40000m3儲罐底板變形的焊接控制

殷燦彬

摘 要：文章以大型儲罐的底板焊接變形控制管理，通過調整焊接工藝和方法，使最終的結果滿足質量要求。

關鍵詞：大型儲罐；焊接變形；質量控制

1 工程概況

以前工作的某單位于2006年開始在東莞市虎門港石化倉儲基地--沙田鎮立沙島，設計建設一個3×40000m3液化石油氣項目，其中有兩臺40000m3低溫常壓雙壁儲罐用于儲存液態丙烷和一臺40000m3單壁拱頂罐用于儲存液態丁烷。低溫常壓雙壁儲罐，是地上式圓筒形拱頂雙層金屬結構儲罐，內罐為平底、平吊頂，用于儲存低溫介質；外罐為平底、拱頂，用做保冷保護罐，在內外罐之間的環形間隙應填充保冷材料并維持較底正壓狀態。低溫常壓單壁儲罐，是地上式圓筒形拱頂金屬結構儲罐，罐底采用膨脹珍珠巖混凝土保溫，罐壁采用70mm現場發泡聚氨酯保冷，罐頂采用50mm泡沫玻璃保冷，罐頂、罐壁保溫外覆1mm彩鋼板包覆。

液化石油氣性質：丙烷在1.013×105Pa（1大氣壓）下的沸點是-42.07℃；在溫度15℃時的飽和蒸氣壓為7.1×105Pa；丁烷在1.013×105Pa（1大氣壓）下的沸點是-3℃；在溫度15℃時的飽和蒸氣壓為1.7×105Pa。

我公司將從外部采購的低溫常壓液態丙烷在不改變物性的條件下直接通過管道裝入低溫常壓雙壁儲罐，即儲存-43℃的液態丙烷。雙壁罐外徑47.5m，高34m，單個空載總質量1850t。貯罐外底板由中幅板和邊緣板構成，中幅板厚度為6mm，材質為Q235-A；邊緣板厚度為8mm，材質為16MnR。中幅板之間及中幅板和邊緣板之間采用搭接接頭。罐底質量為92t，焊縫長度約為1800m。

2 編制說明

40000m3雙壁儲罐外底板焊接，全部焊道采用手動的手工電弧焊，初層打底焊接保證根部焊透。

外罐中幅板原設計為冷軋鋼板，應力比較平均，在焊接施工過程中采用常規的施工方法即可保證整個底板的平整度。但我公司在采購鋼板過程中，由于購買的是用卷板切割的開平板，在焊接過程中，由于受熱就出現了部分的超標現象，本應為平板的鋼板在邊緣部位變成了波浪形，由業主、施工單位和監理單位對全部鋪好準備焊接部分進行了共同的檢測，檢測點在全罐體各個方位范圍內共20個位置，具體位置如圖1所示。檢測結果中有多處超過了規范要求（50mm），比較嚴重的有3個位置，分別為東北第三帶中幅板凸起值為162mm，延長米為7m，（即圖1中的A點）；西南方向第四帶中幅板中間凸起值為137mm，延長米為6m（即圖1中的B點）；東南方向第七帶中幅板，凸起值為148mm，延長米為6m，斜向西（即圖1中的C點）。在其后的施工過程中，按規定的施工方法施工，全部底板焊接完工后，以上三個監測點超差值有了很大改善，分別降低到42mm、33mm、40mm。

圖1 罐底板檢測點位置

3 對中幅板變形鋼板的焊接控制

由于底板直徑比較大，達47.5米，造成整體熱膨脹幅度加大；為了做罐底部保冷，需在邊緣板上焊兩道擋水板做承壓圈，又會增加底板的變形。為了保證中幅板的變形得到有效的控制，通過以下措施來保障。

3.1 將變形不同的中幅板鋪設搭配

將變形大的和變形小的中幅板進行搭配，或者變形方向相反的中幅板進行搭配，在焊接后變形得到相應的牽制，達到控制變形。

3.2 減少熱變形

3.2.1 焊接順序和焊工的協調性。中幅板的焊接順序從中心向四周逐步擴大，先焊接成帶板，再將各帶板接成整體。完成所有的中幅板的焊接后，再進行中幅板與邊緣板的焊接。中幅板與邊緣板的焊接順序是沿著圓周對稱位置同時采取跳焊方式焊接。焊工在焊接過程中協調一致，聽從指揮。同一條焊縫的每一名焊工使用相同的焊接規范和方法，使他們所在的每一個位置都受熱均勻，應力分散。

3.2.2 焊道處理。焊接前仔細清除焊縫內側以及兩側20mm范圍內的油污、銹垢。因設計要求外罐外底板需涂一層瀝青漆，在焊道的位置留出5厘米不涂漆，防止在搭接焊的時候產生氣孔等缺陷；如果在焊道位置已涂有油漆，在焊接前必須用火烤去搭接縫上層底板下表面的油漆。

3.2.3 龍門架固定。沿著長焊縫兩側各焊兩個門型碼，中間貫穿一根200的工字鋼，之間的間隙用鍥子固定，如圖2所示。

圖2 龍門架形式示意

3.2.4 焊接工藝。采用分段、多層、小電流、小焊條焊接，先焊接短焊縫、后焊接長焊縫，以減少熱影響區。

在龍門架的強制固定下將中幅板完全平整后，以手工電弧焊，使用J427、f3.2mm焊條，先將焊縫點固焊，每200mm點固50mm長，而后開始恢復焊接，具體操作如下：短焊縫1.8m，布置兩名焊工，由中間向兩端對稱倒退焊，J427、f3.2mm焊條，電流為90～130A，電壓22～24V，焊接速度5～8mm，并盡量保持同樣的焊接速度焊一遍，填充金屬厚度3～4mm；然后進行蓋面，J427、f4.0mm焊條，電流為160～220A，電壓22～26V，焊接速度6～12mm。長焊縫8m，布置三名焊工，先每段2m跳焊，仍采用倒退焊，焊接工藝同上。采用多個焊工均布、分段退焊的焊接方法確保了整體受熱均勻，減少局部受熱過多而產生的變形；采用大幅逆向跳焊法集中了分段退焊和跳焊法兩種方法的優點，使焊接熱量更加分散，更有效地防止和控制了焊接變形。

3.2.5 變形控制。由于C點的面變形量最大，在施工過程中選擇它作為優先施工處，先焊接短焊縫，在中幅板焊縫的東、西兩側方向，兩塊中幅板用龍門架固定，采用3.2.4焊接工藝方法施工，完成全部短焊縫后，采用相同工藝焊接長焊縫。

3.3 焊后處理

焊接完成后撤去門型碼和工字鋼，對由于在焊接門型碼時造成的底板焊疤、飛濺等缺陷認真清除干凈。

4 結束語

采用上述方法在A點、B點和C點焊接，對焊接后的中幅板進行測量，三處嚴重超標處凸凹變形的深度均小于變形長度的2%，且都在標準要求以下，取得了較好的效果。

按同樣的施工方法，對其他變形部位進行施工，使整個外罐底板在焊接完成后對由板材引起的變形得到有效控制，最終使得焊接結果滿足質量要求。