10 萬m3 低溫丙烷罐內(nèi)罐組焊施工技術(shù)

肖 然

中石化第四建設(shè)有限公司 天津 300270

丙烷作為一種清潔、高效、環(huán)保的能源產(chǎn)品在我國發(fā)展迅猛，特別是沿海經(jīng)濟開放地區(qū)在相當(dāng)一段時間內(nèi)處于供不應(yīng)求的狀況，需要建造大量存儲丙烷的設(shè)備。丙烷儲存方法主要為地上鋼罐儲存，地上鋼罐儲存又分為常壓低溫儲存和常溫高壓儲存。由于常壓低溫存儲丙烷罐建造成本低，且直接由丙烷生產(chǎn)國采用大型低溫常壓冷凍船運輸，單位物料運費低，故目前國內(nèi)大量建造低溫丙烷罐。以下就中石化第四建設(shè)有限公司承接的國內(nèi)首個大型LPG 接收站工程10 萬m3低溫丙烷罐（- 60℃）為例，介紹全容式低溫丙烷罐內(nèi)罐組焊施工技術(shù)。

1 結(jié)構(gòu)特點

本工程的10 萬m3低溫丙烷罐為全容式儲罐，主要由內(nèi)罐、預(yù)應(yīng)力混凝土外罐、外罐內(nèi)側(cè)底部熱角保護系統(tǒng)（泡沫玻璃磚結(jié)構(gòu)）、內(nèi)外罐之間的保冷系統(tǒng)，以及工藝儀表等附件組成。外罐由混凝土罐底板、預(yù)應(yīng)力混凝土罐壁板和混凝土罐頂組成；內(nèi)罐由內(nèi)罐底板、內(nèi)罐壁板和鋁合金吊頂?shù)冉M成。保冷系統(tǒng)由罐底保冷層、罐壁保冷層和吊頂保冷層等組成，罐底保冷材料采用泡沫玻璃磚，罐壁保冷采用彈性氈和膨脹珍珠巖，吊頂保冷層采用玻璃棉氈；熱角保護系統(tǒng)由高度為5m 的泡沫玻璃磚結(jié)構(gòu)等組成?；炷镣夤迌?nèi)表面設(shè)有16MnDR鋼板襯板，為保冷材料提供保護。在吊頂和內(nèi)罐壁頂部設(shè)有柔性密封系統(tǒng)。

2 內(nèi)罐施工原則

低溫丙烷罐先施工外罐，再采用預(yù)留臨時大門的方法安裝內(nèi)罐。內(nèi)罐體組裝采用罐壁內(nèi)、外掛設(shè)鋼平臺的正裝法施工，用吊車和單軌上的電動葫蘆吊裝壁板。低溫丙烷罐施工質(zhì)量要求高，內(nèi)罐屬完全隱蔽的工程，設(shè)計溫度為- 48℃，長期在低溫狀態(tài)下運行，焊接質(zhì)量要求高，所以內(nèi)罐組焊是儲罐安裝質(zhì)量的核心部分。

3 內(nèi)罐組焊焊接方法

內(nèi)罐組焊施工的關(guān)鍵為內(nèi)罐底板、內(nèi)罐壁板組焊。底板材質(zhì)為國產(chǎn)13MnNi6- 3。罐壁的縱焊縫（立縫）采用焊條電弧焊，內(nèi)罐壁環(huán)焊縫采用埋弧自動焊工藝。

4 焊接材料選用及焊材復(fù)驗

10 萬m3低溫（- 60℃）丙烷儲罐縱縫采用的焊材為E8016- C2，焊條直徑為3.2mm；環(huán)縫埋弧自動焊采用焊絲型號為ENi- 3（OK13.49），直徑為2.4mm，焊劑為焊絲相匹配的OK10.62。為了更好地掌握所采用的焊接材料性能，對焊接材料按規(guī)格進行了熔敷金屬化學(xué)成分、機械性能復(fù)驗。

4.1 熔敷金屬化學(xué)成分復(fù)驗

對用于施工的焊條及埋弧焊絲焊劑分別進行了熔敷金屬化學(xué)成分測定，復(fù)驗結(jié)果符合設(shè)計焊材訂貨技術(shù)條件的要求，結(jié)果如表1 所示。

表1 熔敷金屬的化學(xué)成分復(fù)驗結(jié)果 %

4.2 熔敷金屬機械性能復(fù)驗

對用于施工的焊條和埋弧焊絲焊劑分別進行了熔敷金屬機械性能復(fù)驗，復(fù)驗結(jié)果符合設(shè)計焊材訂貨技術(shù)條件的要求，具體如表2 所示。

表2 熔敷金屬的機械性能復(fù)驗結(jié)果 %

5 焊接工藝評定開發(fā)試驗

本工程根據(jù)設(shè)計要求及現(xiàn)場實際情況共需要開發(fā)9 組焊接工藝評定，執(zhí)行標準為NB/ T47014- 2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》及EN14620《操作溫度介于0℃～- 165℃的立式圓筒型平底低溫液化氣儲罐現(xiàn)場設(shè)計與施工》。主要進行的試驗項目包括射線檢測、滲透檢測、橫向拉伸、縱向彎曲、橫向彎曲、沖擊試驗(- 60°C)、硬度試驗和宏觀金相（角縫）。焊接工藝評定開發(fā)力學(xué)性能試驗結(jié)果見表3。

表3 焊接工藝評定開發(fā)力學(xué)性能試驗結(jié)果

6 內(nèi)罐組焊

6.1 內(nèi)罐底板安裝

內(nèi)罐底板安裝分兩階段進行：第一階段鋪設(shè)邊緣板；第二階段鋪設(shè)中幅板。中幅板部分（罐中間部分）與素混凝土及保冷安裝交叉進行，從臨時大門對面開始，向大門方向分塊施工。詳見圖1 和圖2。

圖1 邊緣板焊接

圖2 邊緣板背面清根

6.1.1 邊緣板鋪設(shè)

(1）在內(nèi)罐底邊緣板部分保冷工作結(jié)束后（包括混凝土環(huán)梁），用吊車進行13MnNi6- 3 邊緣板安裝；

(2）邊緣板安裝前，清除板上雜物，檢查基礎(chǔ)水平及標高；

(3）采用全站儀在混凝土上標識邊緣板接頭位置及邊緣板半徑；

(4）邊緣板半徑應(yīng)比理論值放大30mm，以確保焊縫收縮后能達到規(guī)范要求的半徑值。

6.1.2 邊緣板焊接(1) 底邊緣板焊接選用焊條電弧焊的焊接方法。

(2）罐底邊緣板共計20 道對接焊縫，單面V 型坡口。

(3）邊緣板組對完后，進行焊縫點焊固定。首先焊接邊緣板正面焊縫，然后在反面進行清根；焊道清理干凈后,仰臉焊接邊緣板背面焊道；焊接完成后，測量焊縫的平整度及角變形情況。

(4) 焊接時采用后退起弧法，收弧應(yīng)將弧坑填滿，多層焊的層間接頭應(yīng)錯開30～50mm。

(5) 所有的焊接接頭兩邊都應(yīng)加起弧及收弧板，避免端頭收弧裂紋。

6.1.3 中幅板鋪設(shè)

(1）在中間部分素混凝土和保溫工作完成后，安裝底板中間部分；

(2）安裝前，清除水或施工廢料，檢查基礎(chǔ)水平及標高；

(3）中幅板安裝時確保與罐中心線方向垂直；

(4）采用搭接接頭，焊接方法為先短縫后長縫，采用壓重物的方法防止焊接變形。

6.1.4 中幅板焊接

(1）中幅板焊接時間為罐壁安裝至第四圈時；

(2）焊接采用焊條電弧焊方法；

(3）中幅板所有焊縫必須焊接兩道，焊接時采用分段跳焊的方法施焊；

(4）焊接時焊工沿罐底中心線對稱分布施焊，先焊短縫后焊長縫，由里向外，分段退步焊；

(5） 打底焊道與蓋面焊道焊接接頭應(yīng)至少錯開30mm。

6.2 內(nèi)罐壁板安裝

預(yù)制好的壁板用卡車從臨時大門送入罐內(nèi)安裝；前3 圈內(nèi)罐壁板安裝可用25t 汽車吊，其他圈壁板采用電動葫蘆進行壁板吊裝。

6.2.1 壁板安裝

(1）在邊緣板上標出內(nèi)罐壁板安裝直徑（設(shè)計直徑+21mm）；

(2）標出首圈立焊縫起始點；

(3）在邊緣板上壁板安裝直徑標記處向內(nèi)10mm，點焊導(dǎo)向板，這樣可以在導(dǎo)向板與罐壁間隙插入銷子；

(4）在安裝直徑（設(shè)計直徑+21mm）上安裝第一圈壁板，使用平板夾具將兩相鄰板固定到位，安裝4 塊板時，點焊立焊縫；

（5）使用導(dǎo)向板及壁板間銷子將壁板找圓，檢查垂直度；

（6）第一圈壁板安裝后，立即安裝本圈上的加強筋，有助于保證內(nèi)罐壁的圓度；在內(nèi)壁板安裝過程中，在不影響其他工序作業(yè)的情況下，不得拆除臨時支撐。6.2.2 罐壁立縫焊接

（1）在焊接前進行罐壁板組裝幾何尺寸檢查，合格后開始立焊縫焊接作業(yè)；

（2）焊接前應(yīng)利用工裝卡具調(diào)整好反變形，具體變形參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場焊接的第一道實驗焊口確定；

（3） 焊前徹底清除焊縫坡口表面及坡口兩側(cè)20mm 范圍內(nèi)的油、銹、泥等污物；

（4）焊接時先焊外側(cè)，后焊內(nèi)側(cè)；外側(cè)焊接完畢后，從罐壁內(nèi)側(cè)采用砂輪機清根，清根必須有質(zhì)量檢查人員檢查，焊縫內(nèi)不得有夾渣、氣孔、未融合等缺陷，并經(jīng)PT 檢測合格后方可進行罐壁內(nèi)側(cè)焊接；

（5）焊接方向自下而上進行，多層多道焊，焊接工藝參數(shù)嚴格執(zhí)行焊接工藝卡；

（6）收弧處采用砂輪機打磨，避免弧坑裂紋殘留在焊縫中，砂輪片應(yīng)為不銹鋼專用砂輪片；

（7）每道焊縫頂端均應(yīng)增加收弧板，避免端頭收弧裂紋。

6.2.3 內(nèi)罐罐壁環(huán)縫焊接

（1）環(huán)縫焊接時先焊外側(cè)再焊內(nèi)側(cè)；每條環(huán)縫采用多臺埋弧自動焊機沿圓周均勻分布，并沿同一方向施焊，同一部位焊縫由一臺焊機焊接；

（2）環(huán)縫焊接前，環(huán)縫所在位置的罐壁立縫必須焊接完畢，并且各項幾何尺寸檢查合格；

（3）焊前將坡口及坡口邊緣20mm 范圍內(nèi)的泥沙、鐵銹、水分及油污等清除干凈；

（4）每層焊道引弧后，要檢查焊絲落點是否正確，并立即檢查焊道成型情況以調(diào)整焊接工藝參數(shù)及焊槍角度位置，調(diào)整中盡量避免改動事前確定的電流、電壓，通過焊接速度和對準位置來進行調(diào)整；

（5）在焊接過程中嚴格執(zhí)行焊接工藝卡中的工藝參數(shù)，質(zhì)檢員加強對焊接工藝參數(shù)的測量，檢測焊接過程中的電流、電壓和焊接速度。

內(nèi)罐環(huán)縫焊接施工圖見圖3。

6.2.4 大角焊縫組對與焊接

(1) 在4 圈壁板安裝后，將壁板與邊緣底板找正并組裝；在大角縫開始焊接前，在內(nèi)壁板與邊緣板間焊接臨時支撐，防止大角縫焊接時邊緣板上翹變形；

(2) 壁板與邊緣板之間的T 型接頭角焊縫，宜在第一圈環(huán)縫焊接完畢后施焊，并且應(yīng)先焊接內(nèi)側(cè)底層，并填充1～2 層；再從外側(cè)清根，焊接外側(cè)1～2 兩層焊道；剩余焊道應(yīng)內(nèi)外對稱焊接；

(3) 焊工應(yīng)均勻分布，沿同一方向分段退焊或跳焊；

(4) 大角縫進行100%PT 和真空試漏檢驗。

6.3 內(nèi)罐加強圈

(1) 平臺布置應(yīng)便于加強圈安裝及焊接；

(2) 在壁板安裝過程中安裝加強圈，在環(huán)焊縫（橫縫）完成后將加強圈與壁板連接；

(3) 在安裝前進行內(nèi)罐壁頂加強圈預(yù)組裝，在內(nèi)壁板完成后進行加強圈安裝及焊接；

(4) 焊接參數(shù)控制按照焊接工藝指導(dǎo)書（WPS）確定。

6.4 臨時大門處內(nèi)罐壁板安裝

(1) 在第一圈壁板安裝時，必須設(shè)置臨時大門板，在大門周圍提供加強框架（進行門區(qū)加強）；

(2) 臨時大門處的臨時壁板在第一圈及第二圈壁板間的環(huán)焊縫焊接后拆除；

(3) 罐壁板及罐內(nèi)的安裝工作全部結(jié)束后，封閉罐壁臨時大門；

(4) 在臨時大門用正式壁板封閉前，應(yīng)完成整個內(nèi)罐底真空試漏檢驗，清除罐內(nèi)所有無用材料并徹底打掃罐底；

(5) 安裝臨時大門處內(nèi)罐壁板，正式壁板的立縫焊接完及無損檢測合格后，進行環(huán)縫點焊和焊接、無損檢測；

(6) 最后進行封閉大門處罐底板與壁板間大角縫的焊接，并進行100%PT 及真空試漏。

7 焊縫檢查

7.1 焊縫外觀檢查

(1) 所有的焊縫焊接完成后均應(yīng)100%進行自檢，焊縫表面不允許有氣孔、夾渣、未融合、咬邊、焊瘤、凹坑等缺陷，如有及時打磨補焊，并須經(jīng)質(zhì)檢人員檢查確認合格后進行委托無損檢測；

(2) 立縫100%目測檢查，咬邊深度不得超過0.4mm，連續(xù)咬邊長度不得大于100mm；

(3) 環(huán)縫100%目測檢查，咬邊深度不得超過0.8mm，連續(xù)咬邊長度不得大于100mm；

(4) 焊縫焊接完成經(jīng)自檢合格后，對焊道表面進行打磨處理，母材厚度小于13mm 打磨后余高不超過1.6mm，母材厚度13～25mm 打磨后余高不超過2.4mm。

7.2 焊縫內(nèi)部檢測

內(nèi)罐所有縱向焊縫及環(huán)焊縫、邊緣板對接焊縫應(yīng)進行100%射線，驗收標準執(zhí)行NB/ T47013.2《承壓設(shè)備無損檢測 第2 部分：射線檢測》II 級合格，技術(shù)等級不得低于AB 級。所有中幅板及邊緣板焊縫應(yīng)進行100%真空箱檢查，真空度不得低于53kPa。

8 結(jié)論

本工程項目順利完成了低溫丙烷內(nèi)罐組焊工作，共計安裝邊緣板、內(nèi)罐罐壁主體和罐壁加強圈1118.30t，焊接焊縫累計3683.7m。射線檢測共計拍片9601 張，焊接一次合格率為99.40%。磁粉檢測共計1870m，合格率為100%。最終，從施工工期、施工質(zhì)量上保證了低溫丙烷罐安裝的順利實施。