大型儲罐底板的組裝與焊接

黃斌維，孫金祿，賈如磊

（蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730060）

0 引言

大型儲罐節省鋼材、減少占地面積、方便操作管理、減少儲罐附件及管線長度。經過測算和比較，在總庫容相同的情況下，由大型儲罐組成的油庫比由小型儲罐組成的油庫工程投資成本低，因此國內外儲罐生產的大型化將成為發展的必然趨勢。1962年，美國首先建成10萬m3儲罐，之后在委內瑞拉、日本、沙特阿拉伯相繼建成了15萬m3、16萬m3、20萬m3儲罐。近幾年，國內已建成了10多座15萬m3儲罐。隨著我國原油儲運事業的快速發展，在不久的將來，國內將會建成20萬 m3儲罐［1］。

罐底是儲罐的主要組成部件，其安裝在油罐基礎上。如果基礎沉降均勻，罐底中間部分受力很小，但由于受到壁板的影響，底板的邊緣部分受力狀況卻十分復雜，故邊緣板的厚度應比中幅板略有增加。再有，大型儲罐底板面積大，包含焊縫數量多，焊縫較長，排板方式多樣化，如果施工措施不當，很容易引起焊接變形，甚至出現質量事故，因而底板的正確組裝和合理的焊接是保證整個儲罐質量的重要環節。

1 大型儲罐底板的組裝

1．1 底板鋪設前的準備工作

當油罐內徑大于12．5m時，采用周邊為弓形邊緣板的排板方式［2］。儲罐底板鋪設前可使用經緯儀，根據平面圖方位劃出中心線，并在罐底中心作出明顯的標記，同時要標出方位線0°、90°、180°、270°，然后放出儲罐底板外圓周線。用粉線或弧形樣板放出邊緣板安裝線，最后放出中幅板安裝線，并做好標記。這里需要注意的是，邊緣板安裝半徑應放大，因為邊緣板焊縫有橫向收縮變形且受到基礎坡度的影響。

1．2 墊板和邊緣板的鋪設

墊板可先行鋪設，也可以將墊板點焊到邊緣板上，墊板的接頭采用對接雙面焊，焊后將焊肉磨平，墊板應該平整，且必須臥在基礎環梁內。墊板鋪設時要露出邊緣板50mm。按罐底的劃線順時針安裝邊緣板，安裝時應注意坡口間隙外小內大，且留出一張調整板以保證邊緣板的合理鋪設。邊緣板組裝后應進行點焊固定，點焊必須在坡口內進行，只能點焊坡口內固定一側的墊板和邊緣板。邊緣板鋪設后立即用卡具固定，如圖1所示。卡具間距200mm為宜，同時安裝引弧板，焊縫引弧板坡口應與邊緣板坡口相同。

圖1 邊緣板防變形固定卡具示意圖

1．3 中幅板的鋪設

從罐中心開始安裝長條大板，按順序向外安裝。中心的長條大板安裝完畢后，安裝兩側排列的大板，對兩側排列的大板也是從罐底中心依順序向外安裝。中幅板大板安裝完畢后，安裝各邊小板，考慮到中幅板焊接時的收縮情況，各邊小板與邊緣板相接處要留出調整余量，等邊緣板對接縫和中幅板對接縫焊接完畢后切割組對收縮縫。中幅板間隙的調整如圖2所示，當調整到合適的間隙之后，采用如圖1所示的卡具進行固定。中幅板鋪設過程中，邊鋪邊點焊固定，點焊必須在坡口內進行，只能點焊坡口一側的墊板和中幅板，點焊長度在50mm以上，間距為300mm。

2 大型儲罐底板的焊接

2．1 邊緣板的焊接

考慮到邊緣板與壁板角焊縫的焊接收縮，在沒有組裝壁板前，只焊接壁板正下部的邊緣板對接焊縫，即先焊自邊緣板外側向內400mm的對接縫。焊工均布在罐底邊緣板外側的整個圓周上，同時對稱施焊，使焊接速度保持一致，隔一條焊縫焊接一條，避免焊接過程中造成邊緣板的收縮不均勻，使整個邊緣板外形出現橢圓現象。焊接方向由罐內側向罐外側焊接。邊緣板剩余部分的焊接在龜甲縫焊接前進行，其焊接具體要求與先焊的400mm要求相同。

圖2 中幅板間隙的調整

2．2 中幅板的焊接

對每個罐底板的焊接，先進行定位焊，再進行手工打底焊，最后采用自動焊進行填充焊和蓋面焊。中幅板的焊接分4個對稱的90°扇形區，同時安排4個焊接小組對稱施焊，先焊短焊縫、后焊長焊縫，并由罐底中心向外施焊，焊接順序如圖3所示。

圖3 中幅板1／4扇形區焊接順序示意圖

中幅板帶板對接長焊縫打底層采用手工電弧焊的分段退焊法或跳焊法施工，分段間距為400mm，每條焊縫由兩名焊工從中間向兩端對稱施焊。填充、蓋面層采用埋弧自動焊，由焊縫中間分成兩段分別向兩端施焊；焊接時，帶板與廊板T形接頭部位留300mm距離的帶板對接縫先不焊接，在廊板與帶板對接縫焊接前采用手工電弧焊施焊。

廊板對接短縫的焊接同帶板對接縫焊接方法一樣。但廊板與帶板對接的長焊縫焊接前，應先完成T形接頭部位留下的帶板對接縫和廊板對接縫的焊接，并磨除焊接后焊接長縫。長焊縫打底層同帶板對接縫焊接方法一樣。填充、蓋面層埋弧自動焊由兩臺焊機自焊縫中間分成兩段分別向兩端施焊，分段間距為2 000mm～4 000mm。

中幅板焊接過程中，距邊緣板2 000mm范圍內的中幅板焊縫先不焊接，待中幅板焊縫焊完并與邊緣板組對好后再焊接。

2．3 罐壁與罐底大角縫的焊接

罐壁與罐底大角縫的焊接，在最少完成第二至第三帶壁板縱、環焊縫組裝和焊接后進行，先采用手工電弧打底焊，然后采用埋弧自動角焊機進行蓋面焊。為減小焊接變形，施焊時焊工應沿圓周均勻對稱分布，并采用相同的焊接參數、相同的焊接方向進行跳焊或退焊施工。在焊接大角縫內側時，為減小焊接變形，施焊前在罐壁內側采用斜支撐進行剛性固定，斜支撐的間距應小于1 200mm，該支撐必須在罐底收縮縫焊完后才可拆除。

2．4 龜甲縫的焊接

龜甲縫是罐底邊緣板與罐底小板間的焊縫，即收縮縫。龜甲縫的焊接應在邊緣板對接焊縫、罐底小板焊縫、大角縫焊接完成后進行焊接。龜甲縫變形較大，所以焊接時有數名焊工均布，并沿同一方向進行，其焊接方法是采用手工打底焊，然后用角縫自動焊機進行兩遍自動焊。

3 罐底板焊縫的檢驗

儲罐底板組焊完畢之后，應進行嚴密性試驗。試驗方法主要有底板真空試漏法和氨氣滲漏法。在工程實際應用中，主要采用真空試漏法。在罐底板焊縫表面刷上肥皂水或亞麻子油，將真空箱扣在焊縫上，其周邊應用玻璃膩子密封。真空箱通過膠管連接到真空泵上，進行抽氣，觀察真空表。當真空度達到一定要求時，所檢查的焊縫表面如無氣泡產生則為合格；若發現氣泡，則應作好標記進行補焊，補焊后再進行真空試漏直至合格。

4 結論

大型儲罐底板焊接后的變形主要有波浪變形和角變形，這些變形的控制主要依靠合理的組裝方法和焊接工序，即裝配焊接時，以底板中心為準向四周擴展。底板焊接施工時應先焊接橫焊縫，后焊接縱焊縫，并采用剛性固定或反變形的方法來減少底板的變形。波浪變形的控制應注重減小焊接內應力，降低焊接過程中對接頭的約束；角變形可通過改變焊接方法以降低板厚方向溫差來減小；大角縫焊接時，一定要注意自由收縮方向，確保底板能向中心方向收縮。如果滿足不了這個條件，就要采用多段逆向跳焊的方法來保證整體受熱的均勻性，以減小焊接變形。

［1］ 李杰訓．20萬m3儲罐技術發展的重要意義及研究內容［J］．石油規劃設計，2012，23（3）：1－3．

［2］ 帥健．管道及儲罐強度設計［M］．北京：石油工業出版社，2010．

［3］ 何利民．油氣儲運工程施工［M］．北京：石油工業出版社，2008．

［4］ 中國石化集團第四建設公司．SH／T 3530－2011石油化工立式圓筒形鋼制儲罐施工技術規范［S］．北京：中國石化出版社，2011：12－23．