数不准超过2次。
彻底清除坡口两侧，尤其是丁字缝周边沿焊
缝放线200mm范围内的水、锈、油污、杂物，并
采用扩散氢检测合格的低氢焊条，以降低焊接过
程中融入熔池的活性氢，并为后续无损检测工作
做好准备。
第5期 戴兴旺等2000m 乙烯球罐安装工程质量管理 一29—
2．3．2焊接过程
布置20名合格焊工均布在不同位置同时、等
速施焊，按照先纵后横、先内后外的顺序进行焊
接。根据焊接工艺卡，焊接过程中的各种参数如
表9。
LB一65L焊条必须在350-400℃烘干1—2h，然后
降至100．150℃保温待用。每个焊工一次性领用的
焊条均应在4h内使用完成，并应在焊条领用记录
表上签字(不允许代签)。超过4h的焊条必须重
新烘干。焊条装进保温桶后应及时封盖，带到作
业区域后保温桶接入焊机次级回路， 随取随用，
焊工手里不得有焊条。
表9 焊接过程控制参数
直径(咖) 位置 电压(V) 电流(A) 速度(cm／min) 线能量(kJ／cm)
4．0 平+仰 22-24 160—180 8一lO 12—3O
3．2 平+仰 22—24 140-160 7—9 12-25
4．0 横 22-24 180—200 9一l1 12—30
3．2 横 22—24 160—180 9-10 12-25
国内相关单位对此钢种进行过多次焊接试
验[4】， 结果表明： 过长的t8／5(800℃一500℃冷却时
间)使焊缝金属奥氏体晶粒粗大、上贝氏体组织
出现的可能性增大，最终加剧热影响区的脆化倾
向，降低钢的低温冲击韧性。为了降低t。 必须
采用较小的焊接线能量(12．35kJ／cm)，并且做
到：薄层多道焊(单层焊缝厚度不超过3．5mm)、
层间温度控制为125．150℃、小摆幅。总包方质检
人员采用红外测温枪对焊缝预热温度、层间温度
及后续消氢热处理温度进行抽检，每条焊缝两侧
50mm内对称测量不少于3组数据，并填写温度检
测记录；用钳式电流表于焊工焊钳lm内测量焊接
电流，并用刻度尺、秒表一起测算焊工施焊的线
能量，填写焊接线能量检查记录。
由于低温高强钢的热裂纹敏感性， 焊后必须
立即进行消氢处理。消氢处理温度250℃．300℃，
并保温lh以上。现场操作时，每道焊缝焊接结束
时，焊工用对讲机联系球罐外面的监火人，将对
应编号的加热器调节阀增大，从焊接层间温度升
温至消氢处理温度，并保温1．2h。总包方质检人员
用测温枪确认温度达到消氢处理温度后，记录时
间，并督促施工单位填写过程表格。
2．3_3无损检测(TOFD)
该项目属于改扩建，新建球罐与原有在役球
罐最短距离不足20m，西侧100m范围内有机加工
厂房，而且球罐壁厚达46mm，如果采用射线检
测，不仅要解决安全距离问题， 也要选用大功率X
射线机或者Y源。与射线探伤(RT)和脉冲反射
检测(即常规uT)技术相比，衍射时差超声检测
法(TOFD)检测技术具有效率高、灵敏度高、定
量精度高、无污染、成本低等优点。经与业主、
设计方、中国特检院协商获准采用TOFD代替原设
计射线检测(I )方法。
认真筛选国内有资质有同类检测业绩的单
位，要求进场前报验人员资质(UT III和TOFD II
专项资质或者UT II和TOFD II专项资质)。施工方
案和报验材料得到总包、监理单位的批准后才能
进场作业。
检测单位严格按照NBT47013．10 2010，对检
测设备进行调试并组织施工。球罐经TOFD检测
后，5台球罐焊接的一次合格率99％以上，说明之
前焊接质量控制有效。
2．3．4整体热处理
低温球罐焊接完成后需经整体热处理，依靠
均匀加热到金属A3线附近并保温足够时间，使金
属的再结晶作用将大大降低，并改善了焊缝及热
影响区的机械性能，同时使焊接过程引入的微量
活性氢逸出， 防止延迟裂纹的发生， 并提高金属
耐蠕变及耐疲劳性能。
整体消除应力退火属于A类控制点， 按
照图3所示原理， 对该作业过程细分后材料和
机具的报验属于B类。根据材料热处理性能和
GB 1 2337．1 998和GB50094．20 1 0的要求，施工单位
编制热处理方案，提交总包单位、监理单位审核
通过后，确定热处理工艺曲线如图4所示。
热处理方式采用工艺较成熟的柴油内燃法[5】，
见图5。柴油与空气混合后经过霍克喷嘴点火进入
球罐内部，高温烟气被罐内部导流伞重新分布后
使球罐均匀升温。通过烟囱下方的盖板开度和油
路阀门开度控制热功率，当球罐下极测温点读数
一
．
30一 ●技术交流 2石0油12和年化第工15设卷备
达到565℃后，保温2h，让整个球罐金属发生重结
晶作用，降低残余应力。
图4 热处理工艺曲线
整体热处理质量控制点经细分后，系统调
试属于A类控制点。在总包、监理、项目组代表
见证下，施工单位调试系统，调试完成后，各方
代表签字确认，然后点火，按照预定热处理曲线
严格控制油量、风量，使得球罐壁温尽可能接近
既定曲线。实际温度曲线与预定曲线最大温差为
13℃，满足标准和规范要求。
图5 热处理系统
柱脚移动关系到球罐热处理过程中支柱温差
应力的大小，如移动不及时或者位移不足，将造
成局部约束应力过大，甚至产生局部塑性变形。
经细分的质量控制点，在总包、监理、业主项目
组等多家单位的监督指导下，在热处理升温和降
温过程中，温度每变化100℃，移动球罐支柱适当
位移，同时松开(升温时)或收紧(降温时)支
柱拉杆。参照材料线膨胀系数和球罐半径，热处
理过程中支柱累计位移计算结果如表1O。
表lO 柱脚移动位移量
热处理温度℃ 1OO 200 300 400 500 600
升高100"C移动量mm 10 10 lO 10 10 10
累计位移mill 10 20 30 40 50 60
实际施工作业时，总包、监理单位和项目组
代表需检验施工单位制作的专用卡具和千斤顶，
并在升温、降温过程中，抽检移动位移量，与方
案里确定的位移量比较，确保整体热处理效果。
此外，球罐安装过程的水压试验与气密性试
验也属于A类质量控制点。总包单位依据类似焊接
和热处理过程，对各质量控制点进行细分或者升
级，经过优化管理资源，水压试验和气密性试验
均实现了既定的质量目标。
3结论
本项目基于全面质量管理的思想，对球罐安
装的整个过程进行了详细而有效的质量预防、控
制和管理。根据标准规范、设计文件与同类施工
技术难点、施工经验、施工单位人员机具的技术
条件进行综合考虑，对质量控制点进行了细化和
升级管理，执行后效果明显，得到了业主方的一
致好评，对同类工程施工具有指导意义。
◆参考文献
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