杭萬(wàn)紅 中石化南京工程有限公司，江蘇 南京 210046

隨著石油化學(xué)工業(yè)的不斷發(fā)展以及國(guó)家原油儲(chǔ)備庫(kù)的建設(shè)，大型儲(chǔ)罐越來(lái)越多地應(yīng)用于原油儲(chǔ)運(yùn)工程，大型原油罐正以較快的速度建設(shè)發(fā)展。

本文就我公司承建的海南新增原油罐工程T03、T04 兩臺(tái)十萬(wàn)立罐安裝，在罐壁成形施工控制中取得的一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)的基礎(chǔ)上，探討大型儲(chǔ)罐罐壁幾何尺寸的控制方法。十萬(wàn)立原油儲(chǔ)罐較典型的結(jié)構(gòu)形式為外浮頂結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)罐直徑為80 米，壁高為21.8 米，罐壁共計(jì)九圈。其中，第一至第六圈為δ=32～12mm 的12MnNiVR 鋼板，第七圈為δ=12mm 的16MnR 鋼板，第八圈、第九圈為δ=12mm 的Q235-B 鋼板。在第六至九圈壁板上安裝有三圈加強(qiáng)圈、二圈抗風(fēng)圈、一圈包邊角鋼。底圈罐壁接管板在焊后進(jìn)行消應(yīng)力整體熱處理。目前我公司在大型儲(chǔ)罐施工中主要采用預(yù)制工廠化，安裝作業(yè)流水化，焊接全方位自動(dòng)化工藝進(jìn)行施工。其中，壁板安裝采用外腳手架正裝、壁板凈料組對(duì)法。

1 罐壁幾何尺寸的控制

壁板坡口設(shè)計(jì)的外形尺寸，壁板預(yù)制幾何尺寸、底圈接管板焊后圓弧度，加強(qiáng)圈、抗風(fēng)圈預(yù)制安裝的圓弧度、壁板組裝工藝以及組裝的幾何尺寸、壁板焊接變形等都會(huì)造成罐壁幾何尺寸的偏差。下文從影響罐壁幾何尺寸因素方面逐一分析，并提出相應(yīng)的控制措施。

2 預(yù)制階段

⑴壁板坡口的設(shè)計(jì)。從焊接實(shí)踐中，焊接坡口型式及大小與焊接角變形關(guān)系密切，為更好地控制焊接質(zhì)量和焊接變形，壁板的坡口尺寸不能完全采用設(shè)計(jì)提供的坡口型式，應(yīng)從材質(zhì)、壁板厚度、焊接線(xiàn)能量、焊接變形、工藝評(píng)定等實(shí)際情況出發(fā)，科學(xué)確定壁板坡口尺寸。另外，考慮到底圈壁板在罐底上組對(duì)的便利，將其設(shè)置成外側(cè)大坡口的形式，二至九圈壁板利用外腳手架組對(duì)，將其設(shè)置成內(nèi)側(cè)大坡口的形式。具體坡口的設(shè)計(jì)修改見(jiàn)下圖1 和圖2。

⑵罐壁板的尺寸控制。罐壁板的下料質(zhì)量直接影響儲(chǔ)罐的安裝質(zhì)量。罐壁板預(yù)制采用數(shù)控龍門(mén)切割機(jī)進(jìn)行，由于采用凈料組對(duì)工藝，每一張壁板的預(yù)制尺寸必須嚴(yán)格控制在較小的偏差范圍內(nèi)。

⑶罐壁板圓弧度的控制。第一、第二圈壁板立縫坡口為雙面“X”型坡口。其中第一圈立縫先焊外側(cè)、再焊內(nèi)側(cè)，由于立縫內(nèi)側(cè)有〖型弧板固定以及銅墊內(nèi)冷卻水散熱作用，因而外側(cè)焊后立縫角變形較小;而外側(cè)無(wú)卡具固定及銅墊冷卻作用，因而內(nèi)側(cè)焊后角變形較大。為防止焊接時(shí)出現(xiàn)角變形，第一圈壁板卷板及組對(duì)時(shí)需采取圖3 所示的反變形措施。第二圈立縫先焊內(nèi)側(cè)、再焊外側(cè)，卷板及組對(duì)采取的反變形措施則與第一圈壁板相反。其它各圈壁板為單面“V”型坡口，在內(nèi)側(cè)從下至上一次焊接成型。因單面氣電立焊的焊接角變形很小，故壁板在預(yù)制及組對(duì)時(shí)無(wú)需采取反變形措施。因此，卷板時(shí)板端部按設(shè)計(jì)弧板即可。

圖3 卷板及組對(duì)反變形示意

⑷底圈接管板的預(yù)制變形控制。由于底圈接管壁板在焊接完成后需進(jìn)行整體熱處理，熱處理壁板的成形對(duì)以后組對(duì)時(shí)的環(huán)縫棱角度、垂直度將產(chǎn)生較大影響，因此控制好底圈接管板的成形就至關(guān)重要。底圈接管板的主要施工方法為:.帶接管的底圈壁板滾弧后，臥置在凸胎上號(hào)線(xiàn)、開(kāi)孔、組裝接管及補(bǔ)強(qiáng)板。補(bǔ)強(qiáng)板安裝前進(jìn)行滾弧，弧度與壁板弧度相同。全部組裝完成后翻轉(zhuǎn)至凹胎上進(jìn)行內(nèi)側(cè)焊接。內(nèi)側(cè)焊接后，在人孔、進(jìn)出油口等口徑較大的接管周?chē)蛏先龎K橫向弧板和兩塊縱向筋板，在其它小接管周?chē)騼筛鶛M向弧板，見(jiàn)圖4。翻轉(zhuǎn)、吊運(yùn)壁板至凸胎上，用卡具將壁板與凸胎固定后焊接外口。對(duì)直徑較大的接管應(yīng)采取雙人對(duì)稱(chēng)焊接。按此工藝制作的熱處理壁板成形較為理想，完全滿(mǎn)足規(guī)范和施工的要求。

圖3 卷板及組對(duì)反變形示意

3 安裝階段

⑴立縫角變形控制。在罐體的立縫焊接中，由于十萬(wàn)立罐第一二圈壁板是雙面坡口。針對(duì)雙面坡口氣電立焊焊接變形規(guī)律，在控制立縫角變形時(shí)，主要是采取反變形棱角度進(jìn)行控制。立縫的反變形棱角度通過(guò)壁板的預(yù)制一般可以實(shí)現(xiàn)，但如果達(dá)不到要求，我們還可以通過(guò)組對(duì)的卡具進(jìn)行補(bǔ)償，即用卡具強(qiáng)行組對(duì)出棱角度。反變形棱角度一般控制在3mm。這里，不主張采用在背面焊接防變形弧板的方法，因?yàn)檫@不僅會(huì)消耗許多人力、物力、時(shí)間，還會(huì)增加補(bǔ)焊打磨檢測(cè)的工作量。

⑵立縫垂直度控制。罐壁的整體垂直度主要是通過(guò)立縫的垂直度來(lái)控制的。立縫焊接采用氣電立焊焊接。由于氣電立焊焊接會(huì)使壁板呈外張趨勢(shì)，因此在組對(duì)壁板時(shí)應(yīng)采用預(yù)傾斜工藝。各圈壁板預(yù)傾斜的數(shù)值宜為:第一圈壁板預(yù)傾斜應(yīng)以5-7mm 組對(duì)為宜，第二圈以5mm組對(duì)為宜，在后面的壁板安裝中預(yù)傾斜量應(yīng)逐漸遞減，至δ=15，12mm的壁板安裝中，壁板可按照垂直進(jìn)行組對(duì)。另外，焊機(jī)的機(jī)型不同，預(yù)傾斜量可能不同，我們還要在實(shí)踐中不斷觀察和總結(jié)，不能一概而論。在立縫組對(duì)時(shí)，還應(yīng)該參照已安裝完的壁板的總體垂直度進(jìn)行組對(duì)，對(duì)垂直度偏差較大處的壁板應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行糾正。在組對(duì)立縫時(shí)，可能會(huì)有某些原因?qū)е麓怪倍鹊臏y(cè)量值不能完全正確反映理論值，這時(shí)應(yīng)該以立縫的組對(duì)間隙進(jìn)行組對(duì)控制，不能片面的追求單圈壁板的垂直度。

⑶底圈壁板組對(duì)尺寸控制。底圈壁板的水平度是影響罐總體成形尺寸的關(guān)鍵因素，必須嚴(yán)格控制在規(guī)范范圍內(nèi)。水平度的控制主要取決于罐底邊緣板的焊接變形控制，除對(duì)罐底基礎(chǔ)進(jìn)行認(rèn)真驗(yàn)收外，罐底邊緣板的焊接變形一定要嚴(yán)加控制。對(duì)壁板水平度超標(biāo)處采用墊鐵進(jìn)行找平，直至滿(mǎn)足要求。相鄰兩塊壁板的上口水平度允許偏差不大于2mm，任意兩塊壁板的上口水平度允許偏差不大于6mm。為防止壁板的自重引起水平度的變化，有必要對(duì)第二圈壁板水平度進(jìn)行找平。

⑷環(huán)縫組對(duì)尺寸控制。環(huán)縫的大坡口在內(nèi)側(cè)，先進(jìn)行內(nèi)側(cè)坡口的焊接。環(huán)縫往往由于外壁坡口打磨過(guò)深，焊縫內(nèi)凹的現(xiàn)象就很容易發(fā)生，這樣直接導(dǎo)致了罐壁的較差成形。因此，我們就對(duì)壁板的橫縫坡口尺寸進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷摹Ａ硗馔ㄟ^(guò)觀察還發(fā)現(xiàn)，環(huán)縫的角邊形與組對(duì)間隙的大小還有很大關(guān)系。環(huán)縫的角變形控制，關(guān)鍵還在于里口大坡口的焊接，如果里口焊接后角變形大(外凸)，這時(shí)候通過(guò)外口打磨的深淺稍加控制即可，但如果里口變形很小，這時(shí)外口焊接后，環(huán)縫一般都是呈內(nèi)凹狀態(tài)，成形較差。因此焊縫里口焊接時(shí)的角變形能夠足夠大就成為關(guān)鍵。通過(guò)觀察，間隙小的焊縫在里口焊完后角變形一般都比較大(其實(shí)這和焊接操作有很大的關(guān)系)，但對(duì)于雙面坡口的焊縫，間隙太小會(huì)導(dǎo)致焊接穿透不好，這樣會(huì)極大的增加打磨的工作量。綜合考慮，對(duì)口間隙能夠保證在1-1.5mm(厚板，雙面坡口)、0-0.5mm(薄板，單面坡口)，這時(shí)只要焊接方式合適，焊縫成形都可以很好控制。

⑸大角縫組對(duì)控制。為防止大角縫焊接所引起的角變形，必須在罐內(nèi)側(cè)邊緣板上設(shè)置槽鋼支撐與罐壁相連，每張邊緣板設(shè)三根斜支撐，必須有一根斜支撐盡量靠近邊緣板對(duì)接縫，同時(shí)以不影響橫縫、角縫、邊緣板平縫自動(dòng)焊機(jī)行走為宜。斜支撐的加設(shè)應(yīng)在第一圈罐壁焊接完成后進(jìn)行，同時(shí)能起到矯正底圈罐壁垂直度的作用。

⑹加固圈、抗風(fēng)圈安裝引起的罐壁變形控制。由于加固圈、抗風(fēng)圈的圓弧度對(duì)罐壁的圓弧度、垂直度及成形有很好的調(diào)節(jié)作用，為更好地調(diào)整罐壁圓弧度，改善儲(chǔ)罐幾何尺寸，增加儲(chǔ)罐的剛性和穩(wěn)定性，加強(qiáng)圈、抗風(fēng)圈應(yīng)在其所在壁板的上一圈壁板安裝前安裝。先在壁板上劃線(xiàn)，安裝焊接三角支架。分兩個(gè)作業(yè)組，從同一起點(diǎn)(抗風(fēng)圈則要在盤(pán)梯洞口處)向兩側(cè)安裝加強(qiáng)圈、抗風(fēng)圈，用千斤頂和其他工具調(diào)整加強(qiáng)圈、抗風(fēng)圈，使內(nèi)弧與壁板壓緊靠實(shí)，并使上表面水平、接頭處圓弧過(guò)渡，符合要求后點(diǎn)固焊。加強(qiáng)圈、抗風(fēng)圈的焊接順序?yàn)?先焊與三角架間的焊縫，次焊加強(qiáng)圈、抗風(fēng)圈間的對(duì)接接頭，再焊與壁板間的仰臉斷續(xù)焊，最后由多名焊工均勻分布，采用跳焊或分步退焊法的方法，同向同時(shí)焊接與壁板間的上表面連續(xù)角焊縫?？刂埔c(diǎn):加強(qiáng)圈、抗風(fēng)圈組焊的時(shí)機(jī)，加強(qiáng)圈、抗風(fēng)圈接頭的圓弧度;加強(qiáng)圈、抗風(fēng)圈的焊接程序。

⑺焊接返修的防變形控制。焊接返修容易造成罐壁的變形，因此，返修前必須根據(jù)超聲波的定位深度選擇返修的內(nèi)外表面。另外，壁板焊縫已經(jīng)出現(xiàn)棱角變形的，我們必須根據(jù)反變形的原理來(lái)決定返修的內(nèi)外表面，以此來(lái)盡量降低焊縫的變形。必要時(shí)，在返修背面加設(shè)反變形背杠。為了考慮焊縫的整體外觀質(zhì)量，尤其是下方幾圈的焊縫，應(yīng)盡可能地選擇在焊縫里口進(jìn)行返修。

4 工藝實(shí)施結(jié)果

通過(guò)采取上述施工工藝及嚴(yán)格的質(zhì)量管理，我公司承建的海南新增原油罐工程T03、T04 兩臺(tái)十萬(wàn)立罐安裝中，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理方和質(zhì)量監(jiān)督站聯(lián)合檢查，儲(chǔ)罐主體罐壁成形良好，幾何尺寸符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。兩臺(tái)十萬(wàn)立罐經(jīng)實(shí)測(cè)實(shí)體質(zhì)量如表1 和表2:

5 結(jié)束語(yǔ)

大型儲(chǔ)罐的罐壁成形雖然有時(shí)難以控制，但是只要按照正確的施工工藝，尤其是在施工的各個(gè)環(huán)節(jié)中多加控制，就能夠很好地控制住幾何尺寸。如果在壁板預(yù)制成形、組對(duì)的程序化、焊接時(shí)的規(guī)范操作某些細(xì)節(jié)方面再能夠不斷地探索、研究、創(chuàng)新、運(yùn)用，不但能夠加緊各工序間的銜接，縮短施工周期，對(duì)質(zhì)量控制方面更能起到事半功倍的效果。

［1］《大型浮頂原油儲(chǔ)罐總體形狀尺寸的控制》，董月功.

［2］《大型儲(chǔ)罐焊接技術(shù)》，夏吉龍.

［3］《大型鋼制儲(chǔ)罐焊接變形控制》，梅曄.