摘 要：不銹鋼薄板儲(chǔ)罐在安裝焊接過程經(jīng)常會(huì)碰到各種變形，結(jié)合過去的施工經(jīng)驗(yàn)及項(xiàng)目現(xiàn)場的實(shí)際情況，通過采取有效的防變形措施和嚴(yán)格控制焊接工藝工序，減小變形量。根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際情況，應(yīng)用倒裝法施工工藝，降低成本，縮短工期，同時(shí)提升安裝質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)罐安裝;倒裝法;不銹鋼焊接;變形量控制;防變形措施

不銹鋼立式儲(chǔ)罐是石油化工裝置中常見的一種設(shè)備。對于200～1500m?的薄板的不銹鋼儲(chǔ)罐，現(xiàn)場建造變形的問題是最為突出的?，F(xiàn)場建造采用倒裝法施工，相對而言成本低，高空作業(yè)少，工期短等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但是在沙特地區(qū)，該方法應(yīng)用的比較少。

本文結(jié)合沙特卡楊NDA項(xiàng)目儲(chǔ)罐施工的實(shí)際情況，探討不銹鋼薄板儲(chǔ)罐安裝的施工工藝。不銹鋼薄板儲(chǔ)罐施工過程中，焊接變形和角變形、棱角度、垂直度、橢圓度超標(biāo)等問題是經(jīng)常會(huì)碰到的。采取各種措施，制作防變形的工裝，優(yōu)化焊接工藝，嚴(yán)格控制焊接工序等可以達(dá)到控制變形以及消除變形的目的。

1 施工實(shí)例分析

以沙特卡楊NDA項(xiàng)目直徑8.4米，高10米，容積554立方米儲(chǔ)罐為例。

該儲(chǔ)罐主要參數(shù)見下表：

該儲(chǔ)罐共6圈壁板，罐頂為自支撐式拱頂，罐底板焊接接頭為搭接形式，外邊緣300mm 的部位是對接形式。

1.1 不銹鋼薄板儲(chǔ)罐安裝方法及安裝順序

對于這種規(guī)格的儲(chǔ)罐，本項(xiàng)目采用吊車提升方式的倒裝法進(jìn)行施工。

在罐頂包邊角鋼處均有對稱焊接上4塊吊裝臨時(shí)吊耳，供吊車吊裝提升進(jìn)行倒裝施工。在儲(chǔ)罐倒裝施工完成后，將吊耳去除，去除的地方打磨圓滑，需要進(jìn)行補(bǔ)焊的進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，并做滲透檢測，確保沒有缺陷。

安裝順序如下：

（1）罐底板安裝→罐底板焊接→馬凳安裝（施工工裝）;

（2）第一圈壁板安裝→包邊角鋼安裝→罐頂板安裝→罐頂板焊接→罐頂附件安裝;

（3）第二圈板安裝→焊接縱縫→與第一圈板組對→立縫收口縫焊接→環(huán)縫焊接;

（4）第三～第六圈板安裝→焊接縱縫→與第二圈板組對→立縫收口縫焊接→環(huán)縫焊接;

（5）大腳縫組對→大腳縫焊接。

1.2 施工過程中的防變形措施

施工過程中，組對安裝、吊裝和焊接均有可能導(dǎo)致儲(chǔ)罐產(chǎn)生超出規(guī)范的變形。以下介紹整個(gè)安裝過程中的所采用的有效措施。

焊接殘余變形是焊接后殘余結(jié)構(gòu)中的變形。大致可以分為七類：縱向收縮變形、橫向收縮變形、翹曲變形、角變形、波浪變形、錯(cuò)邊變形、和螺旋變形。角變形和波浪變形是儲(chǔ)罐安裝焊接過成中特別常見的。角變形發(fā)生在堆焊、對接、搭接、和丁字接頭的焊接時(shí)，其根本原因是橫向收縮變形在厚度方向上的不均勻分布造成的。焊縫的正面變形大，背面的變形小，這樣就產(chǎn)生了角變形。波浪變形是在薄板在承受壓力時(shí)，當(dāng)其中的壓應(yīng)力達(dá)到某一臨界數(shù)值時(shí)，薄板將因出現(xiàn)波浪變形而喪失承載能力，即失穩(wěn)，焊后存在平板中的內(nèi)應(yīng)力，一般情況下在焊縫附件的是拉應(yīng)力，離焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域是壓應(yīng)力，在壓應(yīng)力的作用下，平板產(chǎn)生失穩(wěn)變形，即波浪變形。

1.2.1 罐底板安裝焊接防變形措施

罐底結(jié)構(gòu)型式為搭接接頭形式，參見下圖。

按照圖紙，檢查驗(yàn)收基礎(chǔ)后，鋪設(shè)罐頂板。外邊緣250mm，切馬蹄口后，加墊板，組對焊縫，焊接后進(jìn)行檢測。

其余罐底板，先組對橫向短縫，待橫向短焊縫焊接完成后，再組對縱向長焊縫。在焊接罐底板的過程中，焊工應(yīng)分散，不可集中焊接。焊接方式采用間斷分布退焊。為保證罐底成型質(zhì)量，間斷距離盡可能短，該罐底板的焊接間斷距離要求為500mm-600mm。不銹鋼的導(dǎo)熱慢，焊接變形量大，在焊接過程中，要求焊工焊接速度快，使得線能量僅可能小。焊接完成第一遍后，待焊縫涼透后再進(jìn)行第二道焊接。為減小罐底焊接產(chǎn)生的角變形和波浪變形，在焊縫兩側(cè)，壓上一條H200型鋼，待焊縫涼透，再拿開。

罐底安裝焊接完成后的實(shí)際效果比較理想，在罐底基礎(chǔ)是鋪沙的情況下，變形量不大，滿足規(guī)范API650的要求。

1.2.2 罐頂板安裝焊接防變形措施

罐頂結(jié)構(gòu)型式為自支撐式拱頂，設(shè)計(jì)為20片瓜皮板，焊接接頭型式是搭接接頭，瓜皮板沒有加強(qiáng)筋。

在施工為開始前，就認(rèn)為如果不采取措施，屆時(shí)變形會(huì)很嚴(yán)重?？紤]到現(xiàn)場有9臺(tái)這種規(guī)格的罐，采用數(shù)控等離子切割機(jī)下了140米的加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋弧度與罐頂內(nèi)壁相同，規(guī)格為寬50mm，厚度12mm，。選用這樣規(guī)格的加強(qiáng)筋一方面結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際板材的情況，另一方面，選用厚一點(diǎn)的加強(qiáng)筋，其剛度大，不容易變形，有利于保證罐頂成型的質(zhì)量。

具體施工工序如下：

第一圈壁板安裝焊接完成→中心立柱安裝→頂部槽鋼圈安裝→根據(jù)預(yù)先計(jì)算值，安裝成型加強(qiáng)筋（使加強(qiáng)筋盡量位于搭接板下側(cè)靠近焊縫位置處）→鋪設(shè)罐頂板→調(diào)整尺寸，組對點(diǎn)焊→罐頂板焊接→附件安裝→拆除加強(qiáng)筋。

安裝過程中，加強(qiáng)筋板的分布要均勻，一定要按照原先計(jì)算好的數(shù)值進(jìn)行分布。該罐共設(shè)置了20條縱向加強(qiáng)筋，和2圈環(huán)向加強(qiáng)筋?？v向加強(qiáng)筋分布位于搭接焊縫下側(cè)板處，距離焊縫中心不超過20mm。環(huán)向加強(qiáng)筋距離包邊角鋼500mm處一圈，另一圈距離包邊角鋼2000mm，整體上加強(qiáng)筋分布均勻?？v向加強(qiáng)筋中心頂處點(diǎn)焊在頂部的槽鋼圈上，下側(cè)點(diǎn)焊在罐壁板上，點(diǎn)焊一定要牢固。加強(qiáng)筋去除后，補(bǔ)焊打磨，凡是與罐體點(diǎn)焊連接的地方均須做滲透檢查，確保沒有問題再進(jìn)入下一道工序。

確保成型質(zhì)量，罐頂板內(nèi)側(cè)與加強(qiáng)筋進(jìn)行點(diǎn)焊，約1000mm處點(diǎn)焊接一點(diǎn)。在焊接罐頂板時(shí)，為保證焊后變形量最小，安排焊工人數(shù)與焊縫數(shù)量成比例。該罐安排了4名焊工，一名焊工完成5條焊縫的焊接。焊接順序是先焊內(nèi)側(cè)焊縫，后焊外側(cè)焊縫。焊工均勻分布，同一方向施焊，間斷分步退焊，間斷距離為800mm左右。

1.2.3 罐壁板安裝焊接防變形措施

第一圈罐壁板安裝以及罐頂安裝完成后，后續(xù)開始其余5圈罐壁板的安裝焊接施工。

考慮到吊裝過程中罐壁板較薄，容易產(chǎn)生變形。在罐內(nèi)壁加了脹力圈，一方面防止吊裝過程中產(chǎn)生變形，另一方面保證環(huán)縫的組對質(zhì)量，減小環(huán)縫焊接產(chǎn)生的變形，保證罐壁的圓度。脹力圈通常由槽鋼制作，并且分段數(shù)量盡可能少比較好。該罐采用了[20a的槽鋼，分3段。該罐由于是不銹鋼罐，脹力圈是碳鋼的，故在槽鋼脹力圈外側(cè)包上一層不銹鋼薄板，保證罐壁板免受鐵離子污染。

應(yīng)用脹力圈時(shí)，脹力圈布置的高度以距壁板下邊緣的距離越小越好，綜合考慮壁板在組對、焊接過程中的阻礙因素，固定在距離壁板下邊緣70-80mm的高度。脹力圈放置在緊貼罐壁板的同一高度線上，采用龍門卡板固定在壁板上。該罐采用吊車吊裝提升的倒裝施工，所以龍門卡板不會(huì)受很大的力，只須與罐壁板牢固的焊接固定。脹力圈與脹力圈之前用10噸的千斤頂頂死，保證脹力圈與罐壁緊密貼合。每安裝焊接完成一圈板，脹力圈拆下，重新安裝到下一圈板上。

罐壁板的具體的安裝工序如下：

第一圈罐壁板與罐頂板安裝完成后→在第一圈板上安裝脹力圈→第二圈板在第一圈板外側(cè)安裝，組對縱焊縫→縱焊縫加防變形立背杠→縱焊縫外口焊接（收口的縱焊縫不焊）→吊車提升→組對收口縫→組對環(huán)向焊縫→焊接收口縫外口→縱焊縫內(nèi)部清根，焊接→根據(jù)實(shí)際情況局部重新組對環(huán)焊縫→環(huán)焊縫外口焊接→環(huán)焊縫內(nèi)部焊接→下一圈板安裝。

在壁板安裝過程中，背杠和脹力圈對儲(chǔ)罐壁整體的成型有著很重要的作用。背杠保證縱焊縫的焊接成型，減少立焊縫的波浪變形;脹力圈有效保證了環(huán)縫的成型外觀，防止環(huán)縫的角變形過大，使得罐壁環(huán)縫處局部內(nèi)凹或外凸。現(xiàn)場采用14#型鋼作為立背杠。

1.2.4 附件安裝焊接防變形措施

由于罐壁板，罐頂板厚度較薄，只有5mm后，對于一些較大的開孔接管安裝焊接，很容易使得罐壁、罐頂板塌陷。包括一些較大墊板的焊接，容易使得罐壁、罐頂板產(chǎn)生變形。

為確保減小變形，一方面采取防焊接變形的措施，另一方面，要求提高接管部件提高開口質(zhì)量，盡量減少焊接量。在較大的管口安裝點(diǎn)焊上去后，焊接前，在罐內(nèi)壁接管處，加上弧形板和背杠，減少焊接引起的罐壁變形。

2 施工過程質(zhì)量控制

施工過程中的質(zhì)量管理控制主要是施工過程中的一些關(guān)鍵的控制點(diǎn)的檢查和焊接質(zhì)量的檢查。關(guān)鍵點(diǎn)的檢查對保證罐整體的質(zhì)量有很重要的作用;焊接質(zhì)量對儲(chǔ)罐本體的強(qiáng)度，使用壽命等有著至關(guān)重要的作用。

2.1 嚴(yán)格按照ITP檢查點(diǎn)檢查控制

在項(xiàng)目前期，編制施工過程中質(zhì)量控制檢查點(diǎn)計(jì)劃，嚴(yán)格按照批復(fù)后ITP文件對現(xiàn)場施工過程進(jìn)行有效的之間檢查。根據(jù)現(xiàn)場施工工序和實(shí)際情況，報(bào)出控制點(diǎn)的檢查計(jì)劃;由EPC檢查員和業(yè)主PMT的檢查員對檢查點(diǎn)的質(zhì)量進(jìn)行檢查，檢查合格后進(jìn)入下一步工序。檢查控制點(diǎn)的設(shè)置有效保證了現(xiàn)場儲(chǔ)罐的安裝質(zhì)量。

2.2 焊接工藝紀(jì)律檢查管理

現(xiàn)場出現(xiàn)的很多變形問題，質(zhì)量隱患都與班組焊工沒有嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝紀(jì)律有關(guān)系。如果罐頂、罐底、罐壁焊縫，焊工沒有按照交底的工序進(jìn)行焊接，會(huì)產(chǎn)生很大的焊接殘余應(yīng)力，最終導(dǎo)致罐的成型不好，需要花大力氣和時(shí)間進(jìn)行整形，很大程度上不銹鋼薄板的罐一次性成型是最好的。

在施焊前，對班組焊工進(jìn)行焊接工藝工序交底;焊接過程中進(jìn)行巡視檢查。在每天的早會(huì)上強(qiáng)調(diào)焊接工藝紀(jì)律。嚴(yán)格執(zhí)行焊條發(fā)放紀(jì)律，焊條存放必須使用焊條保溫桶。焊工嚴(yán)格按照編制好的焊接工藝指導(dǎo)書（WPS）提供的參數(shù)進(jìn)行焊接。焊接過程中，及時(shí)對焊縫進(jìn)行清理，以保證焊接質(zhì)量。

在項(xiàng)目施工過程中，安排質(zhì)量檢查員，項(xiàng)目部施工員進(jìn)行及時(shí)的巡檢，檢查焊接工藝紀(jì)律的執(zhí)行情況，有效的保證了罐本體及附件的焊接質(zhì)量。

3 總結(jié)

綜上所述，通過采取有效的防變形措施和嚴(yán)格控制焊接工藝工序，可以有效的保證倒裝法施工的不銹鋼薄板儲(chǔ)罐的質(zhì)量。與沙特當(dāng)?shù)仄渌?xiàng)目相近規(guī)格的正裝法施工的儲(chǔ)罐相比，焊接變形和角變形、棱角度、垂直度、橢圓度都有明顯的提高。

在沙特卡楊NDA項(xiàng)目上，罐區(qū)51臺(tái)罐，均采用倒裝法施工，倒裝提升手段為吊車提升和電動(dòng)葫蘆以及部分手拉葫蘆提升。通過采取有效的防焊接變形措施和焊接工藝工序的嚴(yán)格控制，不銹鋼罐的成型等質(zhì)量與沙特卡楊上一個(gè)項(xiàng)目其他單位施工的罐相比，有很明顯的提升，獲得了業(yè)主的好評，同時(shí)罐的倒裝法施工也獲得了業(yè)主的認(rèn)可！

參考文獻(xiàn)：

[1]API 650 鋼制焊接石油儲(chǔ)罐.

[2]徐英，楊一帆，朱萍.球罐和大型儲(chǔ)罐[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.

[3]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì). 焊接手冊 第二卷 材料的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]吳鳳陽，李瑞龍，王錫衡.脹力圈在儲(chǔ)罐施工中的應(yīng)用分析[J].石油化工設(shè)備，2009，（38）.

[5]鄧建.儲(chǔ)罐底板焊接變形的控制方法[J].化工建設(shè)工程，2003，（25-3）.

[6]王崇剛.銹鋼薄壁容器焊接變形的控制[J].安裝工程，2005，（142-2）.

作者簡介：

周鵬（1987-），男，漢族，江蘇大豐人，本科學(xué)歷，從事工程技術(shù)工作。