油田用油水罐車罐體質(zhì)量提高措施

趙 勇，李樹平，周 瑞，張 振

（1.渤海裝備鋼管銷售公司，河北任丘 062550；2.華油鋼管有限公司，河北任丘 062550；3.南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210000；4.渤海裝備制造有限公司石油機(jī)械廠，河北任丘 062550）

1 問題

油、水罐車是油田建設(shè)重要運(yùn)輸車輛，主要擔(dān)負(fù)著原油、污水拉運(yùn)和各類成品油的配送任務(wù)。目前有數(shù)千臺車輛服務(wù)于油田企業(yè)，隨著油田原油開采與加工規(guī)模的不斷發(fā)展，該車型的年需求量不斷增加。油、水罐車已成為公司的重要產(chǎn)品，但從客戶反饋信息及現(xiàn)場走訪中發(fā)現(xiàn)，每年油、水罐車均有不同程度的鼓包變形，這些質(zhì)量問題給企業(yè)的發(fā)展帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。為使罐車在運(yùn)行期罐體變形率下降，查閱大量的相關(guān)資料、走訪專家，針對罐車在運(yùn)行過程中，液體狀態(tài)改變現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)罐車在變速、急轉(zhuǎn)彎、剎車及路況起伏時，罐體截面較銳的大小弧過度不能承受應(yīng)力，使罐體出現(xiàn)屈服變形，導(dǎo)致罐體出現(xiàn)裙帶痕跡現(xiàn)象；另外，液體反復(fù)沖擊隔板，易造成隔板處焊縫疲勞開裂，使罐體發(fā)生滲漏以至于造成嚴(yán)重的后果。為避免罐體變形的發(fā)生，進(jìn)行針對性的研究和攻關(guān)。

2 現(xiàn)狀調(diào)查、原因分析、制定對策

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2015年1月至2017年12月，油水罐車罐體焊縫累計(jì)發(fā)現(xiàn)缺陷300 次，占產(chǎn)品比例的5.5%。同期發(fā)現(xiàn)油水罐車產(chǎn)品在國內(nèi)道路運(yùn)輸工況下未出現(xiàn)客戶的問題反饋，但中油運(yùn)輸公司北京分公司在將我公司產(chǎn)品調(diào)入蒙古國外油拉運(yùn)項(xiàng)目后，產(chǎn)品使用過程中因蒙古國荒漠路況極差、顛簸導(dǎo)致出現(xiàn)的變形和開裂問題反映較強(qiáng)烈。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)調(diào)入該極端路況的產(chǎn)品有10%出現(xiàn)問題。根據(jù)現(xiàn)場使用情況結(jié)合客戶意見，確定改進(jìn)目標(biāo)。

2.1 目標(biāo)

①改進(jìn)焊接工藝，提升焊接質(zhì)量；②批次產(chǎn)品焊接前，比照壓力容器焊接要求，做試件的焊接工藝評定；③罐體主體焊接引入自動焊接與半自動焊接，減少質(zhì)量波動；④優(yōu)化罐體結(jié)構(gòu)，改進(jìn)裝配工藝，解決罐體變形和開裂問題，提高油水罐車產(chǎn)品的質(zhì)量；⑤組織員工專項(xiàng)培訓(xùn)，增強(qiáng)質(zhì)量意識。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

①罐體與封頭環(huán)形組焊，采用自動焊接小車，一次性焊接質(zhì)量合格率≥96%；②罐體縱焊縫采用自動拼接焊，一次性焊接質(zhì)量合格率≥98%；③罐體局部凹坑、凸起量≤2 mm；罐體縱向中心平面與副梁縱向中心平面，偏移量＜6 mm；④提高罐體試水壓力（原為36 kPa）至100 kPa，提升罐體焊接質(zhì)量的同時相應(yīng)的提高質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，以驗(yàn)證實(shí)際可靠性。

2.3 質(zhì)量指標(biāo)

2018年度出廠油水罐車罐體變形數(shù)量＜2%；杜絕罐體開裂問題發(fā)生。根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)要求，重點(diǎn)對罐體結(jié)構(gòu)、焊接、裝配進(jìn)行分析。

（1）封頭孤獨(dú)易出現(xiàn)銳角。罐體受力性降低。顛簸路況下，液體的沖擊力直接將封頭與罐體鏈接處撕裂。

（2）焊接工藝不合理。工藝不完善、不合理直接導(dǎo)致錯誤的操作，進(jìn)而影響到焊接質(zhì)量。

（3）長時間平穩(wěn)工作難度大。人體保持同一姿勢時間有一定限度，保證焊縫平整必須改善作業(yè)空間或者增加自動化設(shè)備。

（4）焊工素質(zhì)低。焊接規(guī)程和工藝要求難以掌握，焊接技術(shù)難以達(dá)到要求，焊接質(zhì)量沒有保證。

（5）裝配隨意。沒有按照工藝文件中要求，隨意固定U 形卡子與卡座。

3 主要攻關(guān)內(nèi)容和完成情況

（1）通過計(jì)算，對罐體截面優(yōu)化，使罐體受力性能更好，調(diào)整原有罐體各個弧度，避免出現(xiàn)銳度倒角過度的情況，使得罐體弧度更好，近似于橢圓。

（2）通過不同試件的焊接工藝評定對比，針對鋼制罐體焊接采用二氧化碳保護(hù)焊工藝，其特點(diǎn)是焊縫截面積小，焊接坡度角小，焊接線能量小和焊接速度快，同時它還有焊條電弧焊的靈活性和埋弧自動焊的高效性，又避免了焊條電弧焊成形系數(shù)大效率低變形大，埋弧自動焊線能量大變形大的缺點(diǎn)，使用較小的焊接電流、電壓（120 A，23 V）；焊接時在鋼板的另一面吹風(fēng)冷卻，散失焊接熱量；使用分層焊接和對稱焊接，使其受到的應(yīng)力相反相互抵消；預(yù)拉伸鋼板，使鋼板內(nèi)部產(chǎn)生一個預(yù)加的拉應(yīng)力；根據(jù)板材厚度，控制焊接坡口等一系列措施改進(jìn)。

（3）由于不同客戶對于產(chǎn)品性能的要求不同，進(jìn)而引起板材厚度和焊接手段等方面的變化，因此批次產(chǎn)品焊接前，比照壓力容器焊接，做試件的焊接工藝評定，通過對于試件的機(jī)械性能、金相分析等綜合手段確定不同需求產(chǎn)品的最佳焊接工藝。

圖1 培訓(xùn)前后焊接試塊質(zhì)量

（4）罐體主體焊接大量引入自動焊接與半自動焊接，罐體與封頭環(huán)形組焊，采用自動焊接小車，罐體縱焊縫采用自動拼接單面焊雙面成型，提升焊接質(zhì)量的同時，減少人工焊接由于焊工水平及責(zé)任心差異造成的質(zhì)量波動。

（5）組織焊工專項(xiàng)培訓(xùn)。培訓(xùn)前后焊接試塊質(zhì)量對比如圖1所示。

（6）改進(jìn)隔板為漲型結(jié)構(gòu)（圖2），隔板墊板寬度增長40 mm，隔板墊板邊緣與罐體接焊處增焊鋼筋，使罐體內(nèi)部支撐力更強(qiáng)，支撐面積更大，針對用戶個性化需求，根據(jù)油田車輛野外道路運(yùn)輸現(xiàn)場情況，路況過于顛簸地區(qū)選擇Q345 鋼板作為罐體材質(zhì)，提高罐體性能，避免出現(xiàn)罐體封頭開裂。

（7）整車裝配工藝的研究，確定了合理的裝配U 形螺栓上緊扭力力矩，規(guī)定各道U 形螺栓的裝配順序。

（8）提高罐體試水壓力（原為36 kPa）至100 kPa，提升罐體焊接質(zhì)量的同時相應(yīng)的提高質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，形成了新的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及試壓工裝。

圖2 新型隔板

4 項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)完成情況

（1）通過對罐體各個焊縫組焊形式及成型自動焊接的研究，實(shí)現(xiàn)罐體主體自動焊接完成，形成油水罐車專屬焊接工藝。

（2）形成罐體的最佳弧度過渡連接，形成高強(qiáng)度支撐隔板設(shè)計(jì)及制造工藝。

（3）技術(shù)考核指標(biāo)（經(jīng)河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局檢驗(yàn)）。罐體局部凹坑、凸起量全部控制在1.5 mm 以內(nèi)；罐體縱向中心平面與副梁縱向中心平面，偏移量控制在4.3 mm 以內(nèi)；罐體試水壓力提至100 kPa，罐體無變形。

（4）質(zhì)量考核指標(biāo)。2018年度出廠油水罐車罐體變形數(shù)量為零，無罐體開裂。

5 項(xiàng)目實(shí)施成果

截至2018年12月末，全年生產(chǎn)罐體經(jīng)過無損檢測（抽查20%焊縫），已實(shí)現(xiàn)一次性焊接質(zhì)量合格率98.6%，已實(shí)現(xiàn)罐體局部凹坑、凸起量全部控制在1.5 mm 以內(nèi)；罐體縱向中心平面與副梁縱向中心平面，偏移量全部控制在4.3 mm 以內(nèi)；2015年度出廠油水罐車罐體（46 臺）變形數(shù)量為零；未見罐體開裂問題發(fā)生，今年出產(chǎn)的油水罐車產(chǎn)品暫未見返修發(fā)生，罐體變形和開裂維修成本未發(fā)生。

截止2018年12月，出廠油水罐車罐體均未產(chǎn)生變形；已杜絕罐體開裂問題，用戶反映良好。公司油水罐車產(chǎn)品售后成本降低約30 萬元人民幣。