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2000m^3乙烯球罐安裝工程質(zhì)量管理

文檔作者：戴興旺亢海洲吳國俊文檔來源：合肥通用機械研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年02月28日
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． 26一
石油和化工設(shè)備
2012年第15卷
2000m3乙烯球罐安裝工程質(zhì)量管理
戴興旺，亢海洲，吳國俊
(合肥通用機械研究院， 安徽合肥230031)
[摘要] 本文對某石化乙烯改擴建工程5臺2000m 進口低溫乙烯球罐制造中的現(xiàn)場質(zhì)量管理進行了總結(jié)。根據(jù)施工組織的特
點，建立了分類質(zhì)量控制點管理制度，對球罐組裝焊接、無損檢測及焊后整體熱處理過程進行質(zhì)量控制，取得了很好的應(yīng)用
效果。
[關(guān)鍵詞]乙烯球罐；制造安裝；質(zhì)量管理
乙烯球罐是乙烯裂解裝置中關(guān)鍵的存儲設(shè)
備，使用過程中操作壓力高、溫度低、安全性要
求高，是國際上公認的制造難度最大的球罐。某
石化120萬噸／年乙烯改擴建工程，是我國首個實
現(xiàn)“大型乙烯技術(shù)國產(chǎn)化設(shè)計工藝包”的工程項
目，也是國家“十一五”重點建設(shè)工程和中石油
集團公司的重點建設(shè)項目。本文以該項目乙烯原
料儲存區(qū)5臺球罐制造、施工為例，對乙烯球罐制
造中需重點關(guān)注的質(zhì)量問題進行總結(jié)，為今后類
似球罐的制造提供參考。
1球罐安裝的質(zhì)量控制
1．1球罐基本參數(shù)
球罐均為三帶十支柱混合式， 內(nèi)徑
1S700mm，壁厚46ram，全容積2026m 。設(shè)計參數(shù)
如表1。
表1 乙烯球罐設(shè)計參數(shù)
項目 參數(shù) 項目 參數(shù) 項目 參數(shù)
設(shè)計壓力 2．4MPa 腐蝕余量 2mm 介質(zhì) 乙烯
設(shè)計溫度 一40℃～5O℃ 使用年限 20年 是否爆炸危險介質(zhì) 是
工作壓力 2．O7MPa 焊接接頭系數(shù) 1．O 容器類別 III類
工作溫度 一27℃ 裝量系數(shù) O．9
1．2質(zhì)量控制方式
根據(jù)球罐安裝施工項目的特點與施工工序，
列出各基本施工過程對局部和總體質(zhì)量水平有影
響的項目，并以此為依據(jù)設(shè)置質(zhì)量控制點，在此
基礎(chǔ)上編制質(zhì)量控制點作業(yè)指導書及管理辦法，
將所編制文件納入質(zhì)量管理體系文件[1】，由總包到
施工單位建立起完整的質(zhì)量管理體系，把現(xiàn)場質(zhì)
量管理落實到具體施工作業(yè)人員層面，進行有效
運轉(zhuǎn)，控制流程圖如圖1。
1．3質(zhì)量控制點分類及設(shè)置
根據(jù)設(shè)計要求和技術(shù)標準規(guī)范將質(zhì)量控制點
分為三類，即：標準規(guī)范及設(shè)計要求的主控項目
列為A類；標準規(guī)范強制執(zhí)行的其他項目作業(yè)列為
B類；其余過程性作業(yè)列為C類。參與A、B、C三
類控制點的管理單位不同，區(qū)別見表2。各單位可
注：圖中右三角形里的a／bit分別代表參與AIBIC類質(zhì)量控
制點的管理單位
圖1 質(zhì)量控制流程示意圖
根據(jù)自身情況與工程實際對質(zhì)量控制點進行升級
管理和再次細分，如圖2、圖3。
? ● - ● ● - ● ? ? ● ● ● - ● ● ● ● ? ? ● ● ● ? ? ● ● ● - ● - ? ? ? ● _ ●● ● ●? ? ● ● ● ● ? ? ● ● ● ● ● ● ● ● ? ? ● ● ● ● ● ● ? ● ● - ● ● ● ● ● _ ? ● ● ●● ●
作者簡介：戴興旺(1981一)，男，福建將樂人，本科，助理
工程師。主要從事壓力容器設(shè)計及制造工作。
第5期 戴興旺等2000m 乙烯球罐安裝工程質(zhì)量管理 ．27一
表2 三類控制點的參與方
＼ 參與方 業(yè)主項目組及 監(jiān)理單位 總包單位 施工單位
分 政府管理機構(gòu)
A √ √ √
B √ √ √
C √ √
注：業(yè)主項目組和政府管理機構(gòu)包括業(yè)主項目指揮部、設(shè)
計院、地勘局、特檢所、質(zhì)監(jiān)局等。
級控制點 球罐熱處理A點
u ／ ＼
設(shè)備報驗B I 調(diào)試A l I加熱A l J主腳 動A
圖3 控制點細分管理原理
2質(zhì)量控制
乙烯球罐安裝過程的質(zhì)量控制主要包括球殼
板壓制、球罐組裝及焊接三方面。
2．1球殼板壓制檢查
球殼板壓制前需對材料進行復驗，材質(zhì)復驗
屬于質(zhì)量控制的主控項目，即質(zhì)量控SUA點。本項
目球罐主體材質(zhì)為日本JFE—HITEN610U2L，配套
焊條型號為LB．65L。鋼板、鍛件及焊條到港后，
球殼板壓制廠家經(jīng)總包方授權(quán)后委托第三方單位
圖2 控制點升級管理原理
進行材質(zhì)復驗，并向當?shù)靥貦z所辦理告知。球殼
板運抵現(xiàn)場后， 由總包方牽頭，監(jiān)理單位和業(yè)主
項目組參加，采用便攜式光譜儀對球殼板進行材
質(zhì)復驗，并填寫材質(zhì)復驗記錄表作為質(zhì)量控制過
程文件。經(jīng)檢驗，材料的化學成分(熔煉分析)
結(jié)果見表3、表4；力學性能見表5、表6，焊條見
表7。
壓制時應(yīng)控制球殼板的回彈量，確保其曲
率符合要求。球殼板壓制完成后應(yīng)對球殼板進行
尺寸檢查和焊縫無損檢查，避免造成復檢不合格
返廠。尺寸檢查，主要包括曲率檢查、外形尺寸
檢查、殼板坡口檢查、開孔檢查及凸緣檢查；焊
縫檢查，主要包括開孔焊縫及凸緣焊縫的無損檢
查。經(jīng)檢查結(jié)果均符合球罐施工工藝要求和設(shè)計
文件規(guī)定。
表3 主材化學成分(熔煉分析)
元素 C Si Mn Ni S I P I Cr Mo I V l Nb I Pcm l PSR
質(zhì)量分數(shù)／％ 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 焊條化學成分(熔煉分析)
表5 主材力學性能
拉伸試驗／Mpa 沖擊試驗 彎曲試驗
R l Rcl l A／％ 試驗溫度／℃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 焊條力學性能
拉伸試驗／Mpa 沖擊試驗 彎曲試驗
R I R。l I A／％ 試驗溫度／℃I Akv／J l Ak~ ／J r=3a Q=180。
670 I 570 I 23 —50 I 89 I 148 I 92 I 109 完好無裂紋
一
28一 一 技術(shù)交流 2石0油1和化工設(shè)備
2年第15卷
表7 焊條擴散氫檢測結(jié)果(合格值：4．1ml／lOOg)
焊條批號 規(guī)格／mm 擴散氫檢測結(jié)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組裝后尺寸檢查
超過1O00m 的球罐，單片散裝法難度小、效
率高，因而成為工程中最常用的球罐組裝方法 。
球殼板坡口經(jīng)100％磁粉檢測合格、樣尺曲率檢查
和厚度測定(每張球殼板測點個數(shù)不低于9)合格
后，在專用胎具上組對球罐支腿。支腿對接焊縫
磁粉檢驗合格后，按照赤道板、下極邊板、下極
側(cè)板、上極邊板、上極側(cè)板、上極板、下極板的
順序完成組裝。組裝完畢后的幾何尺寸檢查，屬
于A類質(zhì)量控制點，相關(guān)各方技術(shù)人員進入球罐內(nèi)
進行數(shù)據(jù)復測，并填寫質(zhì)量控制點表格，測量結(jié)
果見表8。
表8 球罐組裝后幾何尺寸檢查 單位：mm
檢查項目 直徑偏差 橢圓度 棱角度 錯邊量 對口間隙
允差 ≤65 ≤50 ≤6 ≤2 2±2
實測值 +24 +6 +2 +2 +3
2．3焊接
2-3．1焊前準備
焊前準備包括焊評、焊工資質(zhì)審查、焊接技
術(shù)交底、焊條質(zhì)量控制及坡口清理。
焊評屬于A類控制點。施工單位根據(jù)標準
進行主材+鍛件、鍛件+鍛件的焊接工藝評定，結(jié)
果經(jīng)焊接責任師、質(zhì)量責任師審批后，交由總包
方、監(jiān)理和業(yè)主單位認可、備案，最終形成焊接
工藝卡用于指導現(xiàn)場焊接。
焊工考試本屬于B類控制點。考慮到進口高強
鋼板焊接的難度和低溫乙烯球罐焊縫的重要性，
總包單位將焊工考試按照圖2的原理，提升為A
類質(zhì)量控制點。在焊工人員資質(zhì)報驗合格后，進
行理論筆試，然后再根據(jù)焊接工藝卡，在總包單
位、監(jiān)理單位、業(yè)主項目組代表見證下，組織焊
工進行同條件、全位置下的焊接實踐考試。焊接
試板應(yīng)標明焊工號、焊接位置代號等信息，并送
第三方無損檢測單位進行100％射線檢測(II級合
格)。檢測結(jié)果不合格的焊工，禁止參與球罐的
焊接。
技術(shù)交底包括：總包單位對施工單位技術(shù)
負責人進行焊接技術(shù)交底，施工單位對焊接班組
長及全體焊工進行技術(shù)交底。針對邊板和側(cè)板相
交的頂點附近形成的丁字型焊口容易產(chǎn)生缺陷問
題，總包單位對施工單位技術(shù)人員、施工班組長
等管理人員和技術(shù)人員單獨進行班前講話，要求
施工作業(yè)人員嚴格按照焊評規(guī)定的焊接順序，杜
絕在同一處多次起弧或收弧，焊前1OO'C一125℃預
熱、施焊時嚴控焊接線能量低于25kJ／cm，且焊條
擺動幅度不超過焊條直徑的4倍，焊后及時進行消
氫熱處理，加熱溫度為200℃．250℃ ，且保溫2h以
上。
此外，根據(jù)施工單位的具體情況，將焊條烘
干發(fā)放過程的質(zhì)量控制由原來C類提升為B類，
總包、監(jiān)理參與焊條烘干、發(fā)放、回收的整個環(huán)
節(jié)。焊機、焊材、焊條烘干設(shè)備和焊條保溫桶進
場報驗合格后，要求施工單位配備專人進行焊條
烘干、發(fā)放、回收管理，并建立詳細臺賬。臺賬
要求至少包括烘干溫度、保溫時間、室內(nèi)溫／濕度
記錄，臺賬每頁都要求焊接責任師簽字、總包焊
接責任師和球罐監(jiān)理簽字確認。對于未烘干過的
新焊條和已烘干一次的焊條分別存放、發(fā)放，焊
條烘干次數(shù)不準超過2次。
徹底清除坡口兩側(cè)，尤其是丁字縫周邊沿焊
縫放線200mm范圍內(nèi)的水、銹、油污、雜物，并
采用擴散氫檢測合格的低氫焊條，以降低焊接過
程中融入熔池的活性氫，并為后續(xù)無損檢測工作
做好準備。
第5期 戴興旺等2000m 乙烯球罐安裝工程質(zhì)量管理 一29—
2．3．2焊接過程
布置20名合格焊工均布在不同位置同時、等
速施焊，按照先縱后橫、先內(nèi)后外的順序進行焊
接。根據(jù)焊接工藝卡，焊接過程中的各種參數(shù)如
表9。
LB一65L焊條必須在350-400℃烘干1—2h，然后
降至100．150℃保溫待用。每個焊工一次性領(lǐng)用的
焊條均應(yīng)在4h內(nèi)使用完成，并應(yīng)在焊條領(lǐng)用記錄
表上簽字(不允許代簽)。超過4h的焊條必須重
新烘干。焊條裝進保溫桶后應(yīng)及時封蓋，帶到作
業(yè)區(qū)域后保溫桶接入焊機次級回路， 隨取隨用，
焊工手里不得有焊條。
表9 焊接過程控制參數(shù)
直徑(咖) 位置 電壓(V) 電流(A) 速度(cm／min) 線能量(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 橫 22-24 180—200 9一l1 12—30
3．2 橫 22—24 160—180 9-10 12-25
國內(nèi)相關(guān)單位對此鋼種進行過多次焊接試
驗[4】， 結(jié)果表明： 過長的t8／5(800℃一500℃冷卻時
間)使焊縫金屬奧氏體晶粒粗大、上貝氏體組織
出現(xiàn)的可能性增大，最終加劇熱影響區(qū)的脆化傾
向，降低鋼的低溫沖擊韌性。為了降低t。 必須
采用較小的焊接線能量(12．35kJ／cm)，并且做
到：薄層多道焊(單層焊縫厚度不超過3．5mm)、
層間溫度控制為125．150℃、小擺幅?？偘劫|(zhì)檢
人員采用紅外測溫槍對焊縫預熱溫度、層間溫度
及后續(xù)消氫熱處理溫度進行抽檢，每條焊縫兩側(cè)
50mm內(nèi)對稱測量不少于3組數(shù)據(jù)，并填寫溫度檢
測記錄；用鉗式電流表于焊工焊鉗lm內(nèi)測量焊接
電流，并用刻度尺、秒表一起測算焊工施焊的線
能量，填寫焊接線能量檢查記錄。
由于低溫高強鋼的熱裂紋敏感性， 焊后必須
立即進行消氫處理。消氫處理溫度250℃．300℃，
并保溫lh以上。現(xiàn)場操作時，每道焊縫焊接結(jié)束
時，焊工用對講機聯(lián)系球罐外面的監(jiān)火人，將對
應(yīng)編號的加熱器調(diào)節(jié)閥增大，從焊接層間溫度升
溫至消氫處理溫度，并保溫1．2h?？偘劫|(zhì)檢人員
用測溫槍確認溫度達到消氫處理溫度后，記錄時
間，并督促施工單位填寫過程表格。
2．3_3無損檢測(TOFD)
該項目屬于改擴建，新建球罐與原有在役球
罐最短距離不足20m，西側(cè)100m范圍內(nèi)有機加工
廠房，而且球罐壁厚達46mm，如果采用射線檢
測，不僅要解決安全距離問題， 也要選用大功率X
射線機或者Y源。與射線探傷(RT)和脈沖反射
檢測(即常規(guī)uT)技術(shù)相比，衍射時差超聲檢測
法(TOFD)檢測技術(shù)具有效率高、靈敏度高、定
量精度高、無污染、成本低等優(yōu)點。經(jīng)與業(yè)主、
設(shè)計方、中國特檢院協(xié)商獲準采用TOFD代替原設(shè)
計射線檢測(I )方法。
認真篩選國內(nèi)有資質(zhì)有同類檢測業(yè)績的單
位，要求進場前報驗人員資質(zhì)(UT III和TOFD II
專項資質(zhì)或者UT II和TOFD II專項資質(zhì))。施工方
案和報驗材料得到總包、監(jiān)理單位的批準后才能
進場作業(yè)。
檢測單位嚴格按照NBT47013．10 2010，對檢
測設(shè)備進行調(diào)試并組織施工。球罐經(jīng)TOFD檢測
后，5臺球罐焊接的一次合格率99％以上，說明之
前焊接質(zhì)量控制有效。
2．3．4整體熱處理
低溫球罐焊接完成后需經(jīng)整體熱處理，依靠
均勻加熱到金屬A3線附近并保溫足夠時間，使金
屬的再結(jié)晶作用將大大降低，并改善了焊縫及熱
影響區(qū)的機械性能，同時使焊接過程引入的微量
活性氫逸出， 防止延遲裂紋的發(fā)生， 并提高金屬
耐蠕變及耐疲勞性能。
整體消除應(yīng)力退火屬于A類控制點， 按
照圖3所示原理， 對該作業(yè)過程細分后材料和
機具的報驗屬于B類。根據(jù)材料熱處理性能和
GB 1 2337．1 998和GB50094．20 1 0的要求，施工單位
編制熱處理方案，提交總包單位、監(jiān)理單位審核
通過后，確定熱處理工藝曲線如圖4所示。
熱處理方式采用工藝較成熟的柴油內(nèi)燃法[5】，
見圖5。柴油與空氣混合后經(jīng)過霍克噴嘴點火進入
球罐內(nèi)部，高溫煙氣被罐內(nèi)部導流傘重新分布后
使球罐均勻升溫。通過煙囪下方的蓋板開度和油
路閥門開度控制熱功率，當球罐下極測溫點讀數(shù)
一
．
30一 ●技術(shù)交流 2石0油12和年化第工15設(shè)卷備
達到565℃后，保溫2h，讓整個球罐金屬發(fā)生重結(jié)
晶作用，降低殘余應(yīng)力。
圖4 熱處理工藝曲線
整體熱處理質(zhì)量控制點經(jīng)細分后，系統(tǒng)調(diào)
試屬于A類控制點。在總包、監(jiān)理、項目組代表
見證下，施工單位調(diào)試系統(tǒng)，調(diào)試完成后，各方
代表簽字確認，然后點火，按照預定熱處理曲線
嚴格控制油量、風量，使得球罐壁溫盡可能接近
既定曲線。實際溫度曲線與預定曲線最大溫差為
13℃，滿足標準和規(guī)范要求。
圖5 熱處理系統(tǒng)
柱腳移動關(guān)系到球罐熱處理過程中支柱溫差
應(yīng)力的大小，如移動不及時或者位移不足，將造
成局部約束應(yīng)力過大，甚至產(chǎn)生局部塑性變形。
經(jīng)細分的質(zhì)量控制點，在總包、監(jiān)理、業(yè)主項目
組等多家單位的監(jiān)督指導下，在熱處理升溫和降
溫過程中，溫度每變化100℃，移動球罐支柱適當
位移，同時松開(升溫時)或收緊(降溫時)支
柱拉桿。參照材料線膨脹系數(shù)和球罐半徑，熱處
理過程中支柱累計位移計算結(jié)果如表1O。
表lO 柱腳移動位移量
熱處理溫度℃ 1OO 200 300 400 500 600
升高100"C移動量mm 10 10 lO 10 10 10
累計位移mill 10 20 30 40 50 60
實際施工作業(yè)時，總包、監(jiān)理單位和項目組
代表需檢驗施工單位制作的專用卡具和千斤頂，
并在升溫、降溫過程中，抽檢移動位移量，與方
案里確定的位移量比較，確保整體熱處理效果。
此外，球罐安裝過程的水壓試驗與氣密性試
驗也屬于A類質(zhì)量控制點?？偘鼏挝灰罁?jù)類似焊接
和熱處理過程，對各質(zhì)量控制點進行細分或者升
級，經(jīng)過優(yōu)化管理資源，水壓試驗和氣密性試驗
均實現(xiàn)了既定的質(zhì)量目標。
3結(jié)論
本項目基于全面質(zhì)量管理的思想，對球罐安
裝的整個過程進行了詳細而有效的質(zhì)量預防、控
制和管理。根據(jù)標準規(guī)范、設(shè)計文件與同類施工
技術(shù)難點、施工經(jīng)驗、施工單位人員機具的技術(shù)
條件進行綜合考慮，對質(zhì)量控制點進行了細化和
升級管理，執(zhí)行后效果明顯，得到了業(yè)主方的一
致好評，對同類工程施工具有指導意義。
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