10萬方大型原油儲罐壁板坡口型式與自動焊焊接方法的探討

康躍興

中國石油天然氣第六建設(shè)公司 廣西桂林 541004

10萬方大型原油儲罐壁板坡口型式與自動焊焊接方法的探討

康躍興

中國石油天然氣第六建設(shè)公司 廣西桂林 541004

以欽州中石油國際儲備庫項目（一期工程）420庫區(qū)項目為例（包括42臺10萬m3雙盤浮頂原油儲罐），對大型原油儲罐壁板的坡口型式與自動焊焊接方法進行探討。

大型原油儲罐 壁板 坡口型式 自動焊焊接

欽州中石油國家儲備庫項目（一期工程）420庫區(qū)項目42臺10萬m3雙盤浮頂原油儲罐及其它配套設(shè)施的建設(shè)，主要工作量為42臺儲罐的焊接和安裝，包括18臺輕質(zhì)原油儲罐和24臺重質(zhì)原油儲罐（罐內(nèi)有加熱器），其中罐主體的壁板的焊接是項目施工的重點和難點。該項目具有工程量大、工期緊、施工資源投入大、區(qū)域面積廣、交叉作業(yè)面多、施工現(xiàn)場管理難度大等特點，其中罐壁板的焊接主要采用自動化程度較高的自動焊，焊接方法多，焊接質(zhì)量要求極高。作為國家級戰(zhàn)略儲備庫特大型EPC項目，在施工工期較緊的情況下怎樣加快施工進度，選擇最優(yōu)化的自動焊焊接方法，從而節(jié)約施工成本成為項目面臨的重點和難點，受到集團和公司的高度重視。

1 板材材料的規(guī)格、參數(shù)分析

罐主體第1～6圈材質(zhì)為高強度調(diào)質(zhì)鋼板（12MnNiVR），厚度δ=32～12mm不等；第7圈材質(zhì)為Q345R合金鋼板，厚度δ=12mm；第 8至第9圈材質(zhì)為Q235-B碳鋼板，厚度δ=12mm。為了保證開孔板焊接質(zhì)量第1圈罐壁板高強鋼采用了工廠化集中預(yù)制、集中熱處理的方式進行。單臺罐罐壁板參數(shù)如表1所示：

2 板材焊接性分析

鋼材的焊接性分析以化學(xué)成分分析和力學(xué)性能分析為例，這兩方面是影響高強鋼板材質(zhì)焊接性能的主要因素。

表1 單臺罐罐壁板參數(shù)

2.1 化學(xué)成分

表2 化學(xué)成分（以12MnNiVR 22mm鋼板為例 0.001%）

2.2 力學(xué)性能分析

表3 力學(xué)性能分析

根據(jù)上述各參數(shù)可看出，12MnNiVR高強度調(diào)質(zhì)鋼材延伸率較高，鋼材-20℃沖擊試驗韌性高，且數(shù)值穩(wěn)定。雖然熱輸入量高，但焊接性能還是好的，然而焊接材料的選擇是關(guān)鍵，再加以選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒?，可保證焊縫金屬的力學(xué)性能指標(biāo)，使之應(yīng)高于或者等同于相應(yīng)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限。

3 焊接方法的選擇與確認(rèn)

罐主體的焊接為了更好地適應(yīng)壁板縱縫的氣電立焊（EGW）以及壁板環(huán)縫的埋弧焊（SAW）焊接方法，使項目的各種資源投入做到最優(yōu)化、施工成本降到最低，按照設(shè)計圖紙和規(guī)范的要求，并根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備資源、人力資源等條件、各班組的施工方法和設(shè)備等實際情況，我EPC項目部多次召開罐壁板坡口型式專題討論會，對每一種板厚采用X型坡口或V型坡口、坡口是否有鈍邊及鈍邊大小，坡口大小及開口方向、坡口角度等參數(shù)都做了詳細(xì)的、具體的分析和研究，對坡口的角度大小和鈍邊厚度做了詳細(xì)的計算，大小坡口的角度誤差精確到±2.5°。這樣在坡口預(yù)制加工的時候就有了充分的依據(jù)和更高的要求。有了高質(zhì)量、高精確度的坡口，就更有利地保證了現(xiàn)場的自動焊焊接質(zhì)量。

根據(jù)自動焊焊槍與罐壁坡口的接觸角度，鈍邊厚度最終確定為2mm為宜，坡口間隙統(tǒng)一定為5mm為宜。最終確定了最適合現(xiàn)場自動焊焊接的坡口型式圖，更好地適應(yīng)了現(xiàn)場的焊接要求，有力地推動了項目的順利開展，大大降低了施工成本。

罐壁板盡管采用氣電立焊和埋弧橫焊不同的自動焊焊接方法，但丁字縫以及其它少許部位再加以手工電弧焊焊接或修補，可有效確保焊接質(zhì)量。

4 焊材選用

4.1 焊材選用依據(jù)

焊材選用根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、使用條件和施焊條件為依據(jù)考慮。滿足母材本身的強度要求及力學(xué)性能是高強度鋼板焊材選用的關(guān)鍵，本項目選用了國產(chǎn)焊材（見表4、表5）。

表4 環(huán)縫橫焊

表5 縱縫氣電立焊

4.2 對焊接材料的要求

（1）焊材應(yīng)具有出廠合格證和質(zhì)量證明書。焊絲符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12470-2003、JIS Z3319， 焊 劑 符 合 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 12470-2003；

（2）焊材外包裝符合規(guī)范要求，焊材具有生產(chǎn)日期、生產(chǎn)批號、型號規(guī)格、生產(chǎn)廠家等信息，焊材具有內(nèi)外包裝；

（3）焊材儲存、保管符合JB/T3223《焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程》及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；

（4）焊絲不得有生銹現(xiàn)象，焊劑顆粒度與材質(zhì)證保持一致。

5 罐壁板環(huán)縫坡口型式圖的確認(rèn)

國內(nèi)為了滿足施工安全的需要，均采用搭設(shè)腳手架進行施工。根據(jù)現(xiàn)場施工安裝方法的不同，采用外掛式（罐外壁掛三角架正裝法）還是內(nèi)掛式（罐內(nèi)壁掛三角架正裝法），將直接影響到施工進度和施工成本。若采用外掛式則小坡口在罐壁外側(cè)，焊縫的清根也在罐壁外側(cè)，這樣可以充分利用罐外圍搭設(shè)的腳手架進行焊縫的清根工作，而無需為了清根在罐內(nèi)側(cè)搭設(shè)腳手架。若采用內(nèi)掛式則小坡口在罐壁內(nèi)側(cè)，焊縫的清根必須在罐壁內(nèi)側(cè)完成，這樣就必須在罐內(nèi)側(cè)周圍為了完成清根工作而搭設(shè)腳手架，而罐壁外側(cè)的腳手架沒有得到充分的利用，結(jié)果將是既影響進度，又增加更多的人力、物力，更增加較多的腳手架費用和人工費等。最終項目充分利用了罐壁外圍的腳手架，合理地采用了外掛式安裝方法，見圖1。

圖1 罐第一、二帶壁板環(huán)縫外掛式、內(nèi)掛式坡口型式圖（32mm與28mm）

6 罐壁縱縫坡口型式圖（32mm和29mm）

壁板縱縫焊材采用日本進口焊絲DWS-60G，縱縫壁板的坡口型式、坡口角度、間隙等參數(shù)直接關(guān)系到氣電立焊的焊接質(zhì)量，所以，正確選擇坡口型式和坡口角度等各項參數(shù)是關(guān)鍵。

7 對焊工資質(zhì)條件的要求

（1）參加施焊的焊工必須按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，取得相應(yīng)合格資質(zhì)項目，并按照本項目焊工上崗考試管理規(guī)定考核合格方可允許進場施焊作業(yè)；

（2）焊工能熟練掌握本人使用的焊接方法，焊接作業(yè)必須符合本項目業(yè)主、監(jiān)理的管理文件要求，只能在合格項目對應(yīng)的評定范圍內(nèi)作業(yè)，不得超越其范圍作業(yè)；

（3）焊工須有經(jīng)驗并懂得分析焊接缺陷、焊接應(yīng)力的危害與預(yù)防等。還要熟悉焊接工藝方案，焊接工藝指導(dǎo)書等指導(dǎo)性文件，掌握鋼板的材質(zhì)和采用的焊接工藝，如坡口型式、焊材選用、焊接電流、運行速度等。

8 結(jié)論

欽州中石油國際儲備庫（一期工程）42臺10萬m3原油儲罐高強鋼板的焊接，經(jīng)過精心的準(zhǔn)備和策劃，尤其是對壁板預(yù)制時坡口型式的選擇和焊接方法的合理結(jié)合，合理的焊接工藝，符合母材成分及性能要求的焊接材料，具備相應(yīng)資質(zhì)的焊工，以及充足的設(shè)備資源等條件，高質(zhì)量地完成了儲罐主體的焊接工作，并最大程度降低施工成本，滿足施工進度的要求，高效完成了施工任務(wù)，為以后大型原油儲罐的施工積累了寶貴的經(jīng)驗和借鑒素材，能有效指導(dǎo)今后類似項目的施工建設(shè)。

1 欽州中石油國際儲備庫（一期工程）42臺10萬方原油儲罐EPC項目.

2 寶鋼技術(shù)——大型原油儲罐用高強度調(diào)質(zhì)鋼用研制.

3 張艷艷,蔡慶伍.微合金高強度船板鋼軋制工藝研究[J].鋼,2006,23(1)：5-7.

4 常大勇,劉雅政,何建中.含Nb管線鋼動態(tài)再結(jié)晶特性的實驗研究[J].軋鋼,2005,22(2)：12-15.

5 董成瑞.特殊鋼叢書：微合金非調(diào)質(zhì)鋼[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2000,9.

6 江衛(wèi)華,蔡慶伍,陳銀莉等.SPv490鋼軋后在線熱處理工藝研究[J],熱加工工藝,2006,35(6)：35-40.

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1672-9323（2014）02-0087-03

2014-02-17）