控制大型儲罐雙盤浮頂組焊平整度的創新

韓志勇 中國石化集團南京工程有限公司 江蘇南京 210046

控制大型儲罐雙盤浮頂組焊平整度的創新

韓志勇 中國石化集團南京工程有限公司 江蘇南京 210046

儲罐 雙盤浮頂 焊接10萬m3

隨著國家石油儲備戰略的實施，大型10萬m3原油儲罐建設逐步增多。2004～2005年在鎮海國家石油戰略儲備基地建設中，南京工程公司（原二建公司）承建了24臺10萬m3雙盤浮頂原油儲罐。此次設計的單臺雙盤式浮頂總重約400t，由浮頂底板、桁架、浮頂頂板組成，浮頂上表面呈“W”形結構，整個浮頂被環艙隔艙板和徑向隔艙板分隔成6圈環艙73個獨立單艙，環艙板間距約為7m。浮頂頂板和浮頂底板設計厚度均為4.5mm，桁架是采用∠70×45×5的角鋼拼裝而成，桁架的周向間距為1.5m左右。按設計要求，浮頂底板和頂板的凹凸變形均需控制在10mm之內（采用1m直尺檢查）。

1 雙盤浮頂施工的特點和難點

10 萬m3儲罐的雙盤浮頂平整度是施工水平高低的標志，干好浮頂儲罐，控制好浮頂平整度，具有重要意義。雙盤浮頂施工具有以下特點和難點：

（1）10萬m3儲罐雙盤浮頂直徑達80m，環向隔艙板間距為7m左右，桁架周向間距為1.5m左右，而浮頂底板和浮頂頂板的板厚設計僅為4.5mm。在加固支撐較少，面積龐大的整體焊接中保證薄板的焊接凹凸變形小于10mm（1m直尺樣板檢查），是施工技術重點和難點。

（2）雙盤浮頂焊接整體面積大，焊接引起的收縮變形將難以釋放，易導致浮頂因焊接收縮產生較大的波浪變形。

（3）浮頂板很薄，厚度僅為4.5mm的雙盤浮頂板，單純的焊接方法很容易使鋼板產生波浪變形。

（4）浮頂加固支撐稀少，浮頂的支撐骨架主要為桁架及隔艙板，但桁架間距及環向隔艙板間距僅滿足了浮頂強度的需要，并未完全考慮浮頂施工后的焊接變形。

（5）浮頂的焊接量較大，浮頂底板焊接要求為仰面隔200mm焊100mm的斷續焊，正面要求為滿焊，且設計要求與油介質接觸面的正面密封焊縫要求焊2遍。

（6）當時國內大型雙盤浮頂施工的經驗也很少，缺乏相應成熟的施工經驗和技術資料，也還存在很多需要改進之處。

2 控制雙盤浮頂平整度的工藝創新

針對10萬m3儲罐雙盤浮頂施工的特點和難點，公司將雙盤浮頂平整度控制作為技術攻關項目，成立了QC小組，著重解決如何控制雙盤浮頂平整度這一技術難關。經過小組的兩次PDCA循環等質量活動，探索出一條控制雙盤浮頂平整度的工藝創新之路。

2.1 控制好桁架及隔艙板的剛性固定，防止焊接自身波浪變形

為控制好采用桁架及隔艙板的剛性固定，盡量減少浮頂板焊接時的收縮變形，以及充分利用稀少的桁架及隔艙板作為加固支撐控制焊接過程中的自身波浪變形就成為關鍵。

QC小組根據規范標準、結合施工實際，研究決定：采用浮頂底板與桁架同時組裝焊接的辦法，待浮頂底板和桁架施工完后，再逐張鋪設浮頂頂板。即施工完浮頂桁架后，充分利用桁架及隔艙板將整個浮頂分隔成無數個小型區域，并利用桁架及隔艙板作為小型區域的四周剛性固定體，最后在各個小型區域內單獨焊接浮頂底板。

2.1.1 初定施工流程

初步制定的浮頂施工流程為：由內向外分為中心艙、第一艙、第二艙至第六艙；搭設浮頂臨時臺架→鋪設浮頂底板→組裝第一圈桁架及隔艙板→組裝第二圈桁架及隔艙板→焊接第一圈桁架及隔艙板→組裝第三圈桁架及隔艙板→焊接第二圈桁架及隔艙板→……→組裝第五圈桁架及隔艙板→焊接第四圈桁架及隔艙板→組裝第六圈桁架及隔艙板→焊接第六圈桁架及隔艙板→最后焊接第五圈桁架及隔艙板。

2.1.2 實施預案

針對可能出現的徑向上的凹凸變形，制定了相應預案。

（1）桁架預制的變形易導致組裝應力的產生。為了克服桁架預制時因焊接產生的彎曲變形，制作專門的桁架焊接反變形胎具，桁架預制焊接前固定在反變形胎具上進行焊接，確保桁架焊接后的直線度。

（2）原材料的拋丸防腐方式是單面拋丸，單面刷漆，易受熱起拱變形。為此要求更改拋丸方式，改單噴單防為雙噴單防，另一面則在現場安裝后進行防腐，以保證浮頂板防腐后的平整度。

（3）采用手工電弧焊，焊接變形相對較大。為此頂板焊接采用焊接變形較小的氣體保護焊焊接工藝，嚴格控制熱輸入量；考慮到浮頂底板是接觸油的密封焊縫，且焊接時外界環境差，易產生缺陷，底板的焊接仍采用不易產生缺陷的電弧焊焊接，在焊接時嚴格控制熱輸入量。

（4）局部焊縫較寬，焊接后的熱膨脹區域大易導致變形。為此控制焊縫寬度，規定焊縫焊接后的最大值，要求在保證焊接質量的前提下盡量將焊縫焊窄，安排專人跟蹤檢查監督。

（5）為了杜絕焊接人員不均布、不同步，焊接流程不統一，前后倒置現象的發生,詳細編制焊接流程，進行專項技術交底，使焊工明確焊接工藝流程，了解各部位焊接的先后順序，注重焊接速度的控制，安排專人統一協調，關注焊工的動向。

（6）背杠使用方法不能隨浮頂板變形樣式變化，不能將凹凸變形處充分延展。為此安排專人在現場進行講解，技術交底，使施工人員領悟背杠的作用，達到真正會使用背杠進行浮頂板的找平的目的。

2.1.3 實際施工中的調整

按照確定的方案，對首先施工的T30、36罐進行了浮頂的安裝，經檢測，浮頂頂板測量257點，合格254點，合格率為98.8%。浮頂底板測量515點，合格515點，合格率93.8%符合規范要求，其中第三—六環艙測量425點，合格率98.6%；但浮頂中心部位的一、二環艙艙底板測量124點，合格率86.8%，說明底板仍有變形，不夠平整，有待改進。

通過第一次PDCA循環，將浮頂底板分成若干個小型區域，并利用桁架及隔艙板作為四周剛性構件拘束體進行組焊，以及將浮頂頂板逐張鋪設的的施工方案基本是正確的。浮艙底板及頂板的平整度都得到了很好的控制，達到了預期的效果。

2.2 解決好浮頂艙底板的平整度

2.2.1 影響浮頂艙底板平整度的主要因素

為了糾正和提高浮頂艙底板的平整度，QC小組進行了第二次PDCA循環。經過QC小組成員對浮頂底板的平整度變形原因等進行綜合分析，主要因素如下：

（1）浮頂的組焊流程還存在問題，外圍環艙在焊接過程中會向內收縮，從而引起內部環艙的相互擠壓，變形釋放不出去，這是導致浮頂底板變形最根本的原因。

（2）浮頂施工工藝不熟練，施工進度較慢，整個浮頂尤其是浮頂底板部位，經過長期的擺放，經受的熱脹冷縮變形幾率大大增多，內應力的相互疊加也是造成浮頂底板變形的一個因素。

（3）浮頂中心部位（一環艙）存在一個直徑2.4m的中心筒，由于設計僅在中心筒內部上下方各設置了兩根12×100× 2400mm的扁鐵，對中心筒的剛性加固并未起到太大作用，焊接殘余應力使中心部位變形十分嚴重。

2.2.2 解決好浮頂艙底板平整度的措施

為解決底版平整度問題，QC小組制定了相應措施：

（1）重新制定浮頂施工工藝流程，改浮頂從中心向四周擴散安裝為從中部向內外延伸安裝，即從原先的中心一艙開始施工改為從中部的三艙開始施工，施工順序為：三艙→四艙→五艙→六艙→二艙→一艙。外艙施工時，保證一二艙內的浮頂底板先不點焊，使其變形可以自由釋放。同時，三四五六艙的拘束度更保證了一、二艙的平整度。

（2）按照新的工藝流程并結合以往的總結經驗重新進行技術交底，使每名工人及管理者熟悉工藝流程，更好的保證施工順利。

（3）對浮頂施工人數進行合理配置，確保一定的勞動力，保證浮頂順利施工。

（4）預制時，對中心筒重新進行加固，保證中心筒的強度，防止焊接時的收縮變形帶動底板變形。

3 實際效果

經過改進后的施工方案在T29罐上實施，經過45d的浮頂施工，在浮頂的最終測量中，整個浮頂底板共抽查509點，僅在最先施工完的第三艙內發現了3處不合格點，其它發現了2處不合格點，合格率達到了98.2%，較好地完成了預先制定的目標。

經過兩次PDCA循環，圓滿完成了雙盤浮頂平整度控制攻關任務，在后續浮頂的施工中，各浮頂均表現出較高的平整度合格率，整體合格率達到了98.5%以上。通過鎮海國家石油儲備基地24臺10萬m3雙盤浮頂原油儲罐的施工，總結了一套完整的大型雙盤浮頂油罐雙盤浮頂施工工藝，填補了公司大型雙盤浮頂施工工藝的空白，為后續工程的施工提供了寶貴經驗，同時由于工藝的不斷優化，單臺罐浮頂施工工期保持在45d左右，加快了工程進度，取得了良好的經濟社會效益。

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