金屬儲(chǔ)罐的特點(diǎn)與焊接安裝方法

王翠玲

摘要：金屬儲(chǔ)罐是在常壓或微內(nèi)壓條件下儲(chǔ)存液態(tài)物料的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，在機(jī)電安裝工程中或石油化工行業(yè)中占有很大份額。金屬儲(chǔ)罐有多種品種和類型，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，而且不同的焊接工藝及順序會(huì)影響安裝技術(shù)性能和質(zhì)量特點(diǎn)。文章對(duì)儲(chǔ)罐的特點(diǎn)和焊接安裝方法及檢查驗(yàn)收等方面進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：金屬儲(chǔ)罐；裝配精度；焊接安裝方法；機(jī)電安裝；液態(tài)物料 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG44 文章編號(hào)：1009-2374（2016）20-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.036

儲(chǔ)罐按其制造材質(zhì)可以分為金屬儲(chǔ)罐和非金屬儲(chǔ)罐。金屬儲(chǔ)罐介質(zhì)具有可燃、易燃、有毒、有腐蝕性、危險(xiǎn)性大和現(xiàn)場安裝施工程序復(fù)雜、質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。

1 金屬儲(chǔ)罐的分類

儲(chǔ)罐根據(jù)頂部結(jié)構(gòu)的不同，可分為三種類型：固定頂、浮頂和內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐。

1.1 固定頂儲(chǔ)罐

罐頂周邊與罐壁頂端固定連接的儲(chǔ)罐，主要包括拱頂罐、錐頂罐、懸鏈?zhǔn)焦薜?，后兩種現(xiàn)已很少使用。自支承拱頂就是拱頂罐，罐頂結(jié)構(gòu)為球冠形，罐體形狀為圓筒形，拱頂中間沒有支撐，罐壁四周承受荷載。有帶肋殼和網(wǎng)殼拱頂兩種結(jié)構(gòu)。帶肋殼拱頂罐拱頂球面的曲率半徑一般為罐直徑的0.8～1.2倍，拱頂由4～6mm的薄鋼板和支撐筋組成。罐頂板焊接多采用搭接焊。優(yōu)點(diǎn)是易施工、低造價(jià)。網(wǎng)殼頂拱頂罐由網(wǎng)格狀空間桿件系組成的球面網(wǎng)架拱殼承載頂面荷載。網(wǎng)殼頂由網(wǎng)狀殼、邊環(huán)梁、蒙皮三大組成部分。鋼制網(wǎng)殼重量較大，大型儲(chǔ)罐一般采用鋁合金材料網(wǎng)殼。特大型拱頂罐尤其是特大型內(nèi)浮頂罐已較多采用網(wǎng)殼頂結(jié)構(gòu)。

1.2 浮頂罐

罐頂蓋浮在罐壁內(nèi)的液面上并隨液面升降，在罐頂與罐內(nèi)壁接觸的環(huán)形空間裝有密封裝置，目的是可防止或減少罐內(nèi)液體蒸發(fā)損失，也稱外浮頂。大型儲(chǔ)罐大多采用外浮頂。單盤式和雙盤式是浮頂儲(chǔ)罐的兩種常用類型，各有其不同的結(jié)構(gòu)和特征。浮頂具有較好的穩(wěn)定性，能承受較大載荷，絕熱性能較好，但費(fèi)鋼材。

內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐是由拱頂罐內(nèi)部增設(shè)浮頂而成。這種罐主要用來儲(chǔ)存航空汽油、航空煤油等，有日趨推廣的趨勢(shì)。漂浮在罐內(nèi)液面上的浮動(dòng)頂蓋內(nèi)浮頂，其類型有三種：鋼制式、鋁制裝配式和非金屬整體式內(nèi)浮頂。

2 金屬儲(chǔ)罐的焊接

2.1 罐底焊接順序與工藝措施

2.1.1 焊接原則。采用收縮變形最小的焊接工藝及焊接順序，壓力容器焊接同時(shí)進(jìn)行焊接試板制作。

2.1.2 罐底焊接。中幅板焊縫：先焊罐底邊緣板靠邊緣的300mm處對(duì)接焊縫，接著焊壁板與罐底相連的角焊縫，再焊剩余邊緣板對(duì)接焊縫，最后焊收縮縫（邊緣板與中幅板之間）。

2.1.3 焊接順序與焊接變形控制措施。

中幅板焊接：焊條電弧焊可用在搭接焊接接頭上。短焊縫先焊，長焊縫后焊。分段退焊或跳焊法適用于初層焊道。

邊緣板焊接：焊工均勻分布、對(duì)稱施焊這種方法適用于對(duì)接焊縫的初層焊；分段退焊或跳焊法適用于中幅板與罐底邊緣板之間的第一層收縮縫焊接。

罐壁與罐底焊接：由數(shù)對(duì)焊工均勻?qū)ΨQ分布，從罐內(nèi)、外沿同一方向進(jìn)行分段角焊。對(duì)于初層焊道采用分段退焊或跳焊法。

2.2 罐壁焊接

2.2.1 焊條電弧焊焊接罐壁的順序和工藝特點(diǎn)。相鄰兩圈壁板的縱焊縫先焊，其間的環(huán)焊縫后焊。焊工沿同一方向均勻分布施焊。

2.2.2 自動(dòng)焊接工藝要求?？v焊縫應(yīng)自下而上氣電立焊。埋弧自動(dòng)焊焊接對(duì)接環(huán)焊縫，焊機(jī)沿同一方向均勻分布施焊。

2.3 金屬儲(chǔ)罐安裝程序和方法

2.3.1 安裝方法類型。

正裝法：自下而上依次組焊罐壁板，后焊頂面壁板、抗風(fēng)擋圈及頂端角鋼等。大型浮頂罐常用此法焊接。包括水浮正裝法、架設(shè)正裝法（包括外搭腳手架正裝法、內(nèi)掛腳手架正裝法）等。

倒裝法：先鋪設(shè)、焊接罐底板，再焊頂面壁板、包邊角鋼及罐頂，最后自上而下依次組焊各層壁板，直到底層壁板。包括中心柱組裝法、邊柱倒裝法（有液壓頂升、葫蘆提升等）、充氣頂升法和水浮頂升法等。

2.3.2 金屬儲(chǔ)罐的常用組裝方法的基本程序和要求。

第一，外搭腳手架正裝法。腳手架隨罐壁板升高而逐層搭設(shè)；當(dāng)縱向焊縫采用氣電立焊、環(huán)向焊縫采用自動(dòng)焊時(shí)，腳手架不得影響焊接操作；采用在壁板內(nèi)側(cè)掛設(shè)移動(dòng)小車進(jìn)行內(nèi)側(cè)施工；采用吊車吊裝壁板。這種架設(shè)正裝法和內(nèi)掛腳手架正裝法適合于大型和特大型儲(chǔ)罐，便于自動(dòng)焊作業(yè)。

第二，內(nèi)掛腳手架正裝法。在壁板內(nèi)側(cè)沿四周掛上一圈鋪設(shè)跳板的三腳架（組成環(huán)形腳手架），操作人員即可在跳板上組對(duì)安裝上一層壁板；在已安裝的最上一層內(nèi)側(cè)沿圓周按規(guī)定間距在同一水平標(biāo)高處掛上一圈三腳架，鋪滿跳板，跳板搭頭處捆綁牢固，安裝護(hù)欄；搭設(shè)樓梯間或斜梯連接各圈腳手架，形成上、下通道；一臺(tái)儲(chǔ)罐施工宜用2層至3層腳手架，1個(gè)或2個(gè)樓梯間，腳手架從下至上交替使用；在罐壁外側(cè)掛設(shè)移動(dòng)小車進(jìn)行罐壁外側(cè)施工；采用吊車吊裝壁板。

第三，水浮正裝法。一般用于浮頂罐的施工。其程序和要求：罐底板、底圈壁板、第二圈罐壁板施工完畢，底圈壁板與底板的大角縫組焊完畢并檢驗(yàn)合格后，把完成的罐體作為水槽。浮船在罐體內(nèi)組焊，施工完成后檢驗(yàn)質(zhì)量達(dá)到合格，利用浮船作為內(nèi)操作平臺(tái)；設(shè)置罐壁移動(dòng)小車或弧形吊欄，進(jìn)行罐壁外側(cè)作業(yè)；采用吊車吊裝或在浮船上設(shè)置吊桿吊裝壁板；設(shè)置浮船導(dǎo)向裝置；向罐內(nèi)充水，使浮船浮升到需要高度，逐圈組裝第三圈及以上各圈壁板；壁板組裝前、組裝過程中、組裝后按設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行沉降觀測。

第四，邊柱提升倒裝法。采用罐壁內(nèi)側(cè)均勻分布的提升機(jī)構(gòu)的邊柱提升臨時(shí)脹緊固定在罐壁板下部的脹圈，脹圈使上節(jié)壁板一同上升到設(shè)定高度，組焊第二圈壁板。脹圈然后被松開，降到第二圈壁板下部脹緊、固定后再升起。如此反復(fù)，直到組焊完成。

液壓倒裝法的程序與要求：（1）沿罐壁內(nèi)側(cè)周向均勻分布提升架，液壓千斤頂裝在提升架上。提升架高度應(yīng)比最大提升高度大1000m左右，背向壁板一側(cè)設(shè)置防傾覆斜拉桿。千斤頂?shù)目傤~定起重量應(yīng)大于提升罐體的最大重量及附加重量（由此確定千斤頂?shù)臄?shù)量和提升架的間距）；（2）罐內(nèi)通道人員進(jìn)出方便；（3）用千斤頂或加緊絲把脹圈與罐壁脹緊；（4）平穩(wěn)起吊，各起吊點(diǎn)同步上升。

邊柱葫蘆提升倒裝法程序與要求：可采用手拉或電動(dòng)葫蘆提升動(dòng)力。提升柱設(shè)置在罐壁板內(nèi)側(cè)沿周向均勻分布，在提升柱頂部設(shè)置手拉或電動(dòng)葫蘆。根據(jù)提升需要的最大重量計(jì)算確定提升柱的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、規(guī)格。

3 金屬儲(chǔ)罐的檢查與驗(yàn)收

焊接的殘余應(yīng)力和變形影響金屬儲(chǔ)罐的承載能力和制造精度。為降低焊接應(yīng)力和殘余變形，應(yīng)從焊接方法、焊接工藝及裝配程序等多個(gè)方面來考慮并采取有效的措施。按照安全性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性和適用性的原則，由經(jīng)驗(yàn)豐富的焊接質(zhì)量工程師進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，再由資質(zhì)合格有效的焊接人員根據(jù)評(píng)定合格的焊接工藝操作書施焊。對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)復(fù)合因素進(jìn)行單項(xiàng)和綜合檢查，形成焊前、焊中和焊后檢查。

3.1 焊前檢查

焊前檢查包括但不局限于如下五點(diǎn)：（1）焊工資格與實(shí)際焊接相匹配并在有效期內(nèi)。特別強(qiáng)調(diào)焊工操作證有效期內(nèi)中斷焊接工作達(dá)6個(gè)月，需重新進(jìn)行焊工的資格考試；（2）焊機(jī)型號(hào)、電源極性符合工藝要求，焊距、電纜、氣管和輔助工具、安全防護(hù)配備齊全；（3）母材、焊條、焊劑、保護(hù)氣體、電極符合國家標(biāo)準(zhǔn)；（4）焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)文件和工藝要求設(shè)計(jì)合理、齊全、清晰，易于施焊、便于指導(dǎo)，保證質(zhì)量，新材料、新產(chǎn)品、新工藝施焊前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)；（5）在環(huán)境惡劣的焊接場所應(yīng)采取可靠防護(hù)措施。

3.2 焊中檢查

（1）焊接過程中應(yīng)執(zhí)行焊接工藝相關(guān)要求，包括焊接方法、材料性能、規(guī)范要求、施焊順序、變形及溫度控制；（2）多層焊層間如果存在裂紋、氣泡、夾渣等缺陷，缺陷清除如何；（3）焊接電源、送絲（行走）機(jī)構(gòu)、滾輪架、焊劑托架、冷卻裝置等焊接設(shè)備是否正常運(yùn)行。

3.3 焊后檢查

3.3.1 外觀檢查。（1）低倍放大鏡或肉眼觀察表面缺陷：咬邊、夾渣、氣孔、裂紋等；（2）焊接檢驗(yàn)尺檢查：焊縫余高、焊瘤、凹陷、錯(cuò)口等；（3）檢查焊件變形程度。

3.3.2 灌水試驗(yàn)。灌水試驗(yàn)檢驗(yàn)焊件的嚴(yán)密性和泄漏性。利用潔凈淡溫水試驗(yàn)（≥5℃）（對(duì)于不銹鋼罐，對(duì)水的要求更高，水中氯離子含量≤25PPM）。在試驗(yàn)中應(yīng)在罐壁下部每隔大約10m觀測基礎(chǔ)沉降（觀測點(diǎn)數(shù)宜為4的倍數(shù)）。若發(fā)生不符合設(shè)計(jì)文件的沉降，應(yīng)暫停充水，待處理后可進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

3.4 灌水試驗(yàn)項(xiàng)目、方法及合格標(biāo)準(zhǔn)

3.4.1 罐底。灌水觀察罐底周邊，檢驗(yàn)其嚴(yán)密性，不滲漏為合格。

3.4.2 罐壁。灌水到最高設(shè)計(jì)液面，保持48h，試驗(yàn)罐壁強(qiáng)度及嚴(yán)密性，不滲漏、不變形為合格。

3.4.3 固定頂。罐內(nèi)灌水到最高設(shè)計(jì)液位下1m，封閉所有開孔，慢充水升壓到試驗(yàn)壓力時(shí)，暫停充水，將肥皂水涂在罐頂檢査強(qiáng)度及嚴(yán)密性。罐頂無異變、焊頭無滲漏為合格。然后放水，緩慢降壓，達(dá)到負(fù)壓值時(shí)，停止放水，觀察罐頂檢驗(yàn)穩(wěn)定性，試驗(yàn)后將罐頂孔通大氣，升到常壓，無異常變形為合格。

3.4.4 浮頂罐升降試驗(yàn)。充水、放水時(shí)檢查浮頂升降、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、密封裝置及自動(dòng)通氣閥支柱，檢査浮頂、內(nèi)浮頂與液面接觸部分。升降、轉(zhuǎn)動(dòng)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)平穩(wěn)、靈活和無卡澀為合格。浮頂與液面接觸部分無滲漏為合格。

3.5 無損檢測

在焊縫檢查和驗(yàn)收過程中還會(huì)用到無損檢測的一些方法：射線探傷、超聲波探傷、滲透探傷、磁性探傷、渦流探傷以及超聲波衍射時(shí)差法等。

無損檢測方法的選用原則為：

儲(chǔ)罐壁厚≤38mm時(shí)，用射線檢測對(duì)接接頭，由于結(jié)構(gòu)因素，無法使用射線檢測時(shí)，便使用可記錄的超聲檢測。容器壁厚>38mm時(shí)，如用射線檢測對(duì)接接頭，對(duì)每條焊縫及所有焊縫交叉部位還應(yīng)附加局部（為原檢測比例的20%）超聲檢測。

對(duì)不能進(jìn)行射線或超聲檢測的角接接頭和T形接頭，應(yīng)全部做表面檢測。鐵磁性壓力容器的表面檢測應(yīng)優(yōu)選磁粉檢測。有色金屬制壓力容器對(duì)接接頭應(yīng)盡量采用射線檢測。

安裝結(jié)束后的金屬儲(chǔ)罐通過以上檢驗(yàn)項(xiàng)，全部合格才可準(zhǔn)予使用。

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