淺析海洋石油立式儲(chǔ)罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)管

徐紹坤

中國(guó)海洋石油總公司規(guī)劃計(jì)劃部 （北京 100010）

淺析海洋石油立式儲(chǔ)罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)管

徐紹坤

中國(guó)海洋石油總公司規(guī)劃計(jì)劃部 （北京 100010）

儲(chǔ)罐的焊接質(zhì)量是石油儲(chǔ)罐工程質(zhì)量把控的關(guān)鍵，強(qiáng)化儲(chǔ)罐焊接的質(zhì)量監(jiān)管，無疑是工程質(zhì)量監(jiān)督工作的重中之重。以中海煉化某原油罐區(qū)工程10×104m3雙盤浮頂油罐焊接質(zhì)量監(jiān)管為例，結(jié)合質(zhì)量監(jiān)督過程中發(fā)現(xiàn)的焊接質(zhì)量問題，闡述了海洋石油立式儲(chǔ)罐焊接質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，指出了把控焊接質(zhì)量的監(jiān)管措施和手段，為今后海洋石油大型立式儲(chǔ)罐工程焊接質(zhì)量保證提供了參考。

儲(chǔ)罐；焊接；質(zhì)量監(jiān)督；質(zhì)量缺陷

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，石油的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長(zhǎng)，盡管近幾十年來國(guó)家極為重視石油行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)行了大量的投資，但仍無法充分滿足國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的能源需求。近年來國(guó)際原油價(jià)格持續(xù)走低，我國(guó)海洋石油儲(chǔ)運(yùn)工程迎來了新一輪井噴式發(fā)展，同時(shí)也促使了儲(chǔ)罐工程向著大型化的方向發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的應(yīng)用給海洋石油儲(chǔ)罐的大型化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但也給焊接質(zhì)量的控制提出了更高的要求。

1 中海煉化某原油罐區(qū)10×104m3雙盤浮頂油罐項(xiàng)目工程概況

該工程由3臺(tái)10×104m3浮頂油罐及配套工程組成，儲(chǔ)罐內(nèi)徑為Φ80 000mm，儲(chǔ)罐高度為21 800mm，設(shè)計(jì)最高液位20 100mm，存儲(chǔ)介質(zhì)為原油，設(shè)計(jì)溫度65℃，油罐鋼板主要采用國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)度鋼12Mn?NiVR（包括12MnNiVR-SR）、低合金鋼鋼板Q345R、碳素鋼Q235B等，罐壁板材材質(zhì)及規(guī)格詳細(xì)情況如圖1所示。

2 質(zhì)量監(jiān)管中發(fā)現(xiàn)的典型焊接質(zhì)量缺陷

在首臺(tái)儲(chǔ)罐施工過程中，通過對(duì)罐壁焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在罐壁的焊接施工過程中高強(qiáng)度鋼12MnNiVR的焊接質(zhì)量缺陷較為集中，罐壁縱縫位置采用氣電立焊，氣孔、夾渣缺陷出現(xiàn)機(jī)率較高，罐壁環(huán)焊縫采用雙面埋弧焊，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的焊接缺陷裂紋。

圖1 罐壁展開圖

2.1 罐壁縱縫焊接特點(diǎn)及缺陷原因技術(shù)分析

罐壁縱焊縫采用氣電立焊填充金屬為藥芯焊絲、保護(hù)氣體采用CO2，焊接過程中采用循環(huán)水冷強(qiáng)制成型，是一種高效率焊接方法，對(duì)焊縫質(zhì)量控制也有很高的保障，根據(jù)RT結(jié)果及UT缺陷定位結(jié)果來看，焊縫連接處易出現(xiàn)蜂窩狀氣孔，連續(xù)焊縫氣孔缺陷出現(xiàn)較少，較厚壁板內(nèi)側(cè)坡口靠近根部位置易出現(xiàn)條狀?yuàn)A渣。

根據(jù)氣孔出現(xiàn)的形狀來看，焊縫連接處的氣孔為N氣孔，分析原因主要是由于焊接中斷后再次引弧時(shí)，噴嘴存在一定堵塞，焊絲干伸長(zhǎng)度過長(zhǎng)，造成保護(hù)氣體未形成良好保護(hù)效果，大量空氣侵入焊接區(qū)域，使得熔池中的氣體在熔敷金屬凝固前無法全部逸出。

通過夾渣出現(xiàn)的位置和形狀分析，結(jié)合焊前檢查情況、焊縫接頭形式（圖2），發(fā)現(xiàn)該缺陷的出現(xiàn)并非是由焊件銹蝕、焊材性能、焊接工藝、焊渣殘留等原因造成，因此判斷條狀?yuàn)A雜是由于焊縫組對(duì)尺寸偏差過大造成。

圖2 罐壁縱縫詳圖

2.2 罐壁環(huán)焊縫焊接特點(diǎn)及缺陷原因技術(shù)分析

高強(qiáng)度鋼罐壁環(huán)焊縫接頭形式如圖3所示，現(xiàn)場(chǎng)采用的焊接方法為埋弧自動(dòng)焊。埋弧自動(dòng)焊的特點(diǎn)是效率高、焊縫成型好、具有一定的抗風(fēng)性，工藝成熟的特點(diǎn)。罐壁環(huán)焊縫現(xiàn)場(chǎng)焊接過程中發(fā)現(xiàn)焊縫中部有數(shù)處沿焊縫方向延伸的鋸齒狀裂紋，焊接裂紋是嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，是在焊接應(yīng)力及其他致脆因素的共同作用下，造成焊接接頭中局部位置的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙，有著尖銳的缺口和較大的長(zhǎng)寬比。

通過觀察裂紋外觀發(fā)現(xiàn)，裂紋裂口處存在氧化現(xiàn)象，因此該裂紋屬于熱裂紋。熱裂紋產(chǎn)生在焊縫區(qū)域，判斷為焊縫結(jié)晶過程中產(chǎn)生的結(jié)晶裂紋，產(chǎn)生的原因主要是存在低熔點(diǎn)雜質(zhì)（S、P含量超出標(biāo)準(zhǔn)要求）偏析形成液態(tài)間層或焊縫上存在較大的焊接拉應(yīng)力。

通過工程質(zhì)量監(jiān)督人員的調(diào)查研究，從缺陷定位結(jié)果來看，裂紋出現(xiàn)位置均為點(diǎn)焊焊縫部位，而正式焊縫成型良好，未見明顯缺陷；通過核查母材及使用批次焊材質(zhì)量合格證明書，重點(diǎn)檢查焊材化學(xué)成分及力學(xué)性能以及復(fù)驗(yàn)相關(guān)文件，未發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、設(shè)計(jì)文件要求不符之處；檢查焊接記錄，正式焊縫的焊接過程焊接工藝參數(shù)符合焊接工藝規(guī)程要求，且通過了監(jiān)理人員的檢查確認(rèn)，由此基本排除了正式焊接中使用不合格材料造成焊縫裂紋。

圖3 底圈壁板環(huán)焊縫詳圖

通過進(jìn)一步的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，施工單位在定位焊及臨時(shí)工裝的焊接施工中出于成本考慮（定位焊、臨時(shí)工裝焊縫在正式焊接過程中需磨除）往往使用無法追溯來源的焊材或廢棄焊條頭進(jìn)行施焊。同時(shí)，在工裝去除及罐壁幾何尺寸調(diào)整的過程中存在野蠻施工、強(qiáng)力錘擊的現(xiàn)象。

由此判斷出焊接裂紋產(chǎn)生的原因，具體分析如下：

1）施工單位在臨時(shí)焊縫的焊接中使用不合格且未經(jīng)評(píng)定驗(yàn)證的焊材進(jìn)行施焊，造成了裂紋隱患的出現(xiàn)。

2）違規(guī)的施工操作使焊縫產(chǎn)生了較大約束應(yīng)力，加速了裂紋的擴(kuò)展。

3）作業(yè)人員追求工期違反工藝紀(jì)律，未按設(shè)計(jì)及相關(guān)方案要求在正式焊施焊過程中將點(diǎn)焊焊縫徹底打磨清除，將缺陷掩蓋在正式焊縫中。

2.3 管理環(huán)節(jié)原因分析

出現(xiàn)焊接質(zhì)量缺陷問題從工程建設(shè)責(zé)任主體管理方面來看，施工單位、監(jiān)理單位應(yīng)承擔(dān)主要責(zé)任。

1）施工單位未嚴(yán)格執(zhí)行焊接質(zhì)量“三檢”制，質(zhì)保體系運(yùn)行不到位，單位內(nèi)各部門在焊接作業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)中未能將質(zhì)量管理職能和工作有機(jī)的結(jié)合起來，未形成相互協(xié)調(diào)、相互促進(jìn)、有明確的任務(wù)分工、職責(zé)權(quán)限的有機(jī)整體，質(zhì)量控制存在漏洞。

2）作業(yè)人員、管理人員質(zhì)量意識(shí)淡薄，施工單位缺少質(zhì)保意識(shí)方面的培訓(xùn)，安全技術(shù)交底工作未能嚴(yán)格落實(shí)，未建立起質(zhì)量為先的責(zé)任感。

3）監(jiān)理單位在對(duì)施工單位的管理和焊接質(zhì)量的檢查存在疏忽，未能制定有針對(duì)性的相應(yīng)檢查方案，管壁組對(duì)焊前未進(jìn)行系統(tǒng)的坡口檢查，旁站不到位，對(duì)焊接中斷后再次引弧前未進(jìn)行焊前檢查，環(huán)焊縫點(diǎn)焊位置作為焊接缺陷出現(xiàn)機(jī)率較大的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)存在監(jiān)管失控。

3 儲(chǔ)罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)督的重點(diǎn)和措施

3.1 儲(chǔ)罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)督的重點(diǎn)

從充分發(fā)揮工程質(zhì)量政府監(jiān)督管理的角度出發(fā)，工程質(zhì)量監(jiān)督工程師在焊接質(zhì)量監(jiān)管過程中應(yīng)重點(diǎn)從質(zhì)量行為、先決條件、過程控制三方面出發(fā)，抓源頭、夯基礎(chǔ)、查隱患，做到行為監(jiān)督實(shí)體監(jiān)管并重、質(zhì)量隱患“標(biāo)本兼治”。

3.1.1 責(zé)任主體質(zhì)量行為監(jiān)管

責(zé)任主體質(zhì)保體系運(yùn)行的情況是影響工程質(zhì)量的核心因素，抓好責(zé)任主體的質(zhì)量行為，確保質(zhì)保體系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是做好質(zhì)量控制、消除質(zhì)量隱患的“治本之策”。各責(zé)任主體如能切實(shí)實(shí)現(xiàn)分工明確、責(zé)任落實(shí)到人、流程程序化、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化，形成建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位在質(zhì)量管控方面上下協(xié)同，齊抓共管的良好局面，將從源頭上根除焊接質(zhì)量管理方面的“低標(biāo)準(zhǔn)、老毛病、壞習(xí)慣”，進(jìn)而減少質(zhì)量隱患的發(fā)生。

3.1.2 焊接工作先決條件的監(jiān)管

合格的焊接工藝評(píng)定是擬定焊接工藝正確性的理論基礎(chǔ)；科學(xué)合理的技術(shù)方案是保障焊接質(zhì)量的實(shí)踐基礎(chǔ)；合格的焊工及焊接操作工是確保焊接水平的人力基礎(chǔ)；合格的原材料、焊材是保障焊接質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)；良好的防風(fēng)防雨措施是消除焊接質(zhì)量隱患的環(huán)境基礎(chǔ)。切實(shí)抓好焊接工作的先決條件能有效保證焊接質(zhì)量，是工程質(zhì)量監(jiān)督的工作重點(diǎn)。

3.1.3 儲(chǔ)罐焊接的過程控制

通過對(duì)儲(chǔ)罐焊接進(jìn)行過程控制，對(duì)焊接質(zhì)量隱患“治標(biāo)”，通過發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量隱患問題、落實(shí)責(zé)任分工、制定整改要求、限定整改時(shí)間、跟蹤質(zhì)量隱患整改過程、檢查質(zhì)量隱患整改結(jié)果，是一個(gè)發(fā)現(xiàn)隱患消除隱患的過程，也是開展焊接質(zhì)量監(jiān)管的主要環(huán)節(jié)。同時(shí)，通過總結(jié)焊接質(zhì)量通病和對(duì)影響儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)安全和重要使用功能的關(guān)鍵部位進(jìn)行重點(diǎn)過程監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接質(zhì)量隱患的精準(zhǔn)定位和定點(diǎn)清除。

3.2 儲(chǔ)罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)督措施

3.2.1 儲(chǔ)罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)管的組織措施

監(jiān)督組組建時(shí)應(yīng)充分考慮焊接及無損檢測(cè)人員的配備。重點(diǎn)對(duì)施工單位、監(jiān)理單位主要質(zhì)量管理人員的職能履行進(jìn)行監(jiān)管，對(duì)各參建單位的質(zhì)量管理規(guī)章、制度、體系的建立健全進(jìn)行檢查，對(duì)質(zhì)保體系的運(yùn)行進(jìn)行核查。

3.2.2 儲(chǔ)罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)管的技術(shù)措施

監(jiān)督組結(jié)合儲(chǔ)罐焊接的重點(diǎn)和難點(diǎn)，制定了儲(chǔ)罐焊接專項(xiàng)監(jiān)督方案，并從以下幾個(gè)方面開展巡監(jiān)：

1）按批次對(duì)到場(chǎng)鋼板進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查鋼板表面存在局部減薄、深度劃痕等問題。

2）抽查焊材儲(chǔ)存、烘干、發(fā)放、使用環(huán)節(jié)，嚴(yán)懲使用銹蝕焊材、藥皮受潮焊材進(jìn)行作業(yè)的行為。

3）對(duì)待焊坡口表面進(jìn)行重點(diǎn)抽查，坡口表面及兩側(cè)20mm范圍內(nèi)存在污物、鐵銹、油漬嚴(yán)禁施焊。

4）對(duì)于容易出現(xiàn)裂紋等缺陷的焊縫清根位置，要求對(duì)其進(jìn)行無損檢測(cè)，盡早發(fā)現(xiàn)并消除隱患。

5）要求監(jiān)理單位派員旁站監(jiān)督碳弧氣刨清根后坡口表面滲碳層去除施工。

6）嚴(yán)肅焊接工藝紀(jì)律，重點(diǎn)巡查焊接過程中焊接工藝執(zhí)行情況，避免出現(xiàn)線能量過大造成熱影響區(qū)過熱、晶粒粗大致使焊縫機(jī)械性能下降；線能量過小，近焊縫區(qū)域產(chǎn)生淬硬組織，沖擊韌性降低增大裂紋誘發(fā)機(jī)率的問題。

4 結(jié)論

通過總結(jié)首臺(tái)儲(chǔ)罐在焊接過程中的質(zhì)量監(jiān)管經(jīng)驗(yàn)，制定了專項(xiàng)質(zhì)量監(jiān)督方案，以“抓源頭、夯基礎(chǔ)、查隱患”為工作重點(diǎn)，以優(yōu)化組織措施，落實(shí)技術(shù)措施為抓手，在后續(xù)儲(chǔ)罐的焊接質(zhì)量監(jiān)管中取得了良好的實(shí)施效果，極大地降低了焊接質(zhì)量缺陷的出現(xiàn)機(jī)率，焊接一次合格率提升至98%，為中國(guó)海洋石油大型石油儲(chǔ)罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)管提供了重要參考。

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The welding quality of the storage tank is the key to the quality control of the oil tank project.Strengthening the supervision of the tank welding quality is undoubtedly the most important task of the project quality supervision.Taking the welding quality supervi?sion of the double deck floating roof tanks of 100 thousands m3 in a refinery factory of CNOOC as an example,the key points and diffi?culties in the welding quality control of the vertical tanks for offshore oilfield are expounded based on the welding quality problems found in the process of quality supervision,and the supervision and management measures of controlling welding quality are put forward, which provides reference for the welding quality assurance of large vertical storage tank project in offshore oilfield.

storage tank;welding;quality supervision;quality defect

?? 強(qiáng)

2016-07-05

徐紹坤（1976-），男，工程師，現(xiàn)主要從事工程質(zhì)量監(jiān)督管理工作。