15×104 m3原油儲罐焊接施工中的質量監(jiān)控——白沙灣原油商業(yè)儲備基地工程儲罐施工

吳世東

(石油化工工程質量監(jiān)督總站管道儲運分站,江蘇徐州 221008)

15×104m3原油儲罐焊接施工中的質量監(jiān)控
——白沙灣原油商業(yè)儲備基地工程儲罐施工

吳世東

(石油化工工程質量監(jiān)督總站管道儲運分站,江蘇徐州 221008)

闡述了在上海白沙灣原油商業(yè)儲備基地工程建設中,采用國產 08M nN iVR鋼材建造 15×104m3大型儲罐的實踐。國產高強鋼板材在 15×104m3原油儲罐(第 1～6節(jié)罐壁)工程焊接施工中尚屬國內首次應用。如何保證新型鋼材焊接施工的質量是關鍵問題,石油化工工程質量監(jiān)督總站管道儲運分站,與參建各方一起,采取了嚴格的事前預控、事中監(jiān)督、事后檢查,目標明確、措施到位等手段,保證了施工的順利進行,為國產鋼材在建造大型儲罐提供了可借鑒的經驗。

原油儲罐;浮頂罐;焊接;監(jiān)視控制質量

1 工程概況

中國石化白沙灣原油商業(yè)儲備基地工程——上海白沙灣油庫工程共建 4臺 15×104m3原油儲罐,結構形式為雙盤外浮頂,罐內徑 100m,高 21.8m,單罐最大盛裝容積 15.8×104m3。4臺儲罐在高強鋼板的選用上,采用了國產高強度鋼板 08M nN iVR (SR)。單臺儲罐的重量約為3 150 t,第一節(jié)壁板的厚度為 40mm。國產鋼板 08M nN iVR用在 15×104m3原油儲罐施工中尚屬國內首次。

2 工程特點

a.厚度在 40mm的 08M nN iVR鋼板的焊接,沒有現成的焊接工藝可循,必須針對性的制作適應本工程項目的焊接工藝;

b.板材在坡口切割參數控制上要求十分嚴格,直接影響到焊后罐體幾何尺寸的控制;

c.必須處理好大線能量焊接引起的低溫沖擊韌性等問題。要確保線能量的控制參數,在強制性標準 GB 50128-2005《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范》[1]的要求范圍內;

d.在集中的安裝時間內工作量大,罐主體焊接量約為 20 000m;主體的焊接在雨季進行,受到雨季施工條件的制約,而國產高強鋼本身對焊接環(huán)境的溫度、濕度要求同樣十分嚴格,因此增加了現場實施的難度,必須認真對待。為保證施工的順利進行,有必要先行試點和攻關。

3 工程質量控制要點

為確保 08M nN iVR鋼板的焊接施工質量[2],質量監(jiān)督方面與建設、監(jiān)理、施工單位三方共同從兩方面來落實:一是事先周密預控;二是事中細化檢查。

3.1 事先預控

3.1.1 落實焊前準備工作

從管理角度對國產高強鋼板的試驗性應用在焊接工藝控制環(huán)節(jié)上把關。對白沙灣油庫 15×104m3原油儲罐工程寶鋼高強鋼板 08M nN iVR焊接工藝評定;并將產品焊接試板在 35 d內連續(xù)完成 42組試件的試驗工作,要求 100%RT射線檢測結果達到Ⅱ級為合格,力學性能檢驗結果要全部符合設計要求方可。在完成大量焊接模擬試驗的基礎上,試驗確定了焊接電流、電壓、速度、層間溫度,保證了焊接線能量﹤ 100 kJ/cm。最后由浙江大學化工機械研究所對產品焊接試板進行了力學性能檢測,結果符合設計要求。

通過對白沙灣油庫 15×104m3原油儲罐工程高強鋼板 08M nN iVR焊接工藝評定及產品焊接試板試驗結果審查;在技術論證與科學試驗的基礎上,審定了針對該種國產高強鋼厚板材的氣電立焊、埋弧橫焊、開孔板接管氣保焊等多份焊接工藝規(guī)程;在工藝規(guī)程的基礎上,新編制了有針對性的焊接作業(yè)指導書,一線施工時可根據焊接位置、材質、厚度、組對材料、方法,確定選用。焊接工藝規(guī)程與焊接作業(yè)指導書全部報工程質量監(jiān)督組備案;監(jiān)督組將作業(yè)指導書的執(zhí)行情況列入工程質量巡檢的重要內容,在主體施工時加密實施監(jiān)督和無損檢測結論情況的跟蹤。

3.1.2 抓好材料報驗

認真監(jiān)督進場材料報驗。根據設計文件及鋼板訂貨技術條件《鋼板 (寶鋼產)供貨技術條件》的要求,對所到材料進行 100%外觀檢查、對抽查板進行100%力學性能抽檢[3]。對有缺欠的鋼板 (2張,占0.5%)全部進行退場處理,建設、施工、監(jiān)督、監(jiān)理四方統(tǒng)一保持認識、目標、步調一致。

3.1.3 做好儲罐壁板預制

所有預制儲罐壁板坡口均采用數控龍門切割機——氧乙炔火焰加工,有效地保證了板材下料的幾何尺寸和坡口精度。熱加工后采用磨光機去除坡口淬硬層,并依據設計要求對 08M nN iVR(SR)板材的焊道坡口進行 100%著色檢查,必須Ⅰ級為合格。壁板滾制時有專職檢驗員進行檢查,預制中對合格的進行逐張編號,嚴格執(zhí)行質量管理制度,確認無誤后才能進入到安裝現場。預制質量的控制,大大減輕了板材現場檢查的工作量,為儲罐焊接大量采用自動焊、達到理想的焊接質量提供了先決條件。

3.1.4 開孔弧板的預制

開孔弧板的預制是儲罐主體安裝中的另一難題,工藝要求嚴格,其中控制壁板焊接變形及熱處理后各項幾何公差不超標,是重點與關鍵。施工單位為40mm厚 08M nN iVR底節(jié)鋼板開孔弧板的制作與接管的焊接[4],在以往熱處理規(guī)程的基礎上,進一步自主擬定了“40 mm厚 08M nN iVR鋼板熱處理——壁板單爐高效熱處理”等一整套加工工藝規(guī)程,制作專用孔板預制胎具,焊前做好反變形、嚴格控制部件與底節(jié)壁板焊接的層間溫度,焊接完畢孔板連同胎具一起整體進行消氫熱處理,有效解決了焊接應力消除和厚板焊接變形問題,厚壁孔板預制的變形量,控制在設計給定值的 50%～70%。

3.1.5 嚴格施工組織

在編制施工組織設計的基礎上,進一步細化施工方案:分別編制了儲罐制安、焊接技術、底板壁板附件質檢、配套管道焊接技術、上水試壓、防腐技術、消防試運等方案,技術方案文件齊備。嚴格焊工培訓及考試取證,在施焊前,對上崗人員全部再進行厚板試焊,取得感性認識,保證有足夠數量的合格焊工[5];整個主體施工階段,安排焊接機組 13個;由有經驗的焊接技工帶班,焊接自檢記錄每天進行檢查。焊材準備充足,質量證明文件完備,進場報驗手續(xù)齊全,保管、領用對號入座,認真執(zhí)行焊材管理制度[6]。

3.2 事中監(jiān)督

抓好儲罐主體安裝中施工規(guī)范、工藝規(guī)程的執(zhí)行情況。

工程質量監(jiān)督組在質量監(jiān)督巡檢與信息反饋中,跟蹤了解施工單位項目部在儲罐主體安裝中對上述規(guī)范、規(guī)程的執(zhí)行情況,掌握儲罐施工生產一線對這些規(guī)程的落實情況,檢查現場操作者填寫的組對、焊接等工藝參數的遵守情況,進場施工記錄,使儲罐主體安裝的質量控制始終處于良好的受控狀態(tài)。

3.2.1 施工過程中的質量監(jiān)督

施工過程中的質量監(jiān)督主要是抽查焊接施工既定程序是否執(zhí)行到位,罐儲主體焊接施工有八大主要程序[7]:總的焊接施工;罐底邊緣板的焊接;罐底中幅板的焊接;罐底邊緣板與中幅板之間的龜甲縫焊接;罐底邊緣板與罐壁之間的大角縫焊接;壁板立縫的焊接;壁板環(huán)焊縫焊接;浮頂焊接工藝等程序,各程序必須選用對應的焊接工藝及焊接工藝參數。焊接機組的自檢、互檢,監(jiān)理工程師專檢是否落實;監(jiān)理工程師對重要關鍵工序的旁站是否到位,如對焊縫返修后及返修后的復探等,均是監(jiān)督工程師巡檢監(jiān)督的必查點。

罐底邊緣板與罐壁之間的大角縫焊接,焊接程序見圖1所示。

3.2.2 控制好焊接參數

大角縫焊接工藝參數見表 1。

圖1 大角縫焊接的施焊順序

表1 大角縫焊接工藝參數

壁板縱縫的焊接步驟見圖 2所示。

圖2 壁板縱縫的焊接

3.2.3 各圈選用焊接工藝評定

各圈選用焊接工藝評定編號及焊接工藝參數[8]見表 2。

表2 焊接工藝評定編號及焊接工藝參數

3.2.4 焊接方法

焊接方法要求必須做到第一圈縱縫焊接起弧時,在起弧處上下 50mm高度和焊縫中心線兩側各100mm范圍內,采用液化氣焰進行預熱,其預熱溫度為 100～150℃。一側焊完后采用磨光機清根,個別熔透不好的部位,采用清根后補焊,然后進行背面焊接。

其他各圈高強度鋼板縱縫均要求預熱,預熱溫度達到 100～150℃;焊接過程中停止而重新起弧時,接頭要用碳弧氣刨將缺陷清除干凈,并用焊條電弧焊焊接填滿,保證焊道始端和終端的質量。第一、二圈縱縫焊接分兩次成型;第三至八圈縱縫從內側進行單面焊接背面一次成型;3臺焊機沿周向對稱分布,朝同一方向自下而上進行焊接;第一、二圈縱縫雙面焊的對接接頭在背面焊接前用磨光機打磨清根,然后進行 PT檢測。

這些程序是否很好得到貫徹實施是監(jiān)督組巡檢的重要內容,并做好巡檢抽查記錄。

4 焊接控制措施及質量監(jiān)督

4.1 跟蹤控制

在罐主體施工過程中,質量監(jiān)督組對施工進行同步跟蹤控制,如檢查 T-20罐主體監(jiān)控幾何尺寸見表3。

監(jiān)督施工過程中,共發(fā)現不合格點 105點,在施工過程中及時整改,全部符合設計及規(guī)范 GB 50128 -2005要求。

主要是 100%檢查控制方案,具體控制量設定值是經驗值,在焊接組對各工序中再對應落實。

表3 T-20罐主體監(jiān)控幾何尺寸 mm

4.2 罐底中幅板收縮量控制

主要是裝配和焊接的順序控制:罐底中幅板敷設要首先確定中心位置,然后敷設通長板,再敷設縱向板,依此順序敷設。采取無背杠的組裝工藝,焊接順序為先短后長,控制收縮量大的先進行焊接,收縮完成后達到應力釋放,再進行通長焊縫組對,從中心向邊緣依次進行的焊接,罐底焊接順序見圖 3。

圖3 罐底焊接順序

4.3 罐壁縱向焊縫角變形的控制

坡口形式、焊接電流影響罐壁角變形的大小。雙面焊接的坡口形式無須采取反變形控制,單面焊接雙面成型的縱向焊縫,采用向坡口外向做反變形組對的方式。單面坡口焊接雙面成型,為內側焊接,外側采用固定式水冷銅墊板封底,使焊縫強迫成型,容易使焊縫外側產生外凸。所以采用預反變形處理,組對使焊縫內凹 4～5mm,保證焊接后立縫棱角符合規(guī)范要求。

4.4 浮頂焊接變形的控制

浮頂組裝,浮頂底板敷設完畢后,自第三艙開始組裝,依次進行二、四艙組裝,焊接從第三艙開始,先焊接立焊縫,再焊接間斷焊縫、底板焊縫。

5 質量監(jiān)督

雨季焊接施工過程中的質量監(jiān)督,主要是巡查防護措施的落實。為保證白沙灣油庫盡快建成投用,必須處理好雨季施工的技術難點,作為監(jiān)督單位主要是抽查焊接施工中防護措施的落實情況及 GB 50128-2005所規(guī)定的焊接環(huán)境是否得到落實。防護措施不落實的,不得進行焊接。

5.1 罐底邊緣板和橫縫的焊接

對于罐底邊緣板焊接,根據焊道焊接位置搭設局部防護棚,防風、防雨;全程連續(xù)。

橫縫焊接 0℃以下時,根據焊接工藝評定,需要預熱。具體焊接工藝是:橫焊車采用全封閉,焊槍前200mm,有 1部同步行走的預熱槍頭,當預熱效果差時采取預熱槍頭進行加熱,保證預熱溫度不低于100℃。

5.2 縱焊縫的防護

對于縱焊縫的防護,必要時可將縱焊縫小車完全封閉,保證焊接施焊小環(huán)境溫度與濕度,也防風、防雨。

5.3 無損檢驗

對于 1～3節(jié)壁板縱縫和 1～3節(jié)環(huán)縫的焊接,增加無損檢驗手段,100%UT和 100%M T復查。在充水試驗后,對罐底大角焊縫及開孔接管、底圈壁板立縫再次UT、M T檢測。

5.4 崗位責任制的細化

在焊接機組,強化了崗位職責,焊接高手比學趕幫超,每崗焊工增加測溫筆隨時檢測;附件在施焊過程中須隨帶符合要求的焊條保溫筒;引弧應在焊道內側,嚴禁在焊道以外的部位引弧;間隔焊的焊縫和間隔長度均勻一致;罐底中幅板的焊接全部采用CO2氣體保護焊打底,然后添加碎焊絲進行埋弧自動焊蓋面;埋弧焊兩端預留的 200m焊縫待根部焊道檢測合格后,用焊條電弧焊焊接完成。08M nN iVR鋼板之間及 08M nN iVR與 16M nR之間的焊縫在焊接完成后至少間隔 24 h才進行無損檢測。

6 結論

白沙灣油庫 4臺 15×104m3國產原油儲罐工程,通過第三方(上海金地勘察設計院)對罐充水過程的沉降觀測[9],檢測各項參數均在《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范》及設計允差范圍之內,具體數據見表 4。

表4 罐充水過程的沉降觀測檢測數據

整個焊接施工,經第三方檢測結論是一次合格率達到 98%以上?？梢哉f,本工程的順利完成,探索了在工程建設中采用國產 08M nN iVR鋼材建造大型儲罐的實踐,為國產鋼材在建造大型儲罐方面提供了可借鑒的經驗。

通過施工過程全程監(jiān)控,對國產新材料(08M nN iVR)鋼板的使用,得出如下結論:

優(yōu)點:鋼板的可焊性較好。

缺點:在材料理化檢驗時,如做彎曲試驗就發(fā)現強度不均勻;內應力比較大,沿板位置分布不均,下料、噴砂、卷板、焊接中均出現過較小的不均勻變形。

經上述對比可以看出,目前國產鋼板所存在的問題與進口鋼板相比存在的具體差距。但上述問題出現的變形參數均在 GB 50128-2005《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范》允差范圍之內。

[1] GB 50128-2005,立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范[S].

[2] GB/T 12468-1998,焊接質量保證對企業(yè)的要求[S].

[3] GB 50341-2003,立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規(guī)范[S].

[4] 李亞江,劉 強,王 娟.焊接質量控制與檢驗[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006:36-42.

[5] 徐至鈞,燕一鳴.大型立式圓柱形儲液罐制造與安裝[M].北京:中國石化出版社,2003:152-168.

[6] 吳世東,袁光碧.立式鋼質浮頂原油儲罐冬季焊接施工中的質量監(jiān)控——天津南疆油庫儲罐工程罐體施工[J].天然氣與石油,2009,27(2):21-24.

[7] SY/T 0606-2006,現場焊接液體儲罐規(guī)范[S].

[8] SH/T 3530-2001,石油化工立式圓筒形鋼制儲罐施工工藝標準[S].

[9] SH/T 3123-2001,石油化工鋼儲罐地基充水預壓監(jiān)測規(guī)程[S].

Qua lity Con trol in W eld ing Con struction of 15×104m3C rude O il Tank——Ba ishawan C rudeO ilComm erc ia l Reserve Base Tank Con struction

W u Shidong(Petro leum and Chem ical EngineeringQuality SupervisionM aster Station Pipeline Transportation B ranch,Xuzhou,Jiangsu,221008,China)

Introduced isBaishawan Crude O il Comm ercial Reserve Base Tank Construction in Shanghai,inwhich large 15×104m3tanks arem ade of dom estic 08M nN iVR steelp lates.It is the first tim e thatwelding construction is conducted in the dom estic high strength steelp latesused for15×104m3oil tanks(from section 1 to 6).The critical issue is to assure thewelding construction quality of the new type steel p lates.Togetherw ith parties invo lved in the construction,Petro leum Chem ical Engineering Quality Supervision General Station Pipeline Transportation B ranch has taken suchm easuresas strictp recontro l in advance,supervision duringwelding construction and inspection afterweld ing construction to assu re smoo th construction,which p rovides som e reference experience fo r using dom estic steelp lates in constructing large tanks.

Crude oil tank;Floating roof tank;W elding;Quality contro l

1006-5539(2010)06-0017-05

A

2010-07-15

中國石油化工股份有限公司重點工程項目資助(2008-10)

吳世東 (1956-),男,山東濰坊人,工程師,大專,主要從事石油化工工程質量監(jiān)督工作。

NGO,2010,28(6):17-21