康躍興
中國(guó)石油天然氣第六建設(shè)公司 廣西桂林 541004
10萬(wàn)方大型原油儲(chǔ)罐壁板坡口型式與自動(dòng)焊焊接方法的探討
康躍興
中國(guó)石油天然氣第六建設(shè)公司 廣西桂林 541004
以欽州中石油國(guó)際儲(chǔ)備庫(kù)項(xiàng)目(一期工程)420庫(kù)區(qū)項(xiàng)目為例(包括42臺(tái)10萬(wàn)m3雙盤(pán)浮頂原油儲(chǔ)罐),對(duì)大型原油儲(chǔ)罐壁板的坡口型式與自動(dòng)焊焊接方法進(jìn)行探討。
大型原油儲(chǔ)罐 壁板 坡口型式 自動(dòng)焊焊接
欽州中石油國(guó)家儲(chǔ)備庫(kù)項(xiàng)目(一期工程)420庫(kù)區(qū)項(xiàng)目42臺(tái)10萬(wàn)m3雙盤(pán)浮頂原油儲(chǔ)罐及其它配套設(shè)施的建設(shè),主要工作量為42臺(tái)儲(chǔ)罐的焊接和安裝,包括18臺(tái)輕質(zhì)原油儲(chǔ)罐和24臺(tái)重質(zhì)原油儲(chǔ)罐(罐內(nèi)有加熱器),其中罐主體的壁板的焊接是項(xiàng)目施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。該項(xiàng)目具有工程量大、工期緊、施工資源投入大、區(qū)域面積廣、交叉作業(yè)面多、施工現(xiàn)場(chǎng)管理難度大等特點(diǎn),其中罐壁板的焊接主要采用自動(dòng)化程度較高的自動(dòng)焊,焊接方法多,焊接質(zhì)量要求極高。作為國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備庫(kù)特大型EPC項(xiàng)目,在施工工期較緊的情況下怎樣加快施工進(jìn)度,選擇最優(yōu)化的自動(dòng)焊焊接方法,從而節(jié)約施工成本成為項(xiàng)目面臨的重點(diǎn)和難點(diǎn),受到集團(tuán)和公司的高度重視。
罐主體第1~6圈材質(zhì)為高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板(12MnNiVR),厚度δ=32~12mm不等;第7圈材質(zhì)為Q345R合金鋼板,厚度δ=12mm;第 8至第9圈材質(zhì)為Q235-B碳鋼板,厚度δ=12mm。為了保證開(kāi)孔板焊接質(zhì)量第1圈罐壁板高強(qiáng)鋼采用了工廠化集中預(yù)制、集中熱處理的方式進(jìn)行。單臺(tái)罐罐壁板參數(shù)如表1所示:
鋼材的焊接性分析以化學(xué)成分分析和力學(xué)性能分析為例,這兩方面是影響高強(qiáng)鋼板材質(zhì)焊接性能的主要因素。
表1 單臺(tái)罐罐壁板參數(shù)
表2 化學(xué)成分(以12MnNiVR 22mm鋼板為例 0.001%)
表3 力學(xué)性能分析
根據(jù)上述各參數(shù)可看出,12MnNiVR高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼材延伸率較高,鋼材-20℃沖擊試驗(yàn)韌性高,且數(shù)值穩(wěn)定。雖然熱輸入量高,但焊接性能還是好的,然而焊接材料的選擇是關(guān)鍵,再加以選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒?,可保證焊縫金屬的力學(xué)性能指標(biāo),使之應(yīng)高于或者等同于相應(yīng)母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限。
罐主體的焊接為了更好地適應(yīng)壁板縱縫的氣電立焊(EGW)以及壁板環(huán)縫的埋弧焊(SAW)焊接方法,使項(xiàng)目的各種資源投入做到最優(yōu)化、施工成本降到最低,按照設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范的要求,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備資源、人力資源等條件、各班組的施工方法和設(shè)備等實(shí)際情況,我EPC項(xiàng)目部多次召開(kāi)罐壁板坡口型式專(zhuān)題討論會(huì),對(duì)每一種板厚采用X型坡口或V型坡口、坡口是否有鈍邊及鈍邊大小,坡口大小及開(kāi)口方向、坡口角度等參數(shù)都做了詳細(xì)的、具體的分析和研究,對(duì)坡口的角度大小和鈍邊厚度做了詳細(xì)的計(jì)算,大小坡口的角度誤差精確到±2.5°。這樣在坡口預(yù)制加工的時(shí)候就有了充分的依據(jù)和更高的要求。有了高質(zhì)量、高精確度的坡口,就更有利地保證了現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)焊焊接質(zhì)量。
根據(jù)自動(dòng)焊焊槍與罐壁坡口的接觸角度,鈍邊厚度最終確定為2mm為宜,坡口間隙統(tǒng)一定為5mm為宜。最終確定了最適合現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)焊焊接的坡口型式圖,更好地適應(yīng)了現(xiàn)場(chǎng)的焊接要求,有力地推動(dòng)了項(xiàng)目的順利開(kāi)展,大大降低了施工成本。
罐壁板盡管采用氣電立焊和埋弧橫焊不同的自動(dòng)焊焊接方法,但丁字縫以及其它少許部位再加以手工電弧焊焊接或修補(bǔ),可有效確保焊接質(zhì)量。
焊材選用根據(jù)母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、使用條件和施焊條件為依據(jù)考慮。滿足母材本身的強(qiáng)度要求及力學(xué)性能是高強(qiáng)度鋼板焊材選用的關(guān)鍵,本項(xiàng)目選用了國(guó)產(chǎn)焊材(見(jiàn)表4、表5)。
表4 環(huán)縫橫焊
表5 縱縫氣電立焊
(1)焊材應(yīng)具有出廠合格證和質(zhì)量證明書(shū)。焊絲符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12470-2003、JIS Z3319, 焊 劑 符 合 標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 12470-2003;
(2)焊材外包裝符合規(guī)范要求,焊材具有生產(chǎn)日期、生產(chǎn)批號(hào)、型號(hào)規(guī)格、生產(chǎn)廠家等信息,焊材具有內(nèi)外包裝;
(3)焊材儲(chǔ)存、保管符合JB/T3223《焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程》及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定;
(4)焊絲不得有生銹現(xiàn)象,焊劑顆粒度與材質(zhì)證保持一致。
國(guó)內(nèi)為了滿足施工安全的需要,均采用搭設(shè)腳手架進(jìn)行施工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工安裝方法的不同,采用外掛式(罐外壁掛三角架正裝法)還是內(nèi)掛式(罐內(nèi)壁掛三角架正裝法),將直接影響到施工進(jìn)度和施工成本。若采用外掛式則小坡口在罐壁外側(cè),焊縫的清根也在罐壁外側(cè),這樣可以充分利用罐外圍搭設(shè)的腳手架進(jìn)行焊縫的清根工作,而無(wú)需為了清根在罐內(nèi)側(cè)搭設(shè)腳手架。若采用內(nèi)掛式則小坡口在罐壁內(nèi)側(cè),焊縫的清根必須在罐壁內(nèi)側(cè)完成,這樣就必須在罐內(nèi)側(cè)周?chē)鸀榱送瓿汕甯ぷ鞫钤O(shè)腳手架,而罐壁外側(cè)的腳手架沒(méi)有得到充分的利用,結(jié)果將是既影響進(jìn)度,又增加更多的人力、物力,更增加較多的腳手架費(fèi)用和人工費(fèi)等。最終項(xiàng)目充分利用了罐壁外圍的腳手架,合理地采用了外掛式安裝方法,見(jiàn)圖1。
圖1 罐第一、二帶壁板環(huán)縫外掛式、內(nèi)掛式坡口型式圖(32mm與28mm)
壁板縱縫焊材采用日本進(jìn)口焊絲DWS-60G,縱縫壁板的坡口型式、坡口角度、間隙等參數(shù)直接關(guān)系到氣電立焊的焊接質(zhì)量,所以,正確選擇坡口型式和坡口角度等各項(xiàng)參數(shù)是關(guān)鍵。
(1)參加施焊的焊工必須按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的有關(guān)規(guī)定,取得相應(yīng)合格資質(zhì)項(xiàng)目,并按照本項(xiàng)目焊工上崗考試管理規(guī)定考核合格方可允許進(jìn)場(chǎng)施焊作業(yè);
(2)焊工能熟練掌握本人使用的焊接方法,焊接作業(yè)必須符合本項(xiàng)目業(yè)主、監(jiān)理的管理文件要求,只能在合格項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的評(píng)定范圍內(nèi)作業(yè),不得超越其范圍作業(yè);
(3)焊工須有經(jīng)驗(yàn)并懂得分析焊接缺陷、焊接應(yīng)力的危害與預(yù)防等。還要熟悉焊接工藝方案,焊接工藝指導(dǎo)書(shū)等指導(dǎo)性文件,掌握鋼板的材質(zhì)和采用的焊接工藝,如坡口型式、焊材選用、焊接電流、運(yùn)行速度等。
欽州中石油國(guó)際儲(chǔ)備庫(kù)(一期工程)42臺(tái)10萬(wàn)m3原油儲(chǔ)罐高強(qiáng)鋼板的焊接,經(jīng)過(guò)精心的準(zhǔn)備和策劃,尤其是對(duì)壁板預(yù)制時(shí)坡口型式的選擇和焊接方法的合理結(jié)合,合理的焊接工藝,符合母材成分及性能要求的焊接材料,具備相應(yīng)資質(zhì)的焊工,以及充足的設(shè)備資源等條件,高質(zhì)量地完成了儲(chǔ)罐主體的焊接工作,并最大程度降低施工成本,滿足施工進(jìn)度的要求,高效完成了施工任務(wù),為以后大型原油儲(chǔ)罐的施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和借鑒素材,能有效指導(dǎo)今后類(lèi)似項(xiàng)目的施工建設(shè)。
1 欽州中石油國(guó)際儲(chǔ)備庫(kù)(一期工程)42臺(tái)10萬(wàn)方原油儲(chǔ)罐EPC項(xiàng)目.
2 寶鋼技術(shù)——大型原油儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼用研制.
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2014-02-17)