40000m3儲(chǔ)罐底板變形的焊接控制

殷燦彬

摘 要：文章以大型儲(chǔ)罐的底板焊接變形控制管理，通過(guò)調(diào)整焊接工藝和方法，使最終的結(jié)果滿(mǎn)足質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：大型儲(chǔ)罐；焊接變形；質(zhì)量控制

1 工程概況

以前工作的某單位于2006年開(kāi)始在東莞市虎門(mén)港石化倉(cāng)儲(chǔ)基地--沙田鎮(zhèn)立沙島，設(shè)計(jì)建設(shè)一個(gè)3×40000m3液化石油氣項(xiàng)目，其中有兩臺(tái)40000m3低溫常壓雙壁儲(chǔ)罐用于儲(chǔ)存液態(tài)丙烷和一臺(tái)40000m3單壁拱頂罐用于儲(chǔ)存液態(tài)丁烷。低溫常壓雙壁儲(chǔ)罐，是地上式圓筒形拱頂雙層金屬結(jié)構(gòu)儲(chǔ)罐，內(nèi)罐為平底、平吊頂，用于儲(chǔ)存低溫介質(zhì)；外罐為平底、拱頂，用做保冷保護(hù)罐，在內(nèi)外罐之間的環(huán)形間隙應(yīng)填充保冷材料并維持較底正壓狀態(tài)。低溫常壓?jiǎn)伪趦?chǔ)罐，是地上式圓筒形拱頂金屬結(jié)構(gòu)儲(chǔ)罐，罐底采用膨脹珍珠巖混凝土保溫，罐壁采用70mm現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡聚氨酯保冷，罐頂采用50mm泡沫玻璃保冷，罐頂、罐壁保溫外覆1mm彩鋼板包覆。

液化石油氣性質(zhì)：丙烷在1.013×105Pa（1大氣壓）下的沸點(diǎn)是-42.07℃；在溫度15℃時(shí)的飽和蒸氣壓為7.1×105Pa；丁烷在1.013×105Pa（1大氣壓）下的沸點(diǎn)是-3℃；在溫度15℃時(shí)的飽和蒸氣壓為1.7×105Pa。

我公司將從外部采購(gòu)的低溫常壓液態(tài)丙烷在不改變物性的條件下直接通過(guò)管道裝入低溫常壓雙壁儲(chǔ)罐，即儲(chǔ)存-43℃的液態(tài)丙烷。雙壁罐外徑47.5m，高34m，單個(gè)空載總質(zhì)量1850t。貯罐外底板由中幅板和邊緣板構(gòu)成，中幅板厚度為6mm，材質(zhì)為Q235-A；邊緣板厚度為8mm，材質(zhì)為16MnR。中幅板之間及中幅板和邊緣板之間采用搭接接頭。罐底質(zhì)量為92t，焊縫長(zhǎng)度約為1800m。

2 編制說(shuō)明

40000m3雙壁儲(chǔ)罐外底板焊接，全部焊道采用手動(dòng)的手工電弧焊，初層打底焊接保證根部焊透。

外罐中幅板原設(shè)計(jì)為冷軋鋼板，應(yīng)力比較平均，在焊接施工過(guò)程中采用常規(guī)的施工方法即可保證整個(gè)底板的平整度。但我公司在采購(gòu)鋼板過(guò)程中，由于購(gòu)買(mǎi)的是用卷板切割的開(kāi)平板，在焊接過(guò)程中，由于受熱就出現(xiàn)了部分的超標(biāo)現(xiàn)象，本應(yīng)為平板的鋼板在邊緣部位變成了波浪形，由業(yè)主、施工單位和監(jiān)理單位對(duì)全部鋪好準(zhǔn)備焊接部分進(jìn)行了共同的檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)在全罐體各個(gè)方位范圍內(nèi)共20個(gè)位置，具體位置如圖1所示。檢測(cè)結(jié)果中有多處超過(guò)了規(guī)范要求（50mm），比較嚴(yán)重的有3個(gè)位置，分別為東北第三帶中幅板凸起值為162mm，延長(zhǎng)米為7m，（即圖1中的A點(diǎn)）；西南方向第四帶中幅板中間凸起值為137mm，延長(zhǎng)米為6m（即圖1中的B點(diǎn)）；東南方向第七帶中幅板，凸起值為148mm，延長(zhǎng)米為6m，斜向西（即圖1中的C點(diǎn)）。在其后的施工過(guò)程中，按規(guī)定的施工方法施工，全部底板焊接完工后，以上三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)超差值有了很大改善，分別降低到42mm、33mm、40mm。

圖1 罐底板檢測(cè)點(diǎn)位置

3 對(duì)中幅板變形鋼板的焊接控制

由于底板直徑比較大，達(dá)47.5米，造成整體熱膨脹幅度加大；為了做罐底部保冷，需在邊緣板上焊兩道擋水板做承壓圈，又會(huì)增加底板的變形。為了保證中幅板的變形得到有效的控制，通過(guò)以下措施來(lái)保障。

3.1 將變形不同的中幅板鋪設(shè)搭配

將變形大的和變形小的中幅板進(jìn)行搭配，或者變形方向相反的中幅板進(jìn)行搭配，在焊接后變形得到相應(yīng)的牽制，達(dá)到控制變形。

3.2 減少熱變形

3.2.1 焊接順序和焊工的協(xié)調(diào)性。中幅板的焊接順序從中心向四周逐步擴(kuò)大，先焊接成帶板，再將各帶板接成整體。完成所有的中幅板的焊接后，再進(jìn)行中幅板與邊緣板的焊接。中幅板與邊緣板的焊接順序是沿著圓周對(duì)稱(chēng)位置同時(shí)采取跳焊方式焊接。焊工在焊接過(guò)程中協(xié)調(diào)一致，聽(tīng)從指揮。同一條焊縫的每一名焊工使用相同的焊接規(guī)范和方法，使他們所在的每一個(gè)位置都受熱均勻，應(yīng)力分散。

3.2.2 焊道處理。焊接前仔細(xì)清除焊縫內(nèi)側(cè)以及兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、銹垢。因設(shè)計(jì)要求外罐外底板需涂一層瀝青漆，在焊道的位置留出5厘米不涂漆，防止在搭接焊的時(shí)候產(chǎn)生氣孔等缺陷；如果在焊道位置已涂有油漆，在焊接前必須用火烤去搭接縫上層底板下表面的油漆。

3.2.3 龍門(mén)架固定。沿著長(zhǎng)焊縫兩側(cè)各焊兩個(gè)門(mén)型碼，中間貫穿一根200的工字鋼，之間的間隙用鍥子固定，如圖2所示。

圖2 龍門(mén)架形式示意

3.2.4 焊接工藝。采用分段、多層、小電流、小焊條焊接，先焊接短焊縫、后焊接長(zhǎng)焊縫，以減少熱影響區(qū)。

在龍門(mén)架的強(qiáng)制固定下將中幅板完全平整后，以手工電弧焊，使用J427、f3.2mm焊條，先將焊縫點(diǎn)固焊，每200mm點(diǎn)固50mm長(zhǎng)，而后開(kāi)始恢復(fù)焊接，具體操作如下：短焊縫1.8m，布置兩名焊工，由中間向兩端對(duì)稱(chēng)倒退焊，J427、f3.2mm焊條，電流為90～130A，電壓22～24V，焊接速度5～8mm，并盡量保持同樣的焊接速度焊一遍，填充金屬厚度3～4mm；然后進(jìn)行蓋面，J427、f4.0mm焊條，電流為160～220A，電壓22～26V，焊接速度6～12mm。長(zhǎng)焊縫8m，布置三名焊工，先每段2m跳焊，仍采用倒退焊，焊接工藝同上。采用多個(gè)焊工均布、分段退焊的焊接方法確保了整體受熱均勻，減少局部受熱過(guò)多而產(chǎn)生的變形；采用大幅逆向跳焊法集中了分段退焊和跳焊法兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，使焊接熱量更加分散，更有效地防止和控制了焊接變形。

3.2.5 變形控制。由于C點(diǎn)的面變形量最大，在施工過(guò)程中選擇它作為優(yōu)先施工處，先焊接短焊縫，在中幅板焊縫的東、西兩側(cè)方向，兩塊中幅板用龍門(mén)架固定，采用3.2.4焊接工藝方法施工，完成全部短焊縫后，采用相同工藝焊接長(zhǎng)焊縫。

3.3 焊后處理

焊接完成后撤去門(mén)型碼和工字鋼，對(duì)由于在焊接門(mén)型碼時(shí)造成的底板焊疤、飛濺等缺陷認(rèn)真清除干凈。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用上述方法在A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)焊接，對(duì)焊接后的中幅板進(jìn)行測(cè)量，三處嚴(yán)重超標(biāo)處凸凹變形的深度均小于變形長(zhǎng)度的2%，且都在標(biāo)準(zhǔn)要求以下，取得了較好的效果。

按同樣的施工方法，對(duì)其他變形部位進(jìn)行施工，使整個(gè)外罐底板在焊接完成后對(duì)由板材引起的變形得到有效控制，最終使得焊接結(jié)果滿(mǎn)足質(zhì)量要求。