徐紹坤

中國海洋石油總公司規(guī)劃計劃部 （北京 100010）

淺析海洋石油立式儲罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)管

徐紹坤

中國海洋石油總公司規(guī)劃計劃部 （北京 100010）

儲罐的焊接質(zhì)量是石油儲罐工程質(zhì)量把控的關(guān)鍵，強化儲罐焊接的質(zhì)量監(jiān)管，無疑是工程質(zhì)量監(jiān)督工作的重中之重。以中海煉化某原油罐區(qū)工程10×104m3雙盤浮頂油罐焊接質(zhì)量監(jiān)管為例，結(jié)合質(zhì)量監(jiān)督過程中發(fā)現(xiàn)的焊接質(zhì)量問題，闡述了海洋石油立式儲罐焊接質(zhì)量控制的重點和難點，指出了把控焊接質(zhì)量的監(jiān)管措施和手段，為今后海洋石油大型立式儲罐工程焊接質(zhì)量保證提供了參考。

儲罐；焊接；質(zhì)量監(jiān)督；質(zhì)量缺陷

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，石油的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長，盡管近幾十年來國家極為重視石油行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)行了大量的投資，但仍無法充分滿足國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的能源需求。近年來國際原油價格持續(xù)走低，我國海洋石油儲運工程迎來了新一輪井噴式發(fā)展，同時也促使了儲罐工程向著大型化的方向發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的應(yīng)用給海洋石油儲罐的大型化提供了堅實的基礎(chǔ)，但也給焊接質(zhì)量的控制提出了更高的要求。

1 中海煉化某原油罐區(qū)10×104m3雙盤浮頂油罐項目工程概況

該工程由3臺10×104m3浮頂油罐及配套工程組成，儲罐內(nèi)徑為Φ80 000mm，儲罐高度為21 800mm，設(shè)計最高液位20 100mm，存儲介質(zhì)為原油，設(shè)計溫度65℃，油罐鋼板主要采用國產(chǎn)高強度鋼12Mn?NiVR（包括12MnNiVR-SR）、低合金鋼鋼板Q345R、碳素鋼Q235B等，罐壁板材材質(zhì)及規(guī)格詳細(xì)情況如圖1所示。

2 質(zhì)量監(jiān)管中發(fā)現(xiàn)的典型焊接質(zhì)量缺陷

在首臺儲罐施工過程中，通過對罐壁焊縫進(jìn)行無損檢測發(fā)現(xiàn)，在罐壁的焊接施工過程中高強度鋼12MnNiVR的焊接質(zhì)量缺陷較為集中，罐壁縱縫位置采用氣電立焊，氣孔、夾渣缺陷出現(xiàn)機率較高，罐壁環(huán)焊縫采用雙面埋弧焊，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的焊接缺陷裂紋。

圖1 罐壁展開圖

2.1 罐壁縱縫焊接特點及缺陷原因技術(shù)分析

罐壁縱焊縫采用氣電立焊填充金屬為藥芯焊絲、保護(hù)氣體采用CO2，焊接過程中采用循環(huán)水冷強制成型，是一種高效率焊接方法，對焊縫質(zhì)量控制也有很高的保障，根據(jù)RT結(jié)果及UT缺陷定位結(jié)果來看，焊縫連接處易出現(xiàn)蜂窩狀氣孔，連續(xù)焊縫氣孔缺陷出現(xiàn)較少，較厚壁板內(nèi)側(cè)坡口靠近根部位置易出現(xiàn)條狀夾渣。

根據(jù)氣孔出現(xiàn)的形狀來看，焊縫連接處的氣孔為N氣孔，分析原因主要是由于焊接中斷后再次引弧時，噴嘴存在一定堵塞，焊絲干伸長度過長，造成保護(hù)氣體未形成良好保護(hù)效果，大量空氣侵入焊接區(qū)域，使得熔池中的氣體在熔敷金屬凝固前無法全部逸出。

通過夾渣出現(xiàn)的位置和形狀分析，結(jié)合焊前檢查情況、焊縫接頭形式（圖2），發(fā)現(xiàn)該缺陷的出現(xiàn)并非是由焊件銹蝕、焊材性能、焊接工藝、焊渣殘留等原因造成，因此判斷條狀夾雜是由于焊縫組對尺寸偏差過大造成。

圖2 罐壁縱縫詳圖

2.2 罐壁環(huán)焊縫焊接特點及缺陷原因技術(shù)分析

高強度鋼罐壁環(huán)焊縫接頭形式如圖3所示，現(xiàn)場采用的焊接方法為埋弧自動焊。埋弧自動焊的特點是效率高、焊縫成型好、具有一定的抗風(fēng)性，工藝成熟的特點。罐壁環(huán)焊縫現(xiàn)場焊接過程中發(fā)現(xiàn)焊縫中部有數(shù)處沿焊縫方向延伸的鋸齒狀裂紋，焊接裂紋是嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，是在焊接應(yīng)力及其他致脆因素的共同作用下，造成焊接接頭中局部位置的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙，有著尖銳的缺口和較大的長寬比。

通過觀察裂紋外觀發(fā)現(xiàn)，裂紋裂口處存在氧化現(xiàn)象，因此該裂紋屬于熱裂紋。熱裂紋產(chǎn)生在焊縫區(qū)域，判斷為焊縫結(jié)晶過程中產(chǎn)生的結(jié)晶裂紋，產(chǎn)生的原因主要是存在低熔點雜質(zhì)（S、P含量超出標(biāo)準(zhǔn)要求）偏析形成液態(tài)間層或焊縫上存在較大的焊接拉應(yīng)力。

通過工程質(zhì)量監(jiān)督人員的調(diào)查研究，從缺陷定位結(jié)果來看，裂紋出現(xiàn)位置均為點焊焊縫部位，而正式焊縫成型良好，未見明顯缺陷；通過核查母材及使用批次焊材質(zhì)量合格證明書，重點檢查焊材化學(xué)成分及力學(xué)性能以及復(fù)驗相關(guān)文件，未發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、設(shè)計文件要求不符之處；檢查焊接記錄，正式焊縫的焊接過程焊接工藝參數(shù)符合焊接工藝規(guī)程要求，且通過了監(jiān)理人員的檢查確認(rèn)，由此基本排除了正式焊接中使用不合格材料造成焊縫裂紋。

圖3 底圈壁板環(huán)焊縫詳圖

通過進(jìn)一步的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，施工單位在定位焊及臨時工裝的焊接施工中出于成本考慮（定位焊、臨時工裝焊縫在正式焊接過程中需磨除）往往使用無法追溯來源的焊材或廢棄焊條頭進(jìn)行施焊。同時，在工裝去除及罐壁幾何尺寸調(diào)整的過程中存在野蠻施工、強力錘擊的現(xiàn)象。

由此判斷出焊接裂紋產(chǎn)生的原因，具體分析如下：

1）施工單位在臨時焊縫的焊接中使用不合格且未經(jīng)評定驗證的焊材進(jìn)行施焊，造成了裂紋隱患的出現(xiàn)。

2）違規(guī)的施工操作使焊縫產(chǎn)生了較大約束應(yīng)力，加速了裂紋的擴展。

3）作業(yè)人員追求工期違反工藝紀(jì)律，未按設(shè)計及相關(guān)方案要求在正式焊施焊過程中將點焊焊縫徹底打磨清除，將缺陷掩蓋在正式焊縫中。

2.3 管理環(huán)節(jié)原因分析

出現(xiàn)焊接質(zhì)量缺陷問題從工程建設(shè)責(zé)任主體管理方面來看，施工單位、監(jiān)理單位應(yīng)承擔(dān)主要責(zé)任。

1）施工單位未嚴(yán)格執(zhí)行焊接質(zhì)量“三檢”制，質(zhì)保體系運行不到位，單位內(nèi)各部門在焊接作業(yè)的各個環(huán)節(jié)中未能將質(zhì)量管理職能和工作有機的結(jié)合起來，未形成相互協(xié)調(diào)、相互促進(jìn)、有明確的任務(wù)分工、職責(zé)權(quán)限的有機整體，質(zhì)量控制存在漏洞。

2）作業(yè)人員、管理人員質(zhì)量意識淡薄，施工單位缺少質(zhì)保意識方面的培訓(xùn)，安全技術(shù)交底工作未能嚴(yán)格落實，未建立起質(zhì)量為先的責(zé)任感。

3）監(jiān)理單位在對施工單位的管理和焊接質(zhì)量的檢查存在疏忽，未能制定有針對性的相應(yīng)檢查方案，管壁組對焊前未進(jìn)行系統(tǒng)的坡口檢查，旁站不到位，對焊接中斷后再次引弧前未進(jìn)行焊前檢查，環(huán)焊縫點焊位置作為焊接缺陷出現(xiàn)機率較大的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)存在監(jiān)管失控。

3 儲罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)督的重點和措施

3.1 儲罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)督的重點

從充分發(fā)揮工程質(zhì)量政府監(jiān)督管理的角度出發(fā)，工程質(zhì)量監(jiān)督工程師在焊接質(zhì)量監(jiān)管過程中應(yīng)重點從質(zhì)量行為、先決條件、過程控制三方面出發(fā)，抓源頭、夯基礎(chǔ)、查隱患，做到行為監(jiān)督實體監(jiān)管并重、質(zhì)量隱患“標(biāo)本兼治”。

3.1.1 責(zé)任主體質(zhì)量行為監(jiān)管

責(zé)任主體質(zhì)保體系運行的情況是影響工程質(zhì)量的核心因素，抓好責(zé)任主體的質(zhì)量行為，確保質(zhì)保體系的正常運轉(zhuǎn)，是做好質(zhì)量控制、消除質(zhì)量隱患的“治本之策”。各責(zé)任主體如能切實實現(xiàn)分工明確、責(zé)任落實到人、流程程序化、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化，形成建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位在質(zhì)量管控方面上下協(xié)同，齊抓共管的良好局面，將從源頭上根除焊接質(zhì)量管理方面的“低標(biāo)準(zhǔn)、老毛病、壞習(xí)慣”，進(jìn)而減少質(zhì)量隱患的發(fā)生。

3.1.2 焊接工作先決條件的監(jiān)管

合格的焊接工藝評定是擬定焊接工藝正確性的理論基礎(chǔ)；科學(xué)合理的技術(shù)方案是保障焊接質(zhì)量的實踐基礎(chǔ)；合格的焊工及焊接操作工是確保焊接水平的人力基礎(chǔ)；合格的原材料、焊材是保障焊接質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)；良好的防風(fēng)防雨措施是消除焊接質(zhì)量隱患的環(huán)境基礎(chǔ)。切實抓好焊接工作的先決條件能有效保證焊接質(zhì)量，是工程質(zhì)量監(jiān)督的工作重點。

3.1.3 儲罐焊接的過程控制

通過對儲罐焊接進(jìn)行過程控制，對焊接質(zhì)量隱患“治標(biāo)”，通過發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量隱患問題、落實責(zé)任分工、制定整改要求、限定整改時間、跟蹤質(zhì)量隱患整改過程、檢查質(zhì)量隱患整改結(jié)果，是一個發(fā)現(xiàn)隱患消除隱患的過程，也是開展焊接質(zhì)量監(jiān)管的主要環(huán)節(jié)。同時，通過總結(jié)焊接質(zhì)量通病和對影響儲罐結(jié)構(gòu)安全和重要使用功能的關(guān)鍵部位進(jìn)行重點過程監(jiān)管，實現(xiàn)對焊接質(zhì)量隱患的精準(zhǔn)定位和定點清除。

3.2 儲罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)督措施

3.2.1 儲罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)管的組織措施

監(jiān)督組組建時應(yīng)充分考慮焊接及無損檢測人員的配備。重點對施工單位、監(jiān)理單位主要質(zhì)量管理人員的職能履行進(jìn)行監(jiān)管，對各參建單位的質(zhì)量管理規(guī)章、制度、體系的建立健全進(jìn)行檢查，對質(zhì)保體系的運行進(jìn)行核查。

3.2.2 儲罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)管的技術(shù)措施

監(jiān)督組結(jié)合儲罐焊接的重點和難點，制定了儲罐焊接專項監(jiān)督方案，并從以下幾個方面開展巡監(jiān)：

1）按批次對到場鋼板進(jìn)行檢查，重點檢查鋼板表面存在局部減薄、深度劃痕等問題。

2）抽查焊材儲存、烘干、發(fā)放、使用環(huán)節(jié)，嚴(yán)懲使用銹蝕焊材、藥皮受潮焊材進(jìn)行作業(yè)的行為。

3）對待焊坡口表面進(jìn)行重點抽查，坡口表面及兩側(cè)20mm范圍內(nèi)存在污物、鐵銹、油漬嚴(yán)禁施焊。

4）對于容易出現(xiàn)裂紋等缺陷的焊縫清根位置，要求對其進(jìn)行無損檢測，盡早發(fā)現(xiàn)并消除隱患。

5）要求監(jiān)理單位派員旁站監(jiān)督碳弧氣刨清根后坡口表面滲碳層去除施工。

6）嚴(yán)肅焊接工藝紀(jì)律，重點巡查焊接過程中焊接工藝執(zhí)行情況，避免出現(xiàn)線能量過大造成熱影響區(qū)過熱、晶粒粗大致使焊縫機械性能下降；線能量過小，近焊縫區(qū)域產(chǎn)生淬硬組織，沖擊韌性降低增大裂紋誘發(fā)機率的問題。

4 結(jié)論

通過總結(jié)首臺儲罐在焊接過程中的質(zhì)量監(jiān)管經(jīng)驗，制定了專項質(zhì)量監(jiān)督方案，以“抓源頭、夯基礎(chǔ)、查隱患”為工作重點，以優(yōu)化組織措施，落實技術(shù)措施為抓手，在后續(xù)儲罐的焊接質(zhì)量監(jiān)管中取得了良好的實施效果，極大地降低了焊接質(zhì)量缺陷的出現(xiàn)機率，焊接一次合格率提升至98%，為中國海洋石油大型石油儲罐工程焊接質(zhì)量監(jiān)管提供了重要參考。

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The welding quality of the storage tank is the key to the quality control of the oil tank project.Strengthening the supervision of the tank welding quality is undoubtedly the most important task of the project quality supervision.Taking the welding quality supervi?sion of the double deck floating roof tanks of 100 thousands m3 in a refinery factory of CNOOC as an example,the key points and diffi?culties in the welding quality control of the vertical tanks for offshore oilfield are expounded based on the welding quality problems found in the process of quality supervision,and the supervision and management measures of controlling welding quality are put forward, which provides reference for the welding quality assurance of large vertical storage tank project in offshore oilfield.

storage tank;welding;quality supervision;quality defect

?? 強

2016-07-05

徐紹坤（1976-），男，工程師，現(xiàn)主要從事工程質(zhì)量監(jiān)督管理工作。