10000m3立式固定頂儲罐罐壁組裝焊接施工技術

譚小榮 高強

摘要：本文以某工程油罐變形矯正為例，闡述了過程控制的做法和措施，提出了類似工程質量控制的要點。

關鍵詞：固定拱頂儲罐;壁板;焊接變形;控制要點

10000m?儲油罐是國內常見的規(guī)格，我單位承接的某油罐為國家戰(zhàn)略儲備油罐，施工質量要求高。罐體組裝焊接在已經建成的混凝土罐室內進行，組裝焊接使用的設備機具受到空間限制。

在罐壁的焊接組裝過程中，出現(xiàn)了部分焊接變形超出規(guī)范規(guī)定，經多次修補和矯正，最終達到質量控制要求。

1.油罐設計的技術參數(shù)

本工程油罐罐體體積10000m?，共七個，編號為1#～7#，固定拱頂結構。設計的壁板由九圈組成，最上層的三圈（7～9圈）壁板厚度為6mm（詳見表1油罐技術參數(shù)）。

表1?10000m3油罐技術參數(shù)

公稱容積

10000m3

儲存介質

柴油/航空煤油

直徑

28m

儲罐高度

19.56m

工作壓力

常壓

工作溫度

常溫

設計壓力

-500Pa～+2000Pa

設計液位

16.2m

重量

193.617t

板材材質

Q235B/Q345R

罐壁厚度

6mm（第7～9圈）/8mm（第6圈）/10mm（第4圈～5圈）/11mm（第3圈）/12mm（第2圈）/13mm（第1圈）

2.組裝焊接

2.1油罐組裝

儲罐施工采用倒裝工藝進行組裝，倒裝提升裝置采用電動葫蘆。

圖1?油罐結構及提升機構安裝示意圖

圖2?油罐提升示意圖

2.2編制焊接工藝卡

儲罐焊接采用手工電弧焊進行焊接。根據(jù)本公司焊接工藝評定報告，編制本工程的焊接工藝卡。

本工程油罐焊接編制焊接工藝卡4份：Q235B，厚度6mm，V型坡口，焊接層次3層;Q235B，厚度8～10mm，V型坡口，焊接層次4層;Q345R，厚度8～10mm，V型坡口，焊接層次4層;Q345R，厚度11～13mm，X型坡口，焊接層次5層。

圖3?焊接工藝卡（表樣）

2.3施工順序

儲罐基礎驗收→罐底組裝（焊口檢驗合格）→固定頂組裝→罐壁組裝（焊口檢驗合格）→附件安裝→充水試驗。

2.4罐壁焊接

2.4.1組裝頂層壁板

按照已排好的壁板順序依次將壁板吊裝就位，一邊圍板，一邊點焊縱焊縫（留出安裝余量的一道縱縫不焊），待其余焊縫全部焊好后，按圍板周長切割余量。

上層壁板除預留部位不焊接，可以提升本圈壁板。

2.4.2提升壁板

提升前，組對環(huán)縫，在預留活口縱縫左右各1500mm不焊，等其它環(huán)縫焊完后，先焊接立縫，后焊環(huán)縫，再拆除工裝。

按照“圖2?油罐提升示意圖”，提升壁板。

提升高度超過下一圈壁板高度30～50mm，停止提升，在下一層板的外側，錯開點焊擋板，使上下壁板環(huán)縫對接。

下圈壁板按照“2.4.1”的方法繼續(xù)組裝焊接施工。

2.4.3過程要求

為了保證對口間隙均勻一致，在環(huán)縫中加墊板，墊板的厚度等于設計要求的對口間隙。

當上下板厚度不相同時，保證罐內壁齊平，其余各層壁板的提升安裝與之相同。

最后一圈壁板安裝時，在底圈壁板安裝線內外點焊擋塊，圍板焊接立縫，立縫焊接完畢，立即提升組裝環(huán)縫，然后找正，點焊與底板的角焊縫。

2.4.4檢查檢驗

罐底焊縫、罐壁焊縫、底圈壁板與罐底的T形接頭等三處的焊縫做外觀檢查外，無損檢測隨著組裝焊接過程進行。

縱縫和環(huán)縫焊完后應按設計要求對壁板的幾何尺寸進行檢驗。

2.4.5充水試驗

油罐建造所有附件及其他與罐體焊接的構件全部完成后，用潔凈淡水做充水試驗。規(guī)范[1]第6.4.4條規(guī)定：“充水到設計最高液位后，保持48h后，罐壁無滲漏、無異常變形為合格”。

3.焊接變形

3.1規(guī)范允許偏差

根據(jù)GB50128-2005【1】第4.4.2-5規(guī)定，第2圈至第8圈允許角變形量不大于12mm，第1圈角變形量不得大于10mm。第2圈至第8圈允許罐壁局部凹凸變形量不大于15mm，第1圈罐壁局部凹凸變形量不得大于13mm。

3.2現(xiàn)場實際變形

現(xiàn)場首先施工的是4#罐，在組裝焊接過程中發(fā)現(xiàn)的變形部位最多，變形偏差最大。見“圖4?油罐變形位置及檢查標注”。具體如下：

4#油罐壁板局部凹凸度變形過大，部分壁板出現(xiàn)角變形。凹凸部位主要集中在4號罐第8圈與第7圈環(huán)縫之間，所有變形共計八處。

第一處：位于罐室右側第6圈與第5圈壁板之間的環(huán)縫處，凹凸變形量為19mm。編號001。

第二處：為第8圈和第7圈之間環(huán)縫凹陷，凹陷變形量為32mm。編號002。

第三處：為第6圈與第5圈之間環(huán)縫對接處，凹陷變形量為28mm。編號003。

第四處：為第5圈與第4圈之間環(huán)縫和立縫，微量變形，壁板無明顯弧度，測量變形量為18mm，角變形量為15mm。編號004。

第五處：為第8圈和第7圈環(huán)縫對接部分凹陷（第8帶板，凹凸變形量為21mm，編號為005）。編號005。

第六處：為第7圈和第8圈環(huán)縫對接處，凹陷變形量為34mm。編號006。

第七處：為第8圈和第7圈環(huán)縫對接處，凹陷不明顯，測量變形量為20mm。編號007。

第八處：為第7圈和第6圈環(huán)縫對接處，第7圈輕微凹陷，第6圈輕微凸起，測量變形量為17mm，角變形量為17mm。編號008。

圖4?油罐變形位置及檢查標注

4.產生變形原因分析

對設計圖紙、預制鋼板、施工工藝等因素進行分析，認為4#儲罐罐壁局部出現(xiàn)凹凸度超標原因主要有以下三種。

4.1預制鋼板尺寸偏差

變形編號001、004、007、008。由于壁板組裝時，上下圈板尺寸偏差超標，對口不吻合，對口間隙不均勻，焊接時強行對口，焊接應力變形增加。此類情況多位于下圈壁板與上圈壁板組裝焊接中。具體表現(xiàn)為：

①上圈壁板尺寸超差。

②環(huán)縫焊接過程中局部變形累積，導致角變形和凹凸度變形。

4.2預制鋼板的材料性能

變形編號002、005、006。此類情況多位于第7圈～第9圈，厚度為6mm壁板焊接過程中。

6mm鋼板在油罐制作中屬于薄板，剛度較差，焊接變形不易控制。

4.3焊接工藝不當

變形編號002、003、005、006，其中編號003位于厚壁板中，出現(xiàn)的較少，一旦出現(xiàn)后，變形較大。

①焊材、焊機的選擇不當。施焊中，焊接電流偏大，焊條使用過大，導致熱影響變形區(qū)域增加。

②壁板環(huán)縫分段退焊時，焊接人員的焊接速度存在差異，不對稱施焊增加了焊接變形。

5.變形整改措施

針對4#罐出現(xiàn)的八處變形，項目部請教了在核電施工有焊接經驗的專業(yè)工程師并請其到現(xiàn)場進行分析指導，同時到甲方同期開工的山東某項目進行調研學習。

制定了如下整改措施。

5.1焊縫周圍凹凸度變形較小的區(qū)域

變形編號001、004、007、008。

①對凹凸區(qū)域加設剛性護板進行加固處理，防止使用碳弧氣刨和手工電弧焊時對鋼板加熱，產生的熱影響區(qū)域擠壓后造成進一步變形。

②采用碳弧氣刨，對向內凹的區(qū)域的內側焊縫，用碳弧氣刨刨掉2/3左右。

③刨完后，由于焊縫區(qū)域鋼板受熱，利用余熱在此同時可采取手錘敲打擊和使用千斤頂外頂?shù)葯C械處理方式。

在敲打和頂?shù)倪^程中加墊板，不能直接敲打母材。

④對以上處理的焊縫進行手工電弧焊補焊。

⑤焊接時要考慮預留好凸出量，用于彌補冷卻收縮量。

5.2變形較大區(qū)域處理方法

變形編號002、005、006。

對于整版凹陷、多板凹陷等大面積變形處修正，采?。?/p>

①在變形所在位置的橫向焊縫上下各100mm處加設脹圈，脹圈與壁板貼緊。

②對變形處橫向焊縫用碳弧氣刨刨至焊縫1/3處，利用余熱采用機械敲打方式由內向外敲打，在此同時調整脹圈，使焊縫位置產生向外推力。

③對焊縫周圍凹陷壁板，均勻加熱，同時輔助機械敲打和千斤頂均勻頂出，進行矯正處理。處理過程中及時收緊脹圈。

④遠離焊縫0.5m以外的變形壁板如過上述修正辦法不明顯的，另增設脹圈后，按上述程序進行修補和矯正。

5.3焊縫周圍變形

變形編號003。

對于焊縫周圍變形的修補，除采用5.2的辦法外，同時需對焊縫周圍較遠處凹陷壁板進行火焰加熱處理。理論上要求加熱溫度600-700攝氏度之間，待加熱到預定溫度后，采用墊護板手錘敲打等機械方式使變形處壁板回到預定弧度，然后自然冷卻。

實際施工中溫度的控制主要根據(jù)施工經驗確定。

5.4矯正修補效果

經過采取以上措施后，變形較大的部位得到控制，基本滿足了質量檢查的要求。但是，經過修補矯正后的罐壁，在冷卻穩(wěn)定后，應力的傳遞發(fā)生不規(guī)則的變化，原先無變形的部位，又出現(xiàn)了新的變形。

在后續(xù)的罐體施工中，第7～9圈的6mm鋼板的焊接變形基本受控。

6.控制要點

對油罐組裝焊接變形的矯正、修補過程進行總結，認為以下幾個方面是變形控制的要點。

6.1預制卷板過程

預制板時，單塊板兩端300mm左右的弧度控制很重要。現(xiàn)場使用的是三輥卷板機，在卷制過程中將壓頭板墊在被卷制板的底下一起壓頭，來保證兩端300mm左右這段鋼板的弧度。

卷板的過程中，隨時使用樣板進行檢查，直到合格為止。

6.2圍板過程

圍板之前，用樣板復核檢查鋼板各處弧度，防止因為搬運鋼板產生局部變形。如有變形，用榔頭輕輕拍打，進行校正。

6.3組裝焊接過程

①工序不得改變。圍板完成后，先縱焊縫組對和焊接，在縱縫施焊前先用弧板固定縱縫邊緣?。ㄓ捎诤附討τ绊懣赡軐е驴v焊縫角變形）。

②立縫組對完后，在立縫邊緣處點焊脹圈。

圖5?油罐罐壁環(huán)縫焊接順序

③環(huán)向焊縫除采用縱縫焊接方法外，還應由多名焊工同時進行，分段退焊。由于焊縫的熱收縮作用，致使焊縫位置發(fā)生收縮變形，分段退焊可有效減少因焊接產生的波浪變形幅度。

具體焊接順序如“圖5?油罐罐壁環(huán)縫焊接順序”所示。焊工操作區(qū)域等分可根據(jù)焊接距離進行劃分，一般以不超過0.5m為宜。

④焊工焊接順序：沿著小箭頭方向焊接，罐壁板預留伸縮縫，待伸縮縫兩側環(huán)向焊縫焊至1.5m處時進行收口焊接（前后共留2道伸縮縫）。

⑤盡可能的避免焊接人員的焊接速度不一致造成的不對稱焊接。

在焊接前由焊工班長負責人員分配，結合人員特點，合理均勻分配電焊工，過程監(jiān)督降低焊接速度不一致造成的影響。

⑥調整坡口焊接順序?？v縫V型坡口先從罐壁外側進行第一遍焊接，產生一定量向內收縮變形。第二遍焊接從罐內壁進行，焊接完成后產生一定量向外收縮變形。第三遍焊接對外壁焊縫進行蓋面。這樣一來第一遍和第二遍產生的變形量方向是相反的，這樣就能抵消掉一部分變形量。

⑦焊接工藝參數(shù)控制。盡可能避免大電流焊接，引起的熔深、熔寬、熱影響區(qū)等增大，進而造成收縮量和變形增大。

施焊過程中在保證焊接接頭尺寸和焊縫質量的前提下，盡可能選用較小的焊接電流和較快的焊接速度。

δ=6mm的鋼板采用J427的焊條進行焊接，且第一道焊接電流控制在90A～100A之間，第二道焊接電流控制在110A～120A之間。同時控制焊縫的寬度，縱焊縫在10～12mm之間，環(huán)焊縫在9～10mm之間。其它厚度的鋼板焊接參數(shù)參照焊接工藝。

⑧在保證清根干凈的情況下，內部清根不能太深（δ=6mm的鋼板采用砂輪機清根，其余鋼板采用碳弧氣刨）。

6.4提升過程

在提升過程中，δ=6mm壁板容易引起變形，為保證在提升過程中不發(fā)生變形，需要對δ=6mm壁板采取加強措施。

油罐的第7圈與第6圈壁板處提升過程中，采用不等邊角鋼L100×80×10加工的脹圈，點焊固定（焊接20cm，跳焊50cm）。在壁板外側加脹圈效果要比內側效果明顯。

7.結束語

本文采取的措施存在著一定的局限性，還需要通過不斷的探索、實踐，解決類似油罐施工的技術難點，提高整體的施工水平。

參考文獻：

[1]立式圓筒型鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范，GB50128-2005.

[2]SHT3530-2001石油化工立式圓筒形鋼制儲罐施工工藝標準.

作者簡介：

譚小榮（1966—）女，湖南永州人，中國核工業(yè)華興建設有限公國內事業(yè)部安裝分公司，大學本科，研究方向：立式儲罐安裝。

高強（1987—）、男，山東泰安人，中國核工業(yè)華興建設有限公國內事業(yè)部安裝分公司，大學本科，研究方向：立式儲罐安裝。