大型儲(chǔ)罐底板的組裝與焊接

黃斌維，孫金祿，賈如磊

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

大型儲(chǔ)罐節(jié)省鋼材、減少占地面積、方便操作管理、減少儲(chǔ)罐附件及管線長度。經(jīng)過測算和比較，在總庫容相同的情況下，由大型儲(chǔ)罐組成的油庫比由小型儲(chǔ)罐組成的油庫工程投資成本低，因此國內(nèi)外儲(chǔ)罐生產(chǎn)的大型化將成為發(fā)展的必然趨勢。1962年，美國首先建成10萬m3儲(chǔ)罐，之后在委內(nèi)瑞拉、日本、沙特阿拉伯相繼建成了15萬m3、16萬m3、20萬m3儲(chǔ)罐。近幾年，國內(nèi)已建成了10多座15萬m3儲(chǔ)罐。隨著我國原油儲(chǔ)運(yùn)事業(yè)的快速發(fā)展，在不久的將來，國內(nèi)將會(huì)建成20萬 m3儲(chǔ)罐［1］。

罐底是儲(chǔ)罐的主要組成部件，其安裝在油罐基礎(chǔ)上。如果基礎(chǔ)沉降均勻，罐底中間部分受力很小，但由于受到壁板的影響，底板的邊緣部分受力狀況卻十分復(fù)雜，故邊緣板的厚度應(yīng)比中幅板略有增加。再有，大型儲(chǔ)罐底板面積大，包含焊縫數(shù)量多，焊縫較長，排板方式多樣化，如果施工措施不當(dāng)，很容易引起焊接變形，甚至出現(xiàn)質(zhì)量事故，因而底板的正確組裝和合理的焊接是保證整個(gè)儲(chǔ)罐質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

1 大型儲(chǔ)罐底板的組裝

1．1 底板鋪設(shè)前的準(zhǔn)備工作

當(dāng)油罐內(nèi)徑大于12．5m時(shí)，采用周邊為弓形邊緣板的排板方式［2］。儲(chǔ)罐底板鋪設(shè)前可使用經(jīng)緯儀，根據(jù)平面圖方位劃出中心線，并在罐底中心作出明顯的標(biāo)記，同時(shí)要標(biāo)出方位線0°、90°、180°、270°，然后放出儲(chǔ)罐底板外圓周線。用粉線或弧形樣板放出邊緣板安裝線，最后放出中幅板安裝線，并做好標(biāo)記。這里需要注意的是，邊緣板安裝半徑應(yīng)放大，因?yàn)檫吘壈搴缚p有橫向收縮變形且受到基礎(chǔ)坡度的影響。

1．2 墊板和邊緣板的鋪設(shè)

墊板可先行鋪設(shè)，也可以將墊板點(diǎn)焊到邊緣板上，墊板的接頭采用對接雙面焊，焊后將焊肉磨平，墊板應(yīng)該平整，且必須臥在基礎(chǔ)環(huán)梁內(nèi)。墊板鋪設(shè)時(shí)要露出邊緣板50mm。按罐底的劃線順時(shí)針安裝邊緣板，安裝時(shí)應(yīng)注意坡口間隙外小內(nèi)大，且留出一張調(diào)整板以保證邊緣板的合理鋪設(shè)。邊緣板組裝后應(yīng)進(jìn)行點(diǎn)焊固定，點(diǎn)焊必須在坡口內(nèi)進(jìn)行，只能點(diǎn)焊坡口內(nèi)固定一側(cè)的墊板和邊緣板。邊緣板鋪設(shè)后立即用卡具固定，如圖1所示?？ň唛g距200mm為宜，同時(shí)安裝引弧板，焊縫引弧板坡口應(yīng)與邊緣板坡口相同。

圖1 邊緣板防變形固定卡具示意圖

1．3 中幅板的鋪設(shè)

從罐中心開始安裝長條大板，按順序向外安裝。中心的長條大板安裝完畢后，安裝兩側(cè)排列的大板，對兩側(cè)排列的大板也是從罐底中心依順序向外安裝。中幅板大板安裝完畢后，安裝各邊小板，考慮到中幅板焊接時(shí)的收縮情況，各邊小板與邊緣板相接處要留出調(diào)整余量，等邊緣板對接縫和中幅板對接縫焊接完畢后切割組對收縮縫。中幅板間隙的調(diào)整如圖2所示，當(dāng)調(diào)整到合適的間隙之后，采用如圖1所示的卡具進(jìn)行固定。中幅板鋪設(shè)過程中，邊鋪邊點(diǎn)焊固定，點(diǎn)焊必須在坡口內(nèi)進(jìn)行，只能點(diǎn)焊坡口一側(cè)的墊板和中幅板，點(diǎn)焊長度在50mm以上，間距為300mm。

2 大型儲(chǔ)罐底板的焊接

2．1 邊緣板的焊接

考慮到邊緣板與壁板角焊縫的焊接收縮，在沒有組裝壁板前，只焊接壁板正下部的邊緣板對接焊縫，即先焊自邊緣板外側(cè)向內(nèi)400mm的對接縫。焊工均布在罐底邊緣板外側(cè)的整個(gè)圓周上，同時(shí)對稱施焊，使焊接速度保持一致，隔一條焊縫焊接一條，避免焊接過程中造成邊緣板的收縮不均勻，使整個(gè)邊緣板外形出現(xiàn)橢圓現(xiàn)象。焊接方向由罐內(nèi)側(cè)向罐外側(cè)焊接。邊緣板剩余部分的焊接在龜甲縫焊接前進(jìn)行，其焊接具體要求與先焊的400mm要求相同。

圖2 中幅板間隙的調(diào)整

2．2 中幅板的焊接

對每個(gè)罐底板的焊接，先進(jìn)行定位焊，再進(jìn)行手工打底焊，最后采用自動(dòng)焊進(jìn)行填充焊和蓋面焊。中幅板的焊接分4個(gè)對稱的90°扇形區(qū)，同時(shí)安排4個(gè)焊接小組對稱施焊，先焊短焊縫、后焊長焊縫，并由罐底中心向外施焊，焊接順序如圖3所示。

圖3 中幅板1／4扇形區(qū)焊接順序示意圖

中幅板帶板對接長焊縫打底層采用手工電弧焊的分段退焊法或跳焊法施工，分段間距為400mm，每條焊縫由兩名焊工從中間向兩端對稱施焊。填充、蓋面層采用埋弧自動(dòng)焊，由焊縫中間分成兩段分別向兩端施焊；焊接時(shí)，帶板與廊板T形接頭部位留300mm距離的帶板對接縫先不焊接，在廊板與帶板對接縫焊接前采用手工電弧焊施焊。

廊板對接短縫的焊接同帶板對接縫焊接方法一樣。但廊板與帶板對接的長焊縫焊接前，應(yīng)先完成T形接頭部位留下的帶板對接縫和廊板對接縫的焊接，并磨除焊接后焊接長縫。長焊縫打底層同帶板對接縫焊接方法一樣。填充、蓋面層埋弧自動(dòng)焊由兩臺(tái)焊機(jī)自焊縫中間分成兩段分別向兩端施焊，分段間距為2 000mm～4 000mm。

中幅板焊接過程中，距邊緣板2 000mm范圍內(nèi)的中幅板焊縫先不焊接，待中幅板焊縫焊完并與邊緣板組對好后再焊接。

2．3 罐壁與罐底大角縫的焊接

罐壁與罐底大角縫的焊接，在最少完成第二至第三帶壁板縱、環(huán)焊縫組裝和焊接后進(jìn)行，先采用手工電弧打底焊，然后采用埋弧自動(dòng)角焊機(jī)進(jìn)行蓋面焊。為減小焊接變形，施焊時(shí)焊工應(yīng)沿圓周均勻?qū)ΨQ分布，并采用相同的焊接參數(shù)、相同的焊接方向進(jìn)行跳焊或退焊施工。在焊接大角縫內(nèi)側(cè)時(shí)，為減小焊接變形，施焊前在罐壁內(nèi)側(cè)采用斜支撐進(jìn)行剛性固定，斜支撐的間距應(yīng)小于1 200mm，該支撐必須在罐底收縮縫焊完后才可拆除。

2．4 龜甲縫的焊接

龜甲縫是罐底邊緣板與罐底小板間的焊縫，即收縮縫。龜甲縫的焊接應(yīng)在邊緣板對接焊縫、罐底小板焊縫、大角縫焊接完成后進(jìn)行焊接。龜甲縫變形較大，所以焊接時(shí)有數(shù)名焊工均布，并沿同一方向進(jìn)行，其焊接方法是采用手工打底焊，然后用角縫自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行兩遍自動(dòng)焊。

3 罐底板焊縫的檢驗(yàn)

儲(chǔ)罐底板組焊完畢之后，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)。試驗(yàn)方法主要有底板真空試漏法和氨氣滲漏法。在工程實(shí)際應(yīng)用中，主要采用真空試漏法。在罐底板焊縫表面刷上肥皂水或亞麻子油，將真空箱扣在焊縫上，其周邊應(yīng)用玻璃膩?zhàn)用芊狻Ｕ婵障渫ㄟ^膠管連接到真空泵上，進(jìn)行抽氣，觀察真空表。當(dāng)真空度達(dá)到一定要求時(shí)，所檢查的焊縫表面如無氣泡產(chǎn)生則為合格；若發(fā)現(xiàn)氣泡，則應(yīng)作好標(biāo)記進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后再進(jìn)行真空試漏直至合格。

4 結(jié)論

大型儲(chǔ)罐底板焊接后的變形主要有波浪變形和角變形，這些變形的控制主要依靠合理的組裝方法和焊接工序，即裝配焊接時(shí)，以底板中心為準(zhǔn)向四周擴(kuò)展。底板焊接施工時(shí)應(yīng)先焊接橫焊縫，后焊接縱焊縫，并采用剛性固定或反變形的方法來減少底板的變形。波浪變形的控制應(yīng)注重減小焊接內(nèi)應(yīng)力，降低焊接過程中對接頭的約束；角變形可通過改變焊接方法以降低板厚方向溫差來減??；大角縫焊接時(shí)，一定要注意自由收縮方向，確保底板能向中心方向收縮。如果滿足不了這個(gè)條件，就要采用多段逆向跳焊的方法來保證整體受熱的均勻性，以減小焊接變形。

［1］ 李杰訓(xùn)．20萬m3儲(chǔ)罐技術(shù)發(fā)展的重要意義及研究內(nèi)容［J］．石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2012，23（3）：1－3．

［2］ 帥?。艿兰皟?chǔ)罐強(qiáng)度設(shè)計(jì)［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2010．

［3］ 何利民．油氣儲(chǔ)運(yùn)工程施工［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2008．

［4］ 中國石化集團(tuán)第四建設(shè)公司．SH／T 3530－2011石油化工立式圓筒形鋼制儲(chǔ)罐施工技術(shù)規(guī)范［S］．北京：中國石化出版社，2011：12－23．