10萬方大型原油儲罐壁板坡口型式與自動焊焊接方法的探討

康躍興

中國石油天然氣第六建設公司 廣西桂林 541004

10萬方大型原油儲罐壁板坡口型式與自動焊焊接方法的探討

康躍興

中國石油天然氣第六建設公司 廣西桂林 541004

以欽州中石油國際儲備庫項目（一期工程）420庫區項目為例（包括42臺10萬m3雙盤浮頂原油儲罐），對大型原油儲罐壁板的坡口型式與自動焊焊接方法進行探討。

大型原油儲罐 壁板 坡口型式 自動焊焊接

欽州中石油國家儲備庫項目（一期工程）420庫區項目42臺10萬m3雙盤浮頂原油儲罐及其它配套設施的建設，主要工作量為42臺儲罐的焊接和安裝，包括18臺輕質原油儲罐和24臺重質原油儲罐（罐內有加熱器），其中罐主體的壁板的焊接是項目施工的重點和難點。該項目具有工程量大、工期緊、施工資源投入大、區域面積廣、交叉作業面多、施工現場管理難度大等特點，其中罐壁板的焊接主要采用自動化程度較高的自動焊，焊接方法多，焊接質量要求極高。作為國家級戰略儲備庫特大型EPC項目，在施工工期較緊的情況下怎樣加快施工進度，選擇最優化的自動焊焊接方法，從而節約施工成本成為項目面臨的重點和難點，受到集團和公司的高度重視。

1 板材材料的規格、參數分析

罐主體第1～6圈材質為高強度調質鋼板（12MnNiVR），厚度δ=32～12mm不等；第7圈材質為Q345R合金鋼板，厚度δ=12mm；第 8至第9圈材質為Q235-B碳鋼板，厚度δ=12mm。為了保證開孔板焊接質量第1圈罐壁板高強鋼采用了工廠化集中預制、集中熱處理的方式進行。單臺罐罐壁板參數如表1所示：

2 板材焊接性分析

鋼材的焊接性分析以化學成分分析和力學性能分析為例，這兩方面是影響高強鋼板材質焊接性能的主要因素。

表1 單臺罐罐壁板參數

2.1 化學成分

表2 化學成分（以12MnNiVR 22mm鋼板為例 0.001%）

2.2 力學性能分析

表3 力學性能分析

根據上述各參數可看出，12MnNiVR高強度調質鋼材延伸率較高，鋼材-20℃沖擊試驗韌性高，且數值穩定。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鍵，再加以選擇適當的焊接方法，可保證焊縫金屬的力學性能指標，使之應高于或者等同于相應母材標準規定值的下限。

3 焊接方法的選擇與確認

罐主體的焊接為了更好地適應壁板縱縫的氣電立焊（EGW）以及壁板環縫的埋弧焊（SAW）焊接方法，使項目的各種資源投入做到最優化、施工成本降到最低，按照設計圖紙和規范的要求，并根據現場設備資源、人力資源等條件、各班組的施工方法和設備等實際情況，我EPC項目部多次召開罐壁板坡口型式專題討論會，對每一種板厚采用X型坡口或V型坡口、坡口是否有鈍邊及鈍邊大小，坡口大小及開口方向、坡口角度等參數都做了詳細的、具體的分析和研究，對坡口的角度大小和鈍邊厚度做了詳細的計算，大小坡口的角度誤差精確到±2.5°。這樣在坡口預制加工的時候就有了充分的依據和更高的要求。有了高質量、高精確度的坡口，就更有利地保證了現場的自動焊焊接質量。

根據自動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，坡口間隙統一定為5mm為宜。最終確定了最適合現場自動焊焊接的坡口型式圖，更好地適應了現場的焊接要求，有力地推動了項目的順利開展，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，可有效確保焊接質量。

4 焊材選用

4.1 焊材選用依據

焊材選用根據母材的化學成分、力學性能、使用條件和施焊條件為依據考慮。滿足母材本身的強度要求及力學性能是高強度鋼板焊材選用的關鍵，本項目選用了國產焊材（見表4、表5）。

表4 環縫橫焊

表5 縱縫氣電立焊

4.2 對焊接材料的要求

（1）焊材應具有出廠合格證和質量證明書。焊絲符合標準GB/T 12470-2003、JIS Z3319， 焊 劑 符 合 標 準 GB/T 12470-2003；

（2）焊材外包裝符合規范要求，焊材具有生產日期、生產批號、型號規格、生產廠家等信息，焊材具有內外包裝；

（3）焊材儲存、保管符合JB/T3223《焊接材料質量管理規程》及相關標準的規定；

（4）焊絲不得有生銹現象，焊劑顆粒度與材質證保持一致。

5 罐壁板環縫坡口型式圖的確認

國內為了滿足施工安全的需要，均采用搭設腳手架進行施工。根據現場施工安裝方法的不同，采用外掛式（罐外壁掛三角架正裝法）還是內掛式（罐內壁掛三角架正裝法），將直接影響到施工進度和施工成本。若采用外掛式則小坡口在罐壁外側，焊縫的清根也在罐壁外側，這樣可以充分利用罐外圍搭設的腳手架進行焊縫的清根工作，而無需為了清根在罐內側搭設腳手架。若采用內掛式則小坡口在罐壁內側，焊縫的清根必須在罐壁內側完成，這樣就必須在罐內側周圍為了完成清根工作而搭設腳手架，而罐壁外側的腳手架沒有得到充分的利用，結果將是既影響進度，又增加更多的人力、物力，更增加較多的腳手架費用和人工費等。最終項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，見圖1。

圖1 罐第一、二帶壁板環縫外掛式、內掛式坡口型式圖（32mm與28mm）

6 罐壁縱縫坡口型式圖（32mm和29mm）

壁板縱縫焊材采用日本進口焊絲DWS-60G，縱縫壁板的坡口型式、坡口角度、間隙等參數直接關系到氣電立焊的焊接質量，所以，正確選擇坡口型式和坡口角度等各項參數是關鍵。

7 對焊工資質條件的要求

（1）參加施焊的焊工必須按相應標準、規范的有關規定，取得相應合格資質項目，并按照本項目焊工上崗考試管理規定考核合格方可允許進場施焊作業；

（2）焊工能熟練掌握本人使用的焊接方法，焊接作業必須符合本項目業主、監理的管理文件要求，只能在合格項目對應的評定范圍內作業，不得超越其范圍作業；

（3）焊工須有經驗并懂得分析焊接缺陷、焊接應力的危害與預防等。還要熟悉焊接工藝方案，焊接工藝指導書等指導性文件，掌握鋼板的材質和采用的焊接工藝，如坡口型式、焊材選用、焊接電流、運行速度等。

8 結論

欽州中石油國際儲備庫（一期工程）42臺10萬m3原油儲罐高強鋼板的焊接，經過精心的準備和策劃，尤其是對壁板預制時坡口型式的選擇和焊接方法的合理結合，合理的焊接工藝，符合母材成分及性能要求的焊接材料，具備相應資質的焊工，以及充足的設備資源等條件，高質量地完成了儲罐主體的焊接工作，并最大程度降低施工成本，滿足施工進度的要求，高效完成了施工任務，為以后大型原油儲罐的施工積累了寶貴的經驗和借鑒素材，能有效指導今后類似項目的施工建設。

1 欽州中石油國際儲備庫（一期工程）42臺10萬方原油儲罐EPC項目.

2 寶鋼技術——大型原油儲罐用高強度調質鋼用研制.

3 張艷艷,蔡慶伍.微合金高強度船板鋼軋制工藝研究[J].鋼,2006,23(1)：5-7.

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1672-9323（2014）02-0087-03

2014-02-17）