立式圓筒形焊接油罐底板焊接變形分析

鮑善彩，南航空，張秀靜

中國石化管道儲運分公司魯寧輸油處，山東 鄒城 273500

立式圓筒形鋼制焊接油罐是存儲液態石油及化工產品的重要設備。罐底板因其承受的載荷復雜，且易受內部介質和外部環境的腐蝕，所以罐底板在整個油罐中是極為關鍵的部件。如何保持罐底板的完好，對于整個油罐的安全運行意義重大。油罐底板上承罐壁，下壓基礎，雨水沖刷，含油污水浸泡，工作環境惡劣，是整個罐體上所有部件中最容易損壞的地方，油罐相當一部分缺陷都出現在罐底上。罐底出事故，輕則滲漏油，重則底板大面積撕裂，成千上萬方油品外泄,而且檢修起來也難度最大，檢修成本也高。因此，探索科學成熟可靠的罐底檢修技術在工程實踐中具有重要意義。本文結合多年的油罐大修實踐，認為要搞好罐底檢修，應重點把握如下幾個環節。

1 罐底檢測

罐底檢測數據是罐底檢修的重要依據。通過檢測掌握罐底的幾何變形和腐蝕狀況，為制定檢修方案提供可靠依據。中幅板有時表面看起來腐蝕變形嚴重，其實可能仍在規范允許的范圍之內，而邊緣板表面有時看起來還不錯，可實際幾何變形和腐蝕已經超過了規范的要求，只有通過檢測才能作出正確的判斷。

1.1 幾何形體檢測

由于施工誤差及基礎不均勻沉降，實際的幾何形狀與理論上的幾何形狀相差甚遠，有的正圓錐形變成了鍋底，底板凹凸不平，有的不均勻沉降量多達幾百甚至上千毫米。通過罐底檢測可以對變形作出定量分析。

1.2 腐蝕檢測

罐底板的腐蝕檢測常用的有超聲波厚度檢測和漏磁檢測。超聲波厚度檢測數據比較準確，但取點的隨機性大，檢測覆蓋率低，底板下表面腐蝕不容易檢測到，只能大概反映整體腐蝕情況。漏磁檢測技術檢測覆蓋率高，檢測準確率易受外部因素影響，地板下表面腐蝕容易被檢測出來。最好的辦法是二者結合起來進行檢測，這樣可以大大提高檢測準確性，同時，地板下表面的腐蝕坑也不容易漏掉。大修油罐往往建罐時間較久遠，施工驗收標準不同，老標準可能符合要求，但新標準超標。針對這種情況往往有兩種處理方式，一種是整治達到新標準的要求，另一種是根據SY/T5921 第10.2.1條的規定，罐體的幾何形狀和尺寸偏差可在滿足油罐安全運行要求的條件下，經與設計和建設單位共同分析評估，根據實際情況作適當的調整。分析評估時，檢測數據就是一個重要的依據。

2 罐底技術評定

評定應嚴格按照有關標準進行。但大修中經常會遇到這樣那樣的問題，超出了規范的范圍，或規范中有規定但無明確規定，如SY/T5921-2000《立式圓筒形鋼制焊接油罐修理規程》5.3.1罐底板評定e）當罐壁板根部沿圓周方向存在帶狀嚴重腐蝕時，應考慮切除嚴重腐蝕部分并更換邊緣板。這只是一個定性的規定，在施工中往往要定量，就要經過專家評定。對邊緣板的變形和腐蝕情況在必要時還應進行力學分析。

3 制定合理的檢修方案

罐底的幾何變形，應分析造成此變形的原因，采取不同的處理措施。如果是由于罐基礎的不均勻沉降引起的，就要對罐基礎進行整治。如果不是，那么一般來說就是由罐底板原始施工造成的。可根據不同情況制定罐底整修方案。對罐底（包括底圈罐壁，因為二者底部互相連接）一般有以下幾種情況值得注意。

3.1 邊緣板

1）一般情況下盡可能不更換邊緣板；

2）非更換不可時盡量少換；

3）大部腐蝕嚴重超標時才全部更換。

邊緣板更換技術難度大，施工質量不易保證，由受力分析可知此處不僅受環向應力而且還受彎曲應力，大角焊縫局部還存在較大的焊接應力。

3.2 中幅板

一般情況下距離罐壁較遠，受大角焊縫彎曲應力的影響極小或沒有，因此可以說不受力，只要最小厚度符合規范要求可不處理。主要應控制不得有滲漏，凹凸變形要小，以減小局部積水，減輕腐蝕。

4 罐底板變形控制措施

罐底凹凸變形的控制一直是罐底板施工中的一個大問題。對新建罐如此，對大修罐更是這樣。與新建罐的不同在于變形的主因已不再是基礎的不均勻沉降。大修罐一般都已運行一個大修期5年～7年以上，沉降多已完成。因此主要是如何控制施工變形是主要的，施工順序和所采取的措施。這就要了解變形產生的原因和規律。

罐壁與底板之間由雙面角焊縫連接，角焊縫的焊角尺寸也較大，焊后產生較大的收縮力，很容易使罐底產生失穩變形，使之離開基礎向上面拱起，有時高達幾百毫米。罐底周邊大角焊縫的周向收縮也是罐底板產生凹凸變形的重要原因之一。

大修罐底板的焊接是在有約束的狀態下施工，對工藝和變形都有影響。焊接順序為先焊短焊縫后焊長焊縫，用定位板固定中幅板通長焊縫，為減小焊接應力集中，封底焊應隔一道焊一道。焊接順序由罐中心向四周均勻對稱的進行。中幅板通長縫組焊焊接順序由罐中心向四周采用分段退焊法。

罐底大角焊縫組焊，應在第一圈壁板環縫組對完后再焊，并由多名焊工對稱進行分段焊，先焊內側底層，再將外側焊完，最后再將內側焊完。

龜甲縫采用多段逆向大幅度跳焊法，每名焊工所焊的一段，又細劃分為若干小段，每一段約為一根焊條的長度，采用逆向分段完成。這種施焊法集中了分段退焊法和跳焊法的優點，可使焊接熱作用更加分散和使底板受熱均勻，從而減小焊接變形。

5 罐體與周邊工藝和消防管網的連接的約束與調整

更換罐底邊緣板后，有時對基礎也進行了整修，這時管線的標高與罐體的標高不同了，必須對管網或罐體的高進行調整以防止連接處局部受力過大。通常是罐體降低了時適當加高罐基礎，或降低罐前閥閥墩。

6 效果檢查

焊接變形的控制效果要通過檢測來實現。首先按照現有規范要求，檢查、檢測焊接質量是否合格。其次對罐底凹凸度、罐壁垂直度和水平變形情況進行檢測，檢測結果應符合規范要求，老罐的檢修應在消除缺陷的基礎上使變形比修理前有進一步改善。

7 結論

1）罐底板變形控制對整個個儲油罐的施工質量和安全運行意義重大；

2）變形控制應在全面檢測的基礎上制定科學合理的控制方案；

3）新建罐與大修罐的變形控制在實際操作中有明顯的差別。對于大修罐的變形控制應采取更審慎和科學的辦法，具體問題具體分析；

4）確定合理的焊接工藝是控制變形的關鍵，因此應不斷總結不斷優化，使底板變形控制達到最佳效果。

[1]潘家華編著.圓柱形金屬油罐設計.石油工業出版社[M].