15 萬(wàn)m3 雙盤浮頂原油罐的焊接技術(shù)

崔鵬宇

陜西化建工程有限責(zé)任公司 陜西楊凌 712100

陜西化建工程有限責(zé)任公司在承建的大連恒力原油倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目中，承擔(dān)了15 萬(wàn)m3原油儲(chǔ)罐的施工工作。該原油儲(chǔ)罐罐體為雙盤浮頂結(jié)構(gòu)，直徑為DN94m,罐壁高度24m，罐壁共計(jì)9 層，總重量約3000t。此項(xiàng)目工期短，任務(wù)重，要求從鋪設(shè)第一張中幅板開(kāi)始至具備上水條件僅為45d。要在短期內(nèi)完成15 萬(wàn)m3的儲(chǔ)罐施工，必須采取24h 連續(xù)作業(yè)，且要采用自動(dòng)化焊接方案。為提高焊接效率，控制焊接質(zhì)量，經(jīng)多次方案討論后，最終選用氣電立焊、自動(dòng)化橫焊、自動(dòng)埋弧焊與手工焊相結(jié)合施工，以確保施工質(zhì)量與工期。儲(chǔ)罐施工采用100t 吊車吊裝，施工安裝采用正裝法。

1 儲(chǔ)罐技術(shù)特點(diǎn)

原油罐浮頂為雙盤結(jié)構(gòu)，主要材料是12MnNiVR(包括 12MnNiVR- SR) 高強(qiáng)度鋼板、低合金鋼板Q345R 和Q235B 碳素鋼。儲(chǔ)罐采用外設(shè)腳手架正裝自動(dòng)焊工藝施工。此設(shè)備直徑大,噸位重，且施工位于海邊,要嚴(yán)格控制雙浮盤的組對(duì)質(zhì)量和焊接變形。包括加固圈、抗風(fēng)圈預(yù)制變形的控制，尤其是底圈熱處理壁板組焊變形的預(yù)防和控制，罐底、浮盤尤其是罐壁焊接變形的預(yù)防和控制。且由于儲(chǔ)罐組裝采用凈料組對(duì)，主體焊接采用自動(dòng)焊焊接，對(duì)下料和組對(duì)質(zhì)量提出了較高的要求。

2 儲(chǔ)罐的焊接工藝及方法

儲(chǔ)罐采用自動(dòng)焊和手工焊接相結(jié)合的工藝方式，其中底板以埋弧自動(dòng)焊為主，儲(chǔ)罐管壁采用氣電立焊。

2.1 自動(dòng)化橫焊

在儲(chǔ)罐焊接過(guò)程中，為了保證質(zhì)量和安全，一般采用自動(dòng)化橫焊技術(shù)。該技術(shù)操作簡(jiǎn)單，焊接合格率高，防風(fēng)效果好，設(shè)備可以進(jìn)行24h 作業(yè)，適合現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)的大型儲(chǔ)罐，同時(shí)具有焊縫成型美觀、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐直徑為94.280m,高度為24m,焊接量大，且在風(fēng)力較大的大連地區(qū)，因此采用自動(dòng)化效率高的埋弧焊。CLM- Ⅱ自動(dòng)化焊接，母材為12MnNIVR材質(zhì)，儲(chǔ)罐厚度12～42mm, 焊接電源選擇DC- 600、DC- 1000。環(huán)縫主要采用自動(dòng)化橫焊。

2.2 氣電立焊焊接縱縫

氣電立焊是由普通熔化極氣體保護(hù)電弧防腐。氣電立焊的能量密度比電渣焊高且更加集中，但焊接技術(shù)基本相同。它利用類似于電渣焊所采用的水冷滑塊擋住熔融的金屬，使之強(qiáng)迫成形，以實(shí)現(xiàn)立向位置的焊接。通常采用外加單一氣體(如CO2)或混合氣體(如Ar+CO2)作保護(hù)氣體。在焊接電弧和熔滴過(guò)渡方面，氣電立焊類似于普通熔化極氣體保護(hù)焊(如CO2焊、MAG 焊)，而在焊縫成形和機(jī)械系統(tǒng)方面又類似于電渣焊。氣電立焊與電渣焊的主要區(qū)別在于，熔化金屬的熱量是電弧熱而不是熔渣的電阻熱。氣電立焊通常用于較厚的低碳鋼和中碳鋼等材料的焊接，也可用于奧氏體不銹鋼和其他金屬合金的焊接。板材厚度在12～80mm 最適宜。如大于80mm 時(shí)，難以獲得充分良好的保護(hù)效果，會(huì)導(dǎo)致焊縫中產(chǎn)生氣孔，熔深不均勻和未焊透。焊接接頭長(zhǎng)度一般無(wú)限制，單層焊是最常用的焊接方法，但也可采用多層焊。本項(xiàng)目中，為了控制焊接速度、焊接質(zhì)量，儲(chǔ)罐的立縫采用自動(dòng)焊。

2.3 主體部位焊接材料與方法

根據(jù)罐體各部位材質(zhì)合理選擇焊接材料，主體部位焊接材料與方法如表1 所示。

表1 焊接材料選用表

3 儲(chǔ)罐的焊接工藝評(píng)定

3.1 評(píng)定要求

油罐施焊前，施工單位應(yīng)根據(jù)NB/ T47014- 2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同材質(zhì)、不同板厚、不同焊接方法、不同焊接材料和不同焊接位置等各種工況分別進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。氣電立焊的焊接工藝評(píng)定亦按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其中氣電立焊熱影響區(qū)沖擊試樣V 型缺口軸線至試樣軸線與熔合線交點(diǎn)的距離取1mm。

3.2 其他要求

評(píng)定除了根據(jù)NB/ T47014- 2011 外，還應(yīng)采用對(duì)接焊縫試件及T 形角焊縫試件。對(duì)接焊縫試件至少應(yīng)包括底圈罐壁的立焊及橫焊位置。T 形接頭角焊縫試件應(yīng)從底圈罐壁與罐底邊緣板組成的角焊縫試件上切取。T 形接頭角焊縫試件的制備和檢驗(yàn)應(yīng)符合GB50128- 2014 附錄A 的規(guī)定。

3.3 對(duì)接焊縫的試件要求

試件應(yīng)作拉伸、橫向彎曲及夏比（V 型缺口）沖擊試驗(yàn)。拉伸、沖擊試驗(yàn)合格指標(biāo)按照表2 的規(guī)定；橫向彎曲試驗(yàn)按NB/ T47014- 2011 的規(guī)定進(jìn)行。

3.4 對(duì)接焊縫的橫向彎曲試驗(yàn)要求

試樣彎曲到規(guī)定的角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有單條長(zhǎng)度大于3 mm 的裂紋或缺陷。試樣的棱角開(kāi)裂一般不計(jì)，但由夾渣或其他焊接缺陷引起的棱角開(kāi)裂長(zhǎng)度應(yīng)計(jì)入。若采用兩片或多片試樣，每片試樣都應(yīng)符合上述要求?？荚囋嚢宓慕宇^形式、焊接方法、焊接位置及焊接材料等，均應(yīng)與施焊的油罐一致。對(duì)于首次施焊12MnNiVR 鋼板的焊工，必須考試合格，才允許進(jìn)行相應(yīng)的焊接工作。

4 儲(chǔ)罐的焊接方法

4.1 焊前預(yù)熱

（1）預(yù)熱方法：液化氣火焰均勻預(yù)熱。

表2 對(duì)接焊縫試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

（2）預(yù)熱部位與溫度：配件組焊時(shí)，點(diǎn)焊、定位焊焊接時(shí)均預(yù)熱≥150℃，預(yù)熱范圍不小于施焊部位周圍100mm。配件與罐壁或補(bǔ)強(qiáng)圈組焊、補(bǔ)強(qiáng)圈與罐壁組焊的點(diǎn)焊、定位焊焊接，預(yù)熱溫度≥150℃，預(yù)熱范圍在焊縫兩側(cè)各不小于100mm 處；對(duì)于拘束度較高的部位（如人孔、接管與罐壁或補(bǔ)強(qiáng)圈組焊、補(bǔ)強(qiáng)圈與罐壁組焊）或焊接環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，應(yīng)當(dāng)在預(yù)熱范圍內(nèi)采用較高預(yù)熱溫度，適當(dāng)擴(kuò)大預(yù)熱范圍，同時(shí)對(duì)預(yù)熱范圍采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?，以減小溫度梯度。

（3）在焊接過(guò)程中要隨時(shí)監(jiān)控預(yù)熱溫度，測(cè)溫點(diǎn)范圍在離焊縫中心70～100mm 處，測(cè)量工具采用測(cè)溫筆或表面溫度計(jì)。

（4）預(yù)熱的焊道在焊接過(guò)程中，層間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度下限。

（5）罐壁橫縫、立縫在焊接過(guò)程中，將液化氣火焰槍綁在自動(dòng)焊焊接機(jī)頭處，在焊機(jī)焊接過(guò)程中邊預(yù)熱邊焊接。

4.2 罐底板焊接

4.2.1 焊接方法

邊緣板間的焊接采用手工電弧焊，罐底中幅板焊接采用CO2氣體保護(hù)焊+ 埋弧碎絲填充焊，龜甲縫焊接采用手工電弧焊封底+ 埋弧碎絲填充焊。

4.2.2 焊接順序

在安裝第一圈壁板之前，首先進(jìn)行邊緣板外側(cè)300mm 焊縫的焊接；罐底中幅板焊接先焊短縫，后焊長(zhǎng)縫，長(zhǎng)縫焊接采取隔道跳焊的方法。如圖1 中幅板鋪設(shè)時(shí)采取相鄰焊縫不等間隙鋪設(shè)，先焊1、3 兩道對(duì)接焊縫；焊接收縮后，對(duì)接焊縫2 的對(duì)接間隙也能滿足4～6mm，既能避免1、3 兩道對(duì)接焊縫焊接完后焊縫2間隙過(guò)大，又可控制焊接變形。中幅板與墊板點(diǎn)焊時(shí)，宜將每張鋼板的相鄰兩邊與墊板點(diǎn)焊定位，另外兩邊自由收縮。當(dāng)大角縫焊接完畢后，再進(jìn)行收縮縫焊接。收縮縫焊接完畢后，進(jìn)行龜甲縫焊接，至此，罐底焊接結(jié)束。

圖1 油罐底板焊接順序圖

4.3 罐壁板焊接

4.3.1 壁板立縫

（1）壁板立縫采用氣電立焊，第1、2、3 節(jié)壁板立縫雙面焊，焊接順序?yàn)橄韧鈧?cè)后內(nèi)側(cè)；其他各節(jié)壁板立縫均為外側(cè)單面焊接。施工現(xiàn)場(chǎng)如圖2 所示。

（2）第1 節(jié)壁板立縫下端300mm 采用手工電弧焊。

（3）第2—8 節(jié)壁板立縫下端50～70mm 左右采用手工焊。

4.3.2 壁板橫縫

（1）壁板橫縫采用埋弧橫縫自動(dòng)焊接工藝，施工現(xiàn)場(chǎng)如圖3 所示；

（2）壁板橫縫在罐內(nèi)側(cè)坡口點(diǎn)焊，點(diǎn)焊長(zhǎng)度在100mm 左右，間距300mm 為宜；

（3）焊接順序?yàn)椋和鈧?cè)焊縫焊完→內(nèi)側(cè)焊縫清根→內(nèi)側(cè)焊接；

（4）內(nèi)側(cè)清根采用磨光機(jī)進(jìn)行；

（5）原則上不采用封底焊，組對(duì)間隙大于3mm時(shí)，采用手工焊封底；

（6）點(diǎn)焊及封底焊在清根時(shí)清除。

圖2 儲(chǔ)罐壁板立焊

圖3 儲(chǔ)罐壁板橫焊

4.4 大角縫焊接

（1）大角縫焊接在第2 節(jié)壁板焊縫全部焊接完后，龜甲縫焊接前進(jìn)行；

（2）點(diǎn)焊長(zhǎng)為100mm 左右，間距為300mm，焊條選用與正式焊接相同的規(guī)格；

（3）大角縫焊接采用手工電弧焊封底，埋弧自動(dòng)焊多道焊；

（4）焊接時(shí)沿罐周均勻留出四處排水口不焊（每處約長(zhǎng)2m）；

（5）焊接順序：先焊接內(nèi)側(cè)焊縫，后焊接外側(cè)焊縫。

4.5 浮頂焊接

浮頂焊接全部采用手工電弧焊，其焊接順序如下：

（1）由浮頂中心向外側(cè)先焊接底板上預(yù)先劃出的位置，將被浮頂隔板、桁架壓住的局部底板焊縫進(jìn)行焊接；焊完真空試漏合格后，安裝隔板、桁架；然后由中心向外側(cè)先對(duì)底板下表面進(jìn)行斷續(xù)焊，再按照每一環(huán)艙桁架→隔板→底板的順序由中心向外側(cè)逐艙焊接。

（2）浮頂頂板鋪設(shè)時(shí)，先焊接船艙內(nèi)頂板與隔板、桁架的斷續(xù)焊縫，再焊接與隔板的連續(xù)焊縫，之后由中心向四周焊接上表面的連續(xù)焊縫，然后焊接支柱套管、人孔等焊縫，最后對(duì)浮頂?shù)装逑卤砻孢M(jìn)行密封焊接。拆除臨時(shí)臺(tái)架后，再補(bǔ)焊臺(tái)架橫梁擋住的焊縫。

（3）浮頂定位焊長(zhǎng)度為10mm，間距為200mm，斷續(xù)焊為50（200）mm。

（4）頂板鋪設(shè)前，艙內(nèi)環(huán)板、隔板、框架和桁架要全部焊接結(jié)束，并通過(guò)焊道檢查。

（5）頂板鋪設(shè)后，開(kāi)船艙人孔，先焊內(nèi)部、后焊外部。

4.6 附件焊接

（1）罐壁外側(cè)的加強(qiáng)圈安裝完畢后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊接，抗風(fēng)圈、盤梯支架邊安裝邊焊接。對(duì)于保溫支撐結(jié)構(gòu)和消防噴淋儲(chǔ)罐的支架，以及自控儀表的配套設(shè)施，待罐體上的梯子、平臺(tái)安裝完畢，具備安裝條件時(shí)，邊安裝邊焊接。

（2）底圈壁板上的攪拌器、罐前閥的吊耳，在攪拌器、罐前閥開(kāi)箱驗(yàn)收后，根據(jù)其結(jié)構(gòu)尺寸確定安裝位置，進(jìn)行安裝焊接。

5 結(jié)論

從施工過(guò)程來(lái)看，采用自動(dòng)埋弧焊、自動(dòng)橫焊、氣電立焊和手工焊相結(jié)合的方法，能夠提高大型儲(chǔ)罐的施工效率，且焊接外觀成型好，探傷一次合格率高，很好地控制了焊接質(zhì)量。由于采用外掛小車焊接，防風(fēng)措施到位，安全措施也有保證。從而很好地解決了工期與安全、質(zhì)量之間的矛盾。因此，在大型儲(chǔ)罐施工中建議采用自動(dòng)橫焊和氣電立焊相結(jié)合的方式，這樣既能保證工期，又能保障施工質(zhì)量，確保了整體的經(jīng)濟(jì)效益。