立式圓筒形焊接油罐底板焊接變形分析

鮑善彩，南航空，張秀靜

中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)分公司魯寧輸油處，山東 鄒城 273500

立式圓筒形鋼制焊接油罐是存儲(chǔ)液態(tài)石油及化工產(chǎn)品的重要設(shè)備。罐底板因其承受的載荷復(fù)雜，且易受內(nèi)部介質(zhì)和外部環(huán)境的腐蝕，所以罐底板在整個(gè)油罐中是極為關(guān)鍵的部件。如何保持罐底板的完好，對(duì)于整個(gè)油罐的安全運(yùn)行意義重大。油罐底板上承罐壁，下壓基礎(chǔ)，雨水沖刷，含油污水浸泡，工作環(huán)境惡劣，是整個(gè)罐體上所有部件中最容易損壞的地方，油罐相當(dāng)一部分缺陷都出現(xiàn)在罐底上。罐底出事故，輕則滲漏油，重則底板大面積撕裂，成千上萬(wàn)方油品外泄,而且檢修起來(lái)也難度最大，檢修成本也高。因此，探索科學(xué)成熟可靠的罐底檢修技術(shù)在工程實(shí)踐中具有重要意義。本文結(jié)合多年的油罐大修實(shí)踐，認(rèn)為要搞好罐底檢修，應(yīng)重點(diǎn)把握如下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

1 罐底檢測(cè)

罐底檢測(cè)數(shù)據(jù)是罐底檢修的重要依據(jù)。通過(guò)檢測(cè)掌握罐底的幾何變形和腐蝕狀況，為制定檢修方案提供可靠依據(jù)。中幅板有時(shí)表面看起來(lái)腐蝕變形嚴(yán)重，其實(shí)可能仍在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，而邊緣板表面有時(shí)看起來(lái)還不錯(cuò)，可實(shí)際幾何變形和腐蝕已經(jīng)超過(guò)了規(guī)范的要求，只有通過(guò)檢測(cè)才能作出正確的判斷。

1.1 幾何形體檢測(cè)

由于施工誤差及基礎(chǔ)不均勻沉降，實(shí)際的幾何形狀與理論上的幾何形狀相差甚遠(yuǎn)，有的正圓錐形變成了鍋底，底板凹凸不平，有的不均勻沉降量多達(dá)幾百甚至上千毫米。通過(guò)罐底檢測(cè)可以對(duì)變形作出定量分析。

1.2 腐蝕檢測(cè)

罐底板的腐蝕檢測(cè)常用的有超聲波厚度檢測(cè)和漏磁檢測(cè)。超聲波厚度檢測(cè)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，但取點(diǎn)的隨機(jī)性大，檢測(cè)覆蓋率低，底板下表面腐蝕不容易檢測(cè)到，只能大概反映整體腐蝕情況。漏磁檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)覆蓋率高，檢測(cè)準(zhǔn)確率易受外部因素影響，地板下表面腐蝕容易被檢測(cè)出來(lái)。最好的辦法是二者結(jié)合起來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，這樣可以大大提高檢測(cè)準(zhǔn)確性，同時(shí)，地板下表面的腐蝕坑也不容易漏掉。大修油罐往往建罐時(shí)間較久遠(yuǎn)，施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不同，老標(biāo)準(zhǔn)可能符合要求，但新標(biāo)準(zhǔn)超標(biāo)。針對(duì)這種情況往往有兩種處理方式，一種是整治達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求，另一種是根據(jù)SY/T5921 第10.2.1條的規(guī)定，罐體的幾何形狀和尺寸偏差可在滿足油罐安全運(yùn)行要求的條件下，經(jīng)與設(shè)計(jì)和建設(shè)單位共同分析評(píng)估，根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。分析評(píng)估時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)就是一個(gè)重要的依據(jù)。

2 罐底技術(shù)評(píng)定

評(píng)定應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。但大修中經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的問題，超出了規(guī)范的范圍，或規(guī)范中有規(guī)定但無(wú)明確規(guī)定，如SY/T5921-2000《立式圓筒形鋼制焊接油罐修理規(guī)程》5.3.1罐底板評(píng)定e）當(dāng)罐壁板根部沿圓周方向存在帶狀嚴(yán)重腐蝕時(shí)，應(yīng)考慮切除嚴(yán)重腐蝕部分并更換邊緣板。這只是一個(gè)定性的規(guī)定，在施工中往往要定量，就要經(jīng)過(guò)專家評(píng)定。對(duì)邊緣板的變形和腐蝕情況在必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行力學(xué)分析。

3 制定合理的檢修方案

罐底的幾何變形，應(yīng)分析造成此變形的原因，采取不同的處理措施。如果是由于罐基礎(chǔ)的不均勻沉降引起的，就要對(duì)罐基礎(chǔ)進(jìn)行整治。如果不是，那么一般來(lái)說(shuō)就是由罐底板原始施工造成的?？筛鶕?jù)不同情況制定罐底整修方案。對(duì)罐底（包括底圈罐壁，因?yàn)槎叩撞炕ハ噙B接）一般有以下幾種情況值得注意。

3.1 邊緣板

1）一般情況下盡可能不更換邊緣板；

2）非更換不可時(shí)盡量少換；

3）大部腐蝕嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)才全部更換。

邊緣板更換技術(shù)難度大，施工質(zhì)量不易保證，由受力分析可知此處不僅受環(huán)向應(yīng)力而且還受彎曲應(yīng)力，大角焊縫局部還存在較大的焊接應(yīng)力。

3.2 中幅板

一般情況下距離罐壁較遠(yuǎn)，受大角焊縫彎曲應(yīng)力的影響極小或沒有，因此可以說(shuō)不受力，只要最小厚度符合規(guī)范要求可不處理。主要應(yīng)控制不得有滲漏，凹凸變形要小，以減小局部積水，減輕腐蝕。

4 罐底板變形控制措施

罐底凹凸變形的控制一直是罐底板施工中的一個(gè)大問題。對(duì)新建罐如此，對(duì)大修罐更是這樣。與新建罐的不同在于變形的主因已不再是基礎(chǔ)的不均勻沉降。大修罐一般都已運(yùn)行一個(gè)大修期5年～7年以上，沉降多已完成。因此主要是如何控制施工變形是主要的，施工順序和所采取的措施。這就要了解變形產(chǎn)生的原因和規(guī)律。

罐壁與底板之間由雙面角焊縫連接，角焊縫的焊角尺寸也較大，焊后產(chǎn)生較大的收縮力，很容易使罐底產(chǎn)生失穩(wěn)變形，使之離開基礎(chǔ)向上面拱起，有時(shí)高達(dá)幾百毫米。罐底周邊大角焊縫的周向收縮也是罐底板產(chǎn)生凹凸變形的重要原因之一。

大修罐底板的焊接是在有約束的狀態(tài)下施工，對(duì)工藝和變形都有影響。焊接順序?yàn)橄群付毯缚p后焊長(zhǎng)焊縫，用定位板固定中幅板通長(zhǎng)焊縫，為減小焊接應(yīng)力集中，封底焊應(yīng)隔一道焊一道。焊接順序由罐中心向四周均勻?qū)ΨQ的進(jìn)行。中幅板通長(zhǎng)縫組焊焊接順序由罐中心向四周采用分段退焊法。

罐底大角焊縫組焊，應(yīng)在第一圈壁板環(huán)縫組對(duì)完后再焊，并由多名焊工對(duì)稱進(jìn)行分段焊，先焊內(nèi)側(cè)底層，再將外側(cè)焊完，最后再將內(nèi)側(cè)焊完。

龜甲縫采用多段逆向大幅度跳焊法，每名焊工所焊的一段，又細(xì)劃分為若干小段，每一段約為一根焊條的長(zhǎng)度，采用逆向分段完成。這種施焊法集中了分段退焊法和跳焊法的優(yōu)點(diǎn)，可使焊接熱作用更加分散和使底板受熱均勻，從而減小焊接變形。

5 罐體與周邊工藝和消防管網(wǎng)的連接的約束與調(diào)整

更換罐底邊緣板后，有時(shí)對(duì)基礎(chǔ)也進(jìn)行了整修，這時(shí)管線的標(biāo)高與罐體的標(biāo)高不同了，必須對(duì)管網(wǎng)或罐體的高進(jìn)行調(diào)整以防止連接處局部受力過(guò)大。通常是罐體降低了時(shí)適當(dāng)加高罐基礎(chǔ)，或降低罐前閥閥墩。

6 效果檢查

焊接變形的控制效果要通過(guò)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先按照現(xiàn)有規(guī)范要求，檢查、檢測(cè)焊接質(zhì)量是否合格。其次對(duì)罐底凹凸度、罐壁垂直度和水平變形情況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果應(yīng)符合規(guī)范要求，老罐的檢修應(yīng)在消除缺陷的基礎(chǔ)上使變形比修理前有進(jìn)一步改善。

7 結(jié)論

1）罐底板變形控制對(duì)整個(gè)個(gè)儲(chǔ)油罐的施工質(zhì)量和安全運(yùn)行意義重大；

2）變形控制應(yīng)在全面檢測(cè)的基礎(chǔ)上制定科學(xué)合理的控制方案；

3）新建罐與大修罐的變形控制在實(shí)際操作中有明顯的差別。對(duì)于大修罐的變形控制應(yīng)采取更審慎和科學(xué)的辦法，具體問題具體分析；

4）確定合理的焊接工藝是控制變形的關(guān)鍵，因此應(yīng)不斷總結(jié)不斷優(yōu)化，使底板變形控制達(dá)到最佳效果。

[1]潘家華編著.圓柱形金屬油罐設(shè)計(jì).石油工業(yè)出版社[M].