10000m3立式固定頂儲罐罐壁組裝焊接施工技術

譚小榮 高強

摘要：本文以某工程油罐變形矯正為例，闡述了過程控制的做法和措施，提出了類似工程質量控制的要點。

關鍵詞：固定拱頂儲罐;壁板;焊接變形;控制要點

10000m?儲油罐是國內常見的規格，我單位承接的某油罐為國家戰略儲備油罐，施工質量要求高。罐體組裝焊接在已經建成的混凝土罐室內進行，組裝焊接使用的設備機具受到空間限制。

在罐壁的焊接組裝過程中，出現了部分焊接變形超出規范規定，經多次修補和矯正，最終達到質量控制要求。

1.油罐設計的技術參數

本工程油罐罐體體積10000m?，共七個，編號為1#～7#，固定拱頂結構。設計的壁板由九圈組成，最上層的三圈（7～9圈）壁板厚度為6mm（詳見表1油罐技術參數）。

表1?10000m3油罐技術參數

公稱容積

10000m3

儲存介質

柴油/航空煤油

直徑

28m

儲罐高度

19.56m

工作壓力

常壓

工作溫度

常溫

設計壓力

-500Pa～+2000Pa

設計液位

16.2m

重量

193.617t

板材材質

Q235B/Q345R

罐壁厚度

6mm（第7～9圈）/8mm（第6圈）/10mm（第4圈～5圈）/11mm（第3圈）/12mm（第2圈）/13mm（第1圈）

2.組裝焊接

2.1油罐組裝

儲罐施工采用倒裝工藝進行組裝，倒裝提升裝置采用電動葫蘆。

圖1?油罐結構及提升機構安裝示意圖

圖2?油罐提升示意圖

2.2編制焊接工藝卡

儲罐焊接采用手工電弧焊進行焊接。根據本公司焊接工藝評定報告，編制本工程的焊接工藝卡。

本工程油罐焊接編制焊接工藝卡4份：Q235B，厚度6mm，V型坡口，焊接層次3層;Q235B，厚度8～10mm，V型坡口，焊接層次4層;Q345R，厚度8～10mm，V型坡口，焊接層次4層;Q345R，厚度11～13mm，X型坡口，焊接層次5層。

圖3?焊接工藝卡（表樣）

2.3施工順序

儲罐基礎驗收→罐底組裝（焊口檢驗合格）→固定頂組裝→罐壁組裝（焊口檢驗合格）→附件安裝→充水試驗。

2.4罐壁焊接

2.4.1組裝頂層壁板

按照已排好的壁板順序依次將壁板吊裝就位，一邊圍板，一邊點焊縱焊縫（留出安裝余量的一道縱縫不焊），待其余焊縫全部焊好后，按圍板周長切割余量。

上層壁板除預留部位不焊接，可以提升本圈壁板。

2.4.2提升壁板

提升前，組對環縫，在預留活口縱縫左右各1500mm不焊，等其它環縫焊完后，先焊接立縫，后焊環縫，再拆除工裝。

按照“圖2?油罐提升示意圖”，提升壁板。

提升高度超過下一圈壁板高度30～50mm，停止提升，在下一層板的外側，錯開點焊擋板，使上下壁板環縫對接。

下圈壁板按照“2.4.1”的方法繼續組裝焊接施工。

2.4.3過程要求

為了保證對口間隙均勻一致，在環縫中加墊板，墊板的厚度等于設計要求的對口間隙。

當上下板厚度不相同時，保證罐內壁齊平，其余各層壁板的提升安裝與之相同。

最后一圈壁板安裝時，在底圈壁板安裝線內外點焊擋塊，圍板焊接立縫，立縫焊接完畢，立即提升組裝環縫，然后找正，點焊與底板的角焊縫。

2.4.4檢查檢驗

罐底焊縫、罐壁焊縫、底圈壁板與罐底的T形接頭等三處的焊縫做外觀檢查外，無損檢測隨著組裝焊接過程進行。

縱縫和環縫焊完后應按設計要求對壁板的幾何尺寸進行檢驗。

2.4.5充水試驗

油罐建造所有附件及其他與罐體焊接的構件全部完成后，用潔凈淡水做充水試驗。規范[1]第6.4.4條規定：“充水到設計最高液位后，保持48h后，罐壁無滲漏、無異常變形為合格”。

3.焊接變形

3.1規范允許偏差

根據GB50128-2005【1】第4.4.2-5規定，第2圈至第8圈允許角變形量不大于12mm，第1圈角變形量不得大于10mm。第2圈至第8圈允許罐壁局部凹凸變形量不大于15mm，第1圈罐壁局部凹凸變形量不得大于13mm。

3.2現場實際變形

現場首先施工的是4#罐，在組裝焊接過程中發現的變形部位最多，變形偏差最大。見“圖4?油罐變形位置及檢查標注”。具體如下：

4#油罐壁板局部凹凸度變形過大，部分壁板出現角變形。凹凸部位主要集中在4號罐第8圈與第7圈環縫之間，所有變形共計八處。

第一處：位于罐室右側第6圈與第5圈壁板之間的環縫處，凹凸變形量為19mm。編號001。

第二處：為第8圈和第7圈之間環縫凹陷，凹陷變形量為32mm。編號002。

第三處：為第6圈與第5圈之間環縫對接處，凹陷變形量為28mm。編號003。

第四處：為第5圈與第4圈之間環縫和立縫，微量變形，壁板無明顯弧度，測量變形量為18mm，角變形量為15mm。編號004。

第五處：為第8圈和第7圈環縫對接部分凹陷（第8帶板，凹凸變形量為21mm，編號為005）。編號005。

第六處：為第7圈和第8圈環縫對接處，凹陷變形量為34mm。編號006。

第七處：為第8圈和第7圈環縫對接處，凹陷不明顯，測量變形量為20mm。編號007。

第八處：為第7圈和第6圈環縫對接處，第7圈輕微凹陷，第6圈輕微凸起，測量變形量為17mm，角變形量為17mm。編號008。

圖4?油罐變形位置及檢查標注

4.產生變形原因分析

對設計圖紙、預制鋼板、施工工藝等因素進行分析，認為4#儲罐罐壁局部出現凹凸度超標原因主要有以下三種。

4.1預制鋼板尺寸偏差

變形編號001、004、007、008。由于壁板組裝時，上下圈板尺寸偏差超標，對口不吻合，對口間隙不均勻，焊接時強行對口，焊接應力變形增加。此類情況多位于下圈壁板與上圈壁板組裝焊接中。具體表現為：

①上圈壁板尺寸超差。

②環縫焊接過程中局部變形累積，導致角變形和凹凸度變形。

4.2預制鋼板的材料性能

變形編號002、005、006。此類情況多位于第7圈～第9圈，厚度為6mm壁板焊接過程中。

6mm鋼板在油罐制作中屬于薄板，剛度較差，焊接變形不易控制。

4.3焊接工藝不當

變形編號002、003、005、006，其中編號003位于厚壁板中，出現的較少，一旦出現后，變形較大。

①焊材、焊機的選擇不當。施焊中，焊接電流偏大，焊條使用過大，導致熱影響變形區域增加。

②壁板環縫分段退焊時，焊接人員的焊接速度存在差異，不對稱施焊增加了焊接變形。

5.變形整改措施

針對4#罐出現的八處變形，項目部請教了在核電施工有焊接經驗的專業工程師并請其到現場進行分析指導，同時到甲方同期開工的山東某項目進行調研學習。

制定了如下整改措施。

5.1焊縫周圍凹凸度變形較小的區域

變形編號001、004、007、008。

①對凹凸區域加設剛性護板進行加固處理，防止使用碳弧氣刨和手工電弧焊時對鋼板加熱，產生的熱影響區域擠壓后造成進一步變形。

②采用碳弧氣刨，對向內凹的區域的內側焊縫，用碳弧氣刨刨掉2/3左右。

③刨完后，由于焊縫區域鋼板受熱，利用余熱在此同時可采取手錘敲打擊和使用千斤頂外頂等機械處理方式。

在敲打和頂的過程中加墊板，不能直接敲打母材。

④對以上處理的焊縫進行手工電弧焊補焊。

⑤焊接時要考慮預留好凸出量，用于彌補冷卻收縮量。

5.2變形較大區域處理方法

變形編號002、005、006。

對于整版凹陷、多板凹陷等大面積變形處修正，采取：

①在變形所在位置的橫向焊縫上下各100mm處加設脹圈，脹圈與壁板貼緊。

②對變形處橫向焊縫用碳弧氣刨刨至焊縫1/3處，利用余熱采用機械敲打方式由內向外敲打，在此同時調整脹圈，使焊縫位置產生向外推力。

③對焊縫周圍凹陷壁板，均勻加熱，同時輔助機械敲打和千斤頂均勻頂出，進行矯正處理。處理過程中及時收緊脹圈。

④遠離焊縫0.5m以外的變形壁板如過上述修正辦法不明顯的，另增設脹圈后，按上述程序進行修補和矯正。

5.3焊縫周圍變形

變形編號003。

對于焊縫周圍變形的修補，除采用5.2的辦法外，同時需對焊縫周圍較遠處凹陷壁板進行火焰加熱處理。理論上要求加熱溫度600-700攝氏度之間，待加熱到預定溫度后，采用墊護板手錘敲打等機械方式使變形處壁板回到預定弧度，然后自然冷卻。

實際施工中溫度的控制主要根據施工經驗確定。

5.4矯正修補效果

經過采取以上措施后，變形較大的部位得到控制，基本滿足了質量檢查的要求。但是，經過修補矯正后的罐壁，在冷卻穩定后，應力的傳遞發生不規則的變化，原先無變形的部位，又出現了新的變形。

在后續的罐體施工中，第7～9圈的6mm鋼板的焊接變形基本受控。

6.控制要點

對油罐組裝焊接變形的矯正、修補過程進行總結，認為以下幾個方面是變形控制的要點。

6.1預制卷板過程

預制板時，單塊板兩端300mm左右的弧度控制很重要。現場使用的是三輥卷板機，在卷制過程中將壓頭板墊在被卷制板的底下一起壓頭，來保證兩端300mm左右這段鋼板的弧度。

卷板的過程中，隨時使用樣板進行檢查，直到合格為止。

6.2圍板過程

圍板之前，用樣板復核檢查鋼板各處弧度，防止因為搬運鋼板產生局部變形。如有變形，用榔頭輕輕拍打，進行校正。

6.3組裝焊接過程

①工序不得改變。圍板完成后，先縱焊縫組對和焊接，在縱縫施焊前先用弧板固定縱縫邊緣弧（由于焊接應力影響可能導致縱焊縫角變形）。

②立縫組對完后，在立縫邊緣處點焊脹圈。

圖5?油罐罐壁環縫焊接順序

③環向焊縫除采用縱縫焊接方法外，還應由多名焊工同時進行，分段退焊。由于焊縫的熱收縮作用，致使焊縫位置發生收縮變形，分段退焊可有效減少因焊接產生的波浪變形幅度。

具體焊接順序如“圖5?油罐罐壁環縫焊接順序”所示。焊工操作區域等分可根據焊接距離進行劃分，一般以不超過0.5m為宜。

④焊工焊接順序：沿著小箭頭方向焊接，罐壁板預留伸縮縫，待伸縮縫兩側環向焊縫焊至1.5m處時進行收口焊接（前后共留2道伸縮縫）。

⑤盡可能的避免焊接人員的焊接速度不一致造成的不對稱焊接。

在焊接前由焊工班長負責人員分配，結合人員特點，合理均勻分配電焊工，過程監督降低焊接速度不一致造成的影響。

⑥調整坡口焊接順序。縱縫V型坡口先從罐壁外側進行第一遍焊接，產生一定量向內收縮變形。第二遍焊接從罐內壁進行，焊接完成后產生一定量向外收縮變形。第三遍焊接對外壁焊縫進行蓋面。這樣一來第一遍和第二遍產生的變形量方向是相反的，這樣就能抵消掉一部分變形量。

⑦焊接工藝參數控制。盡可能避免大電流焊接，引起的熔深、熔寬、熱影響區等增大，進而造成收縮量和變形增大。

施焊過程中在保證焊接接頭尺寸和焊縫質量的前提下，盡可能選用較小的焊接電流和較快的焊接速度。

δ=6mm的鋼板采用J427的焊條進行焊接，且第一道焊接電流控制在90A～100A之間，第二道焊接電流控制在110A～120A之間。同時控制焊縫的寬度，縱焊縫在10～12mm之間，環焊縫在9～10mm之間。其它厚度的鋼板焊接參數參照焊接工藝。

⑧在保證清根干凈的情況下，內部清根不能太深（δ=6mm的鋼板采用砂輪機清根，其余鋼板采用碳弧氣刨）。

6.4提升過程

在提升過程中，δ=6mm壁板容易引起變形，為保證在提升過程中不發生變形，需要對δ=6mm壁板采取加強措施。

油罐的第7圈與第6圈壁板處提升過程中，采用不等邊角鋼L100×80×10加工的脹圈，點焊固定（焊接20cm，跳焊50cm）。在壁板外側加脹圈效果要比內側效果明顯。

7.結束語

本文采取的措施存在著一定的局限性，還需要通過不斷的探索、實踐，解決類似油罐施工的技術難點，提高整體的施工水平。

參考文獻：

[1]立式圓筒型鋼制焊接儲罐施工及驗收規范，GB50128-2005.

[2]SHT3530-2001石油化工立式圓筒形鋼制儲罐施工工藝標準.

作者簡介：

譚小榮（1966—）女，湖南永州人，中國核工業華興建設有限公國內事業部安裝分公司，大學本科，研究方向：立式儲罐安裝。

高強（1987—）、男，山東泰安人，中國核工業華興建設有限公國內事業部安裝分公司，大學本科，研究方向：立式儲罐安裝。