乙烯球罐國產(chǎn)化

1、乙烯球罐國產(chǎn)化，是我國發(fā)展的必然趨勢。過去，由于我們沒有成熟的乙烯球罐 的合適用材，乙烯球罐絕大多數(shù)是從國外引進，為了將乙烯球罐逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化， 以滿足石油化工發(fā)展的需要，作為工程設計人員有責任在保證安全和滿足現(xiàn)行規(guī) 范要求的前提下，盡可能選用國產(chǎn)材料。1設計選材球罐采用國產(chǎn)CF-62鋼，即低焊接裂紋敏感性鋼，它除具有良好的焊接性能 外，還具有較好的低溫韌性。CF-62鋼（即07MnNiCrMoVDR）綜合性能較高的新 一代高強度鋼。國產(chǎn)CF-62鋼板保證值為：40C,三個標準試樣低溫沖擊功平 均值Aw>47J,單個伯>33J。國產(chǎn)CF-62鋼板具有較低的焊接裂紋敏感性組成 （Pc

2、mK0.21）,所需預熱溫度較低，焊接施工環(huán)境可得到明顯改善，采用國產(chǎn) CF-62鋼板，球罐造價大大降低，與進口相比，一臺 1000m球罐可節(jié)約300萬人 民幣，經(jīng)濟效益非?？捎^。特別是大慶 1500m乙烯球罐已首先實現(xiàn)國產(chǎn)化，并 在1994年通過國家鑒定，1995年3月投用至今運行情況良好。蘭化的乙烯球罐 也已實現(xiàn)了國產(chǎn)化。國產(chǎn)CF-62鋼已具備制造大型低溫乙烯球罐的條件。在此東方化工廠乙烯球罐的國產(chǎn)化已是勢在必行。綜上所述，在設計選材時，決定東方化工廠 1000m乙烯球罐殼體板采用 07MnNiCrMoVDR鍛件采用與之配套的08MnNiCrMoVD焊條采用J607RH（PP.J607RH

3、2設計參數(shù)的確定原東方化工廠1000m乙烯球罐是意大利TPL公司設計，操作溫度為-27C, 設計溫度取為45C,設計壓力為2.2Mpa（頂部），球殼板材質(zhì)為日本的 LT50-V-50G,如設計溫度照搬國外仍取45C,那么，根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范將無材 可選，只能引進，為此設計小組進行了深入細致的討論和分析，以大慶 1500m 乙烯球罐為例，大慶地處我國東北，乙烯球罐的操作溫度為-27C,設計溫度取 為-30C,對鋼板和焊縫要求必須保證-40c低溫韌性指標，這符合我國規(guī)范。 日本川崎為我公司化工一廠承制的四臺乙烯球罐，球罐操作溫度-30.1 C,操作壓力為18.4Kgf/cm 2,設計溫度為-31C

4、,設計壓力為21Kgf/cm2,已經(jīng)正常運轉(zhuǎn)二 十多年了，而且使用的鋼板是日本-40c級的低溫鋼，有關球罐操作的實踐調(diào)查， 結(jié)論是燕化乙烯球罐在正常操作時從來沒有出現(xiàn)過低于-40C的情況。沒有出現(xiàn)過不等于不可能出現(xiàn)，例如球罐的置換、預冷、倒空等工況失控或違反操作法， 是有可能出現(xiàn)低于-40c的情況。嚴格在規(guī)定的條件下操作，設備是可以安全穩(wěn) 定運行的。縱觀以往引進的乙烯球罐各項參數(shù)進行的分析和目前乙烯球罐的現(xiàn) 狀，也充分考慮了我國今后乙烯的發(fā)展趨勢，公司及時組織有關部門召開了關于 東方化工廠1000m乙烯球罐設計溫度-40C安全性論證，認為乙烯球罐運行過 程中只要嚴格執(zhí)行操作規(guī)章制度，球罐的操作

5、和設計溫度均不會低于-40Co我 們同時也查閱了有關標準規(guī)范，我國 HGJ14-89鋼制化工容器設計基礎規(guī)定 規(guī)定：介質(zhì)工作溫度小于-20C時，設計溫度取介質(zhì)正常操作溫度減010C。 在石化公司SH3074-95石油化工鋼制壓力容器規(guī)定：當最高或最低工作溫度0-20c時，設計溫度應為介質(zhì)正常操作溫度減010c或取最低介質(zhì)溫度。故 東方化工廠乙烯球罐 設計溫度取為-40C,完全符合我國現(xiàn)行規(guī)范的要求，而在 制造技術(shù)條件中，則對鋼板、鍛件實物水平的沖擊功溫度做了更加嚴格限制（包 括熔敷金屬），對沖擊功的數(shù)值作了適當?shù)恼{(diào)整提高。這些超規(guī)范的要求，既考 慮到今后發(fā)展的需要，也保證了鋼板和焊縫的低溫韌性

6、儲備，提高球罐整體的安 全裕度。球罐設計參數(shù)如下：（a）公稱容積：1000m（b）球殼內(nèi)直徑：小12300mMc）存儲介質(zhì)：乙烯（d） 操作壓力：2.0MPa（頂部）（e）設計壓力：2.2MPa（頂部）（f）操作溫度：27c（g）設計溫度：40C （h）殼體材質(zhì)：07MnNiCrMoVDR ）名義厚度：6 n=38mm （鋼板負偏差0 0.25）3球罐的設計方案的確定方案一：球殼內(nèi)直徑 小12300mm采用混合式四帶排板，最大板寬（弧長）為 1932.1mm最長板長（弧長）為6830.9mm球體共54塊板，支柱10根。焊縫總 長360m方案二：球殼內(nèi)直徑為小12300mm采用混合式三帶排板，最

7、大板寬（弧 長）2415.1mm,最長板長（弧度）為8032.3mm求殼共30塊板，支柱8根，焊縫 總長270m因方案一采用四帶結(jié)構(gòu)，雖然板寬較小，但其環(huán)焊縫較長，球罐的環(huán)焊縫存 在很大內(nèi)應力，一般地說，如果有裂紋出現(xiàn)，那么大部分裂紋出現(xiàn)在球罐的環(huán)焊 縫上，大慶1500m球罐焊后殘余應力測試，充分證明了這一點。其次，這個方 案也沒有最大限度地利用板寬，造成浪費。過長的焊縫，加大了焊接工作量，甚 至會造成安全隱患。為避免焊縫過長，就要適當加大球殼板幾何尺寸，但要考慮國內(nèi)軋機能力、 鋼廠鋼錠的噸位，由此而計算出鋼板的厚度、軋機寬度及定尺F、能生產(chǎn)出來的鋼板長度等。為此設計小組（包括我院與合肥通用所

8、）、鋼鐵研究總院、及其他 合作單位與鋼廠協(xié)商，在各個方面作出了巨大努力，保證鋼板最大寬度。經(jīng)過方 案比較（見表一），選擇第二種方案。表分帶數(shù)各帶球心角總 塊 數(shù)環(huán)縫 長（m）焊縫總長（m）支柱數(shù)方4上極：90°上溫帶：40054 93.2359.110下極：90°赤道帶：50 °方 案3上極112.5 0赤道67.5 0下極112.5°3064.3269.78方案二是JB/T4711-92球形儲罐型式與基本參數(shù)推薦使用，為混合式赤道正切支柱結(jié)構(gòu)球罐，它的壓片組焊，現(xiàn)場安裝，焊后檢驗等都是配套的, 具有比較成熟的施工經(jīng)驗。4球殼壁厚的確定球殼分三帶，各帶液

9、柱高度hi：見圖（一）第一帶液柱高度：hi=324.9mm第二帶液柱高度：h2=7158.4mm第三帶液柱高度：h3=9891.7mm4. 1計算壓力：根據(jù)1 ；:1 Mpa其中：P=2.2Mpahi 見（hi、h2、h3）3kg/mFc = 22AMPaF3=2.25MPa4. 2球殼各帶厚度：D=12300mmLI - 小 MPa片1.0厚度附加量：C=1.75mm§ 二一P根據(jù)，+C第一帶：根據(jù)以上各帶厚度計算結(jié)果取各帶球殼板的名義厚度均為:38mm5上支柱的結(jié)構(gòu)設計支柱與球殼的連接，既要能充分地傳遞應力，又要求局部應力水平盡可能低,故焊縫必須具有足夠的焊接長度和強度，同時要采

10、取必要措施減少應力集中?；谝陨峡紤]，本球罐上支柱結(jié)構(gòu)采用赤道正切支柱型式帶 U型橫托板聯(lián)接結(jié)構(gòu) 如圖（二），這種結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點：上支柱型式圖（二）（1）不用增加帶支柱赤道板厚度，改變了尖角焊縫的受力狀態(tài)，使球殼板與 支柱最低點焊縫由原來的點接觸，改為線接觸。 支柱可分體運輸，現(xiàn)場組焊方便，容易找正。這種支柱結(jié)構(gòu)，焊縫全部在外表面，易于焊接，便于檢驗支柱與球殼板連接最低點（a點）是一個薄弱環(huán)節(jié)，此點的應力必須進行應 力校核。目前，對采用橫托板計算a點應力國內(nèi)尚無確定的公式，但用GB12337-90 中a點應力的計算公式來計算橫托板下表面 a點的應力應該是完全可行的。6球罐的整體熱處理焊后熱處理

11、的主要目的是為了消除存在于球罐上由于組裝焊接造成的殘余 應力，并改善焊接接頭性能，特別是提高整體球罐抗脆性斷裂和抗應力腐蝕的能 力，同時能穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形狀與尺寸。對低溫壓力容器，我國GB150-89鋼制壓力容器規(guī)定：“焊接接頭厚度大于 16mmi勺碳素鋼和低合金鋼制低溫壓力容器或 元件應進行焊后熱處理”，故設計要求進行焊后整體熱處理。因CF-62鋼有一定 的再熱裂紋敏感性，所以熱處理時要嚴格控制溫度，在技術(shù)文件中明確規(guī)定：熱處理工藝為570± 20C,彳溫2小時，加熱以內(nèi)燃法為主，同時采用電加熱 方式輔助加熱，以保證熱處理效果。止匕外，在結(jié)構(gòu)上作了一些調(diào)整，如將下人孔布置居中，保證采用火

12、焰加熱法 進行整體熱處理時球殼受熱均勻。 在支柱底板下面，設計熱處理墊板，保證了在 進行熱處理時支柱的移動。在支柱底板上開長圓孔，使得整個滑動體系中存在兩 個滑動面。為驗證熱處理效果，在安裝條件中提出：要對其中一臺球罐在熱處理之前和 熱處理之后，采用X射線法各進行一次焊縫殘余應力測試。 并提出熱處理后的殘 余應力以0 0.5 為合格，這一點已得到證實。北京燕山石油化工（集團）公司委 托北京工業(yè)大學、北京高校強度檢測所進行東方化工廠1000m乙烯球罐（A）焊后及熱處理后殘余應力檢測，根據(jù)焊接殘余應力分布特點，多數(shù)測點選為平行于焊 縫方向測量（即最大主應力方向）。對于部分特殊點（丁字焊縫角點處，Y

13、焊縫處）， 則進行兩個方向的測試。結(jié)果見表二：表二極小環(huán)5130.86(7s1310.22(T s板Y字縫4780.8 (Ts1540.26(T s母材940.16 (Ts420.07 (Ts下丁字縫5120.85 (rs1340.22(T s極小環(huán)5360.89 (Ts950.16 (Ts板Y字縫5060.84(T s1910.32(T s人孔4700.78 (Ts1360.23(T s母材3450.58 (Ts140.02(T s注：（7s按極板實物性能計算：上極板 o-s =595Mpa下極板o-s =600MPa從表可見，焊后殘余應力水平在（0.50.9）口之間。最大值出現(xiàn)在下極板 小

14、環(huán)熱影響區(qū)附近，數(shù)值為536 Mpa,合°'生?？傮w來說，下極板殘余應力數(shù)值 高于上極板，球罐經(jīng)過熱處理后殘余應力明顯下降， 下極板小環(huán)處的最大殘余應 力由原來的 血鞏降為,各區(qū)殘余應力總體水平在0.2h左右，其最大值 發(fā)生在下極板Y字焊縫處，為0.32 口，熱處理達到了較好地消除殘余應力目的， 滿足了設計要求。7關于制造安裝技術(shù)條件首先對鋼板的化學成份提出了比較嚴格的要求，嚴格控制 S、P含量，其中 S含量0 0.008%,增加了對提高材料低溫沖擊功具有較好作用的 N i的含量。通 過控制化學成份，保證材料的機械性能，特別是材料的低溫沖擊韌性值。為了提供高質(zhì)量的球罐，制造條

15、件提出：用于制造本球罐的鋼板實物水平（包 括鋼廠的檢驗及制造廠的復驗結(jié)果）必須達到-45,三個標準試樣的沖擊功平 均值Av>60J（單個最低伯> 42J）,同時提供50c沖擊功數(shù)據(jù)供參考。用于制 造球殼板的鋼板逐張超聲波檢測達I級標準。提出了必須采用實物水平（包括鍛件廠的檢驗及制造廠的復驗結(jié)果），必須達到45Akv>60J（平均值），單個最低 伯>42J的鍛件用于本球罐與球罐相焊的零部件的制造，同時提供一50c沖擊功數(shù)據(jù)供甲方參考。組焊用焊條 J607RH熔敷金屬必'須達到50Akv>60J（平均 值），單個最低伯> 42J。以上這些措施，保證了材料

16、具有良好的機械性能，特別是具有良好的抗低溫 脆性。止匕外，在制造焊接方面也提出了十分嚴格的要求， 如嚴格控制焊接線能量 不超過30KJ/cm,施焊時采用窄焊道，薄層多層焊，每一道焊道寬度不大于焊芯 直徑的4倍，對焊工資格和對焊接工藝評定及焊前予熱都有嚴格要求，規(guī)定了嚴格的焊接材料管理制度，控制焊接層間溫度，同時規(guī)定焊后消氫處理等一系列措 施。技術(shù)條件提出了許多嚴于標準的要求，在檢驗上嚴格執(zhí)行六個100%勺檢測手段，這些措施包括球殼板對接焊縫熱處理前除應進行100%寸線檢測外，還應進行100%©聲波檢測，水壓試驗后再進行 100%®聲波檢測，整體熱處理前后及 水壓試驗后，應分

17、別對球殼板對接焊縫內(nèi)外兩側(cè)，同球殼板焊接形成的角焊縫、 工卡具消除后的焊跡部位及熱影響區(qū)進行表面 100%勺磁粉或滲透檢測。表三列 出了一些檢驗項目的標準規(guī)定值、設計要求值及實測值的比較。經(jīng)過實踐證明，盡管設計提出的要求偏高，但實際上還是能夠達到的，并且 有些還高于設計要求，這就說：只要我們以科學的、求實的態(tài)度，要完成設計制 造優(yōu)質(zhì)的低溫乙烯球罐是完全可行的，這也為今后的設計工作提供了寶貴的實踐 經(jīng)驗。表三序 號檢驗項目標準規(guī)范規(guī)定 值安裝條件、技術(shù) 條件設計要求值實物水平或?qū)?測值1球殼板超聲波 探傷II級I級I級2球殼板07MnNiCrMoVD 低溫沖擊功Akv-40CR方47J（平均值）

18、，單個伯 33J-45C方60J（平均值）,單個伯 42J-45C,方80J（平均值），單個伯 56J3鍛件08MnNiCrMoVD低溫沖擊功Akv-40C方47J（平均值），單個伯 33J-45C方60J（平均值）,單個伯 42J-45C,方60J（平均值），單個伯 42J4產(chǎn)品試板低溫 沖擊功Akv三個試樣的平 均值40C27J-45C三個標準樣的沖擊值均須學27J-45C,方47J（平均 值），優(yōu)良指標為平均 伯47J （單個值33J ）單個伯 33J5焊條PP.J607RH容 敷金屬低溫沖 擊功Akv根據(jù)鑒定材料：-40C47 （平均值）單個伯 33J-50C方47J（平均值）,單個伯

19、 33J-50C,方80J（平均值），單個伯 56J6熱處理溫度及 溫差570± 20C,溫差40 c570± 20C,溫差40 c550575 C,最大溫差25C,最小溫差12 c7焊接后球罐兩 極的凈距與設 計內(nèi)徑之差以 及赤道面的最 大內(nèi)徑與最小 內(nèi)徑之差80mm60mm0 29mm8對接焊縫形成 的棱角度（包括 錯邊量）10mm7mm0 6mm8.運行結(jié)果檢驗東方乙烯球罐1998年5月投用，運行一年后1999年5月由國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān) 督局鍋爐壓力容器檢測研究中心對其進行開罐檢查，根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān) 察規(guī)程、在用壓力容器檢驗規(guī)程，檢驗項目有原始資料、氣密性試驗、內(nèi) 外表面檢查、硬度測定、超聲波測厚、超聲波探傷、金相檢驗、磁粉探傷、焊縫 金相檢驗等。以其中TK-9561D罐為例，該罐運行一年來，情況良好，經(jīng)檢驗的 各項指標、檢驗結(jié)果均符合要求，單項評定