金屬儲罐的特點與焊接安裝方法

王翠玲

摘要：金屬儲罐是在常壓或微內壓條件下儲存液態物料的非標準設備，在機電安裝工程中或石油化工行業中占有很大份額。金屬儲罐有多種品種和類型，結構復雜，質量要求高，而且不同的焊接工藝及順序會影響安裝技術性能和質量特點。文章對儲罐的特點和焊接安裝方法及檢查驗收等方面進行了分析。

關鍵詞：金屬儲罐；裝配精度；焊接安裝方法；機電安裝；液態物料 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG44 文章編號：1009-2374（2016）20-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.036

儲罐按其制造材質可以分為金屬儲罐和非金屬儲罐。金屬儲罐介質具有可燃、易燃、有毒、有腐蝕性、危險性大和現場安裝施工程序復雜、質量要求高等特點。

1 金屬儲罐的分類

儲罐根據頂部結構的不同，可分為三種類型：固定頂、浮頂和內浮頂儲罐。

1.1 固定頂儲罐

罐頂周邊與罐壁頂端固定連接的儲罐，主要包括拱頂罐、錐頂罐、懸鏈式罐等，后兩種現已很少使用。自支承拱頂就是拱頂罐，罐頂結構為球冠形，罐體形狀為圓筒形，拱頂中間沒有支撐，罐壁四周承受荷載。有帶肋殼和網殼拱頂兩種結構。帶肋殼拱頂罐拱頂球面的曲率半徑一般為罐直徑的0.8～1.2倍，拱頂由4～6mm的薄鋼板和支撐筋組成。罐頂板焊接多采用搭接焊。優點是易施工、低造價。網殼頂拱頂罐由網格狀空間桿件系組成的球面網架拱殼承載頂面荷載。網殼頂由網狀殼、邊環梁、蒙皮三大組成部分。鋼制網殼重量較大，大型儲罐一般采用鋁合金材料網殼。特大型拱頂罐尤其是特大型內浮頂罐已較多采用網殼頂結構。

1.2 浮頂罐

罐頂蓋浮在罐壁內的液面上并隨液面升降，在罐頂與罐內壁接觸的環形空間裝有密封裝置，目的是可防止或減少罐內液體蒸發損失，也稱外浮頂。大型儲罐大多采用外浮頂。單盤式和雙盤式是浮頂儲罐的兩種常用類型，各有其不同的結構和特征。浮頂具有較好的穩定性，能承受較大載荷，絕熱性能較好，但費鋼材。

內浮頂儲罐是由拱頂罐內部增設浮頂而成。這種罐主要用來儲存航空汽油、航空煤油等，有日趨推廣的趨勢。漂浮在罐內液面上的浮動頂蓋內浮頂，其類型有三種：鋼制式、鋁制裝配式和非金屬整體式內浮頂。

2 金屬儲罐的焊接

2.1 罐底焊接順序與工藝措施

2.1.1 焊接原則。采用收縮變形最小的焊接工藝及焊接順序，壓力容器焊接同時進行焊接試板制作。

2.1.2 罐底焊接。中幅板焊縫：先焊罐底邊緣板靠邊緣的300mm處對接焊縫，接著焊壁板與罐底相連的角焊縫，再焊剩余邊緣板對接焊縫，最后焊收縮縫（邊緣板與中幅板之間）。

2.1.3 焊接順序與焊接變形控制措施。

中幅板焊接：焊條電弧焊可用在搭接焊接接頭上。短焊縫先焊，長焊縫后焊。分段退焊或跳焊法適用于初層焊道。

邊緣板焊接：焊工均勻分布、對稱施焊這種方法適用于對接焊縫的初層焊；分段退焊或跳焊法適用于中幅板與罐底邊緣板之間的第一層收縮縫焊接。

罐壁與罐底焊接：由數對焊工均勻對稱分布，從罐內、外沿同一方向進行分段角焊。對于初層焊道采用分段退焊或跳焊法。

2.2 罐壁焊接

2.2.1 焊條電弧焊焊接罐壁的順序和工藝特點。相鄰兩圈壁板的縱焊縫先焊，其間的環焊縫后焊。焊工沿同一方向均勻分布施焊。

2.2.2 自動焊接工藝要求。縱焊縫應自下而上氣電立焊。埋弧自動焊焊接對接環焊縫，焊機沿同一方向均勻分布施焊。

2.3 金屬儲罐安裝程序和方法

2.3.1 安裝方法類型。

正裝法：自下而上依次組焊罐壁板，后焊頂面壁板、抗風擋圈及頂端角鋼等。大型浮頂罐常用此法焊接。包括水浮正裝法、架設正裝法（包括外搭腳手架正裝法、內掛腳手架正裝法）等。

倒裝法：先鋪設、焊接罐底板，再焊頂面壁板、包邊角鋼及罐頂，最后自上而下依次組焊各層壁板，直到底層壁板。包括中心柱組裝法、邊柱倒裝法（有液壓頂升、葫蘆提升等）、充氣頂升法和水浮頂升法等。

2.3.2 金屬儲罐的常用組裝方法的基本程序和要求。

第一，外搭腳手架正裝法。腳手架隨罐壁板升高而逐層搭設；當縱向焊縫采用氣電立焊、環向焊縫采用自動焊時，腳手架不得影響焊接操作；采用在壁板內側掛設移動小車進行內側施工；采用吊車吊裝壁板。這種架設正裝法和內掛腳手架正裝法適合于大型和特大型儲罐，便于自動焊作業。

第二，內掛腳手架正裝法。在壁板內側沿四周掛上一圈鋪設跳板的三腳架（組成環形腳手架），操作人員即可在跳板上組對安裝上一層壁板；在已安裝的最上一層內側沿圓周按規定間距在同一水平標高處掛上一圈三腳架，鋪滿跳板，跳板搭頭處捆綁牢固，安裝護欄；搭設樓梯間或斜梯連接各圈腳手架，形成上、下通道；一臺儲罐施工宜用2層至3層腳手架，1個或2個樓梯間，腳手架從下至上交替使用；在罐壁外側掛設移動小車進行罐壁外側施工；采用吊車吊裝壁板。

第三，水浮正裝法。一般用于浮頂罐的施工。其程序和要求：罐底板、底圈壁板、第二圈罐壁板施工完畢，底圈壁板與底板的大角縫組焊完畢并檢驗合格后，把完成的罐體作為水槽。浮船在罐體內組焊，施工完成后檢驗質量達到合格，利用浮船作為內操作平臺；設置罐壁移動小車或弧形吊欄，進行罐壁外側作業；采用吊車吊裝或在浮船上設置吊桿吊裝壁板；設置浮船導向裝置；向罐內充水，使浮船浮升到需要高度，逐圈組裝第三圈及以上各圈壁板；壁板組裝前、組裝過程中、組裝后按設計規定進行沉降觀測。

第四，邊柱提升倒裝法。采用罐壁內側均勻分布的提升機構的邊柱提升臨時脹緊固定在罐壁板下部的脹圈，脹圈使上節壁板一同上升到設定高度，組焊第二圈壁板。脹圈然后被松開，降到第二圈壁板下部脹緊、固定后再升起。如此反復，直到組焊完成。

液壓倒裝法的程序與要求：（1）沿罐壁內側周向均勻分布提升架，液壓千斤頂裝在提升架上。提升架高度應比最大提升高度大1000m左右，背向壁板一側設置防傾覆斜拉桿。千斤頂的總額定起重量應大于提升罐體的最大重量及附加重量（由此確定千斤頂的數量和提升架的間距）；（2）罐內通道人員進出方便；（3）用千斤頂或加緊絲把脹圈與罐壁脹緊；（4）平穩起吊，各起吊點同步上升。

邊柱葫蘆提升倒裝法程序與要求：可采用手拉或電動葫蘆提升動力。提升柱設置在罐壁板內側沿周向均勻分布，在提升柱頂部設置手拉或電動葫蘆。根據提升需要的最大重量計算確定提升柱的數量、結構、規格。

3 金屬儲罐的檢查與驗收

焊接的殘余應力和變形影響金屬儲罐的承載能力和制造精度。為降低焊接應力和殘余變形，應從焊接方法、焊接工藝及裝配程序等多個方面來考慮并采取有效的措施。按照安全性、經濟性、先進性和適用性的原則，由經驗豐富的焊接質量工程師進行焊接工藝評定，再由資質合格有效的焊接人員根據評定合格的焊接工藝操作書施焊。對人、機、料、法、環復合因素進行單項和綜合檢查，形成焊前、焊中和焊后檢查。

3.1 焊前檢查

焊前檢查包括但不局限于如下五點：（1）焊工資格與實際焊接相匹配并在有效期內。特別強調焊工操作證有效期內中斷焊接工作達6個月，需重新進行焊工的資格考試；（2）焊機型號、電源極性符合工藝要求，焊距、電纜、氣管和輔助工具、安全防護配備齊全；（3）母材、焊條、焊劑、保護氣體、電極符合國家標準；（4）焊接結構設計、技術文件和工藝要求設計合理、齊全、清晰，易于施焊、便于指導，保證質量，新材料、新產品、新工藝施焊前應進行焊接工藝試驗；（5）在環境惡劣的焊接場所應采取可靠防護措施。

3.2 焊中檢查

（1）焊接過程中應執行焊接工藝相關要求，包括焊接方法、材料性能、規范要求、施焊順序、變形及溫度控制；（2）多層焊層間如果存在裂紋、氣泡、夾渣等缺陷，缺陷清除如何；（3）焊接電源、送絲（行走）機構、滾輪架、焊劑托架、冷卻裝置等焊接設備是否正常運行。

3.3 焊后檢查

3.3.1 外觀檢查。（1）低倍放大鏡或肉眼觀察表面缺陷：咬邊、夾渣、氣孔、裂紋等；（2）焊接檢驗尺檢查：焊縫余高、焊瘤、凹陷、錯口等；（3）檢查焊件變形程度。

3.3.2 灌水試驗。灌水試驗檢驗焊件的嚴密性和泄漏性。利用潔凈淡溫水試驗（≥5℃）（對于不銹鋼罐，對水的要求更高，水中氯離子含量≤25PPM）。在試驗中應在罐壁下部每隔大約10m觀測基礎沉降（觀測點數宜為4的倍數）。若發生不符合設計文件的沉降，應暫停充水，待處理后可進行下一步試驗。

3.4 灌水試驗項目、方法及合格標準

3.4.1 罐底。灌水觀察罐底周邊，檢驗其嚴密性，不滲漏為合格。

3.4.2 罐壁。灌水到最高設計液面，保持48h，試驗罐壁強度及嚴密性，不滲漏、不變形為合格。

3.4.3 固定頂。罐內灌水到最高設計液位下1m，封閉所有開孔，慢充水升壓到試驗壓力時，暫停充水，將肥皂水涂在罐頂檢査強度及嚴密性。罐頂無異變、焊頭無滲漏為合格。然后放水，緩慢降壓，達到負壓值時，停止放水，觀察罐頂檢驗穩定性，試驗后將罐頂孔通大氣，升到常壓，無異常變形為合格。

3.4.4 浮頂罐升降試驗。充水、放水時檢查浮頂升降、導向機構、密封裝置及自動通氣閥支柱，檢査浮頂、內浮頂與液面接觸部分。升降、轉動和導向機構平穩、靈活和無卡澀為合格。浮頂與液面接觸部分無滲漏為合格。

3.5 無損檢測

在焊縫檢查和驗收過程中還會用到無損檢測的一些方法：射線探傷、超聲波探傷、滲透探傷、磁性探傷、渦流探傷以及超聲波衍射時差法等。

無損檢測方法的選用原則為：

儲罐壁厚≤38mm時，用射線檢測對接接頭，由于結構因素，無法使用射線檢測時，便使用可記錄的超聲檢測。容器壁厚>38mm時，如用射線檢測對接接頭，對每條焊縫及所有焊縫交叉部位還應附加局部（為原檢測比例的20%）超聲檢測。

對不能進行射線或超聲檢測的角接接頭和T形接頭，應全部做表面檢測。鐵磁性壓力容器的表面檢測應優選磁粉檢測。有色金屬制壓力容器對接接頭應盡量采用射線檢測。

安裝結束后的金屬儲罐通過以上檢驗項，全部合格才可準予使用。

參考文獻

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