球罐的知识介绍（一）
球罐
球罐为大容量、承压的球形储存容器，广泛应用于石油、化工、冶金等部门，它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。
也可作为压缩气体（空气、氧气、氮气、城市煤气）的储罐。
球形罐与立式圆筒形储罐相比，在相同容积和相同压力下，球罐的表面积最小，故所需钢材面积少；在相同直径情况下，球罐壁内应力最小，而且均匀，其承载能力比圆筒形容器大1倍，故球罐的板厚只需相应圆筒形容器壁板厚度的一半。
由上述特点可知，采用球罐，可大幅度减少钢材的消耗，一般可节省钢材30%～45%；此外，球罐占地面积较小，基础工程量小，可节省土地面积。
（一）球罐的构造与分类
1、球罐的构造
球罐由本体、支柱（承）及附件组成。
（1）球罐本体
球罐本体是球罐结构的主体，它是球罐储存物料承受物料工作压力和液体静压力的构件。
由于球壳体直径大小不同，球壳板的数量也不一样，球壳有环带式（橘瓣式）、足球瓣式、混合式结构三种形式。
（2）球罐支柱（承）
球罐支柱（承）是用于支承球罐本体重量和储存物料重量的结构部件，有柱式、裙式半埋入式及高架式支座多种。
1）柱式支座。
赤道正切柱式支座是使用最多的一种形式，另外，还有V型支承或三柱合一型支承。
2）裙式支座。
这种结构的特点是支座较低，由钢板制成，其优点是稳定性好，节省钢材。
3）半埋入支座。
这种结构是半球体支承于钢筋混凝土基础上。
（3）球罐的附件
1）梯子平台。
一般球罐设置顶部平台和中间平台，顶部平台是工艺操作平台。
2）人孔和接管。
人孔是为了操作人员进出球罐进行检验和维修而设置的，同时也用于现场组装焊接球罐时进行焊后整体热处理、进风、燃烧口和烟气排出等。
3）水喷淋装置。
球罐上装设水喷淋装置是为了贮存的液化石油气、可燃气体和毒性气体的隔热需要，同时也可起消防保护作用。
4）隔热和保冷设施。
隔热和保冷一般是为了保证贮存介质的一定温度。
储存液化石油气、可燃性气体和液化气及有毒气体的球罐和支柱，应该设置隔热设施。
球罐储存低温物料（如乙烯、液氨等）时应设保冷装置。
5）液面计。
为了观测球罐内液位情况，一般在储存液体和液化气体的球罐中装置液面计。
6）压力表。
为了测量球罐内的压力而设置压力表。
考虑到压力表由于某种原因而发生故障或由于仪表检查而取出等情况，应在球壳的上部和下部各设一块压力表。
2、球罐分类
球罐的结构是多种多样的，根据不同的使用条件（介质、容量、压力湿度）有不同的结构形式。
通常按照外观形状、壳体构造和支承方式的不同来分类。
（1）按形状分为圆球形和椭球形
（2）按壳体层数分为单层壳体和双层壳体
1）单层壳体最常见，多用于常温高压和高温中压球罐。
2）双层壳体球罐，由外球和内球组成，由于双层壳体间放置了优质绝热材料，所以绝热保冷性能好，故能储存温度低的液化气。
双层壳体球罐采用双金属复合板制造，适用于超高压气体或液化气的储存，目前使用不多。
（3）按球壳的组合方式分为纯橘瓣式、纯足球瓣式和足球橘瓣混合式。
1）纯橘瓣式球壳是按橘瓣结构形式（或称西瓜皮瓣）进行分割组合的，这种结构形式称纯橘瓣球壳。
这种球壳的特点是球壳拼装焊缝较规则，施工简单。
纯橘瓣式球壳结构有赤道带，球罐支承大多数为赤道正切柱式支承
2）足球瓣式球壳。
其优点是球瓣的尺寸相同或相近，制作开片简单省料。
缺点是组装比较困难，有部分支柱搭在球壳的焊缝上造成该处焊接应力较复杂。
3）足球橘瓣混合式球壳。
其结构特点是赤道带采用橘瓣式，上下极板是足球瓣式。
优点是制造球皮工作量小，焊缝短，施工进度快，另处可以避免支柱搭在球壳焊缝上带来的不足，缺点是两种球瓣组装校正麻烦，球皮制造要求高。
（4）按支承结构分为柱式支承和裙式支承，半埋入式支承、高架支承等
（二）球罐的安装施工
1、球罐的拼装方法
（1）分片组装法。
采用分片组装法的优点是：施工准备工作量少，组装速度快，组装应力小，而且组装精度易于掌握，不需要很大的吊装机械，也不需要太大的施工场地，缺点是高空作业量大，需要相当数量的夹具，全位置焊接技术要求高，而且焊工施焊条件差，劳动强度大。
分片组装法适用于任意大小球罐的安装。
（2）拼大片组装法。
拼大片组装法是分片组装法的延伸。
在胎具上将已预热好、编了号的相邻两片或多片球壳瓣，拼接成较大的球壳片，然后吊装组焊成球壳体。
组合的球壳片瓣数多少为宜，要根据吊装能力确定。
拼大片组装法由于在地面上进行组装焊接，减少了高空作业，并可以采用自动焊进行焊接，从而提高了焊接质量。
（3）环带组装法。
环带组装法一般分两种，一种是在预制厂先将各环带预制成型，然后运输到现场组装，这种方法常受各种限制，比较大的球罐很少采用。
大多数施工单位一般都是在现场进行预制并组装。
在临时钢平台上，先后将赤道带，上下温带、上下极板分别组对焊接成环带，然后将各环带组装焊接成球体。
环带组装法组装的球壳，各环带纵缝的组装精度高，组装的拘束力小，减少了高空作业和全位置焊接，施工进度快，提高了工效。
同时也减少了不安全因素，并能保证纵缝的焊接质量。
环带组装法现场施工时，需要一定面积的临时钢平台，占用场地大；组装时需用的加固支撑较多；组成的环带重量较大，组装成球时需较大的吊装机械。
另外，环缝组对时难以避免强制性组装，因而强装焊接后产生较大的应力。
环带组装法一般适用于中、小球罐的安装。
（4）拼半球组装法。
这种施工方法的特点是：高空作业少，安装速度快，但需用吊装能力较大的起重机械等，故仅适用于中、小型球罐的安装。
（5）分带分片混合组装法。
这种方法适用于中、小型球罐的安装。
上述这组装方法中，在施工中较常用的是分片组装法和环带组装方法。
2、球罐焊接
球罐的焊接工作量很大，焊接难度高，焊缝包括平、立、仰、横各种位置的焊接，技术要求十分严格。
3、球罐焊前预热、焊后热处理及整体热处理
（1）焊前预热。
预热是指施焊前把焊接的工件加热到比环境更高的温度，再在此温度下进行焊接，球罐的材质大多数为高强度的合金钢，在焊接过程中，由于材质焊后冷却收缩，易于产生冷裂纹及脆性断裂。
预热的目的就是为了防止焊接金属的热影响区产生裂纹，减少应力变形量，防止金属热影响区的塑性、韧性的降低，并且可以除去表面水分。
根据施工规范规定，球罐的预热温度根据焊件材质、厚度、接头的拘束度、焊接材料及气象条件确定。
预热时要求对焊接部位均匀加热，使其达到焊接工艺规定的温度，预热范围为焊接接头中心两侧各3倍板厚以上且不少于100mm的范围内。
（2）焊后热处理。
球罐焊接完后应立即进行焊后热处理。
焊后热处理的主要目的：一方面是释放残余应力，改善焊缝塑性和韧性；更重要的是为了消除焊缝中的氢根，改善焊接部位的力学性能。
球罐的焊接后消氢处理应由焊接工艺评定结果确定，焊后热处理温度一般要求应与预热温度相同（200～350℃），保温时间应为0.5～1h.遇有下列情况的焊缝，均应在焊后立即进行焊后热消氢处理。
1）厚度大于32mm的高强度钢；
2）厚度大于38mm的其他低合金钢；
3）锻制凸缘与球壳板的对接焊缝。
（3）整体热处理
1）整体热处理的目的。
球罐整体热处理的目的是为了消除由于球罐组焊产生的应力，稳定球罐几何尺寸，改变焊接金相组织，提高金属的韧性和抗应力能力，防止裂纹的产生。
同时，由于溶解氢的析出，防止延迟裂纹产生，预防滞后破坏，提高耐疲劳强度与蠕变强度。
目前我国对壁厚大于34mm的各种材质的球罐都采用整体热处理。
2）整体热处理的方法。
球罐整体热处理有两种方法：内燃法和电热法。
4、球罐的检验
焊接质量检验是保证球罐质量不可缺少的重要手段。
（1）焊缝检查。
（2）水压试验。
水压试验是为了检查球罐的强度、考核球罐组装焊接质量，以保证球罐能够承受设计压力不漏。
经过水压超载能够改善球罐的承载能力。
尽管球罐在制造、组装焊接过程中和焊后都进行了严格的检验工作，但漏检的缺陷有可能在水压试验中出现。
因此水压试验也是比较重要的检验手段。
（3）气密性试验。
根据规定，球罐经水压试验合格后要再进行一次磁粉探伤或渗透探伤；排除表面裂纹及其他缺陷后，再进行气密性试验。
气密性试验是在球罐各附件安装完毕、压力表、安全阀、温度计经过校验合格后进行。
气密性试验所用气体应是干燥、清洁空气或其他惰性气体，气体温度不得低于5℃。
例题1．采用分片组装法组装球罐时，其施工缺点是（）。
A. 施工准备工作量多
B. 组装速度慢
C. 组装精度不易掌握
D. 高空作业量大
答案：D. 高空作业量大
例题2.球罐焊接完后应立即进行焊后热处理，其相对更为重要的目的是（）。
A. 释放残余应力
B. 改善焊缝塑性
C. 提高焊缝抗冲击韧性
D. 消除焊缝中的氢根答案：A.。
