15 萬m3 雙盤浮頂原油罐的焊接技術

崔鵬宇

陜西化建工程有限責任公司 陜西楊凌 712100

陜西化建工程有限責任公司在承建的大連恒力原油倉儲項目中，承擔了15 萬m3原油儲罐的施工工作。該原油儲罐罐體為雙盤浮頂結構，直徑為DN94m,罐壁高度24m，罐壁共計9 層，總重量約3000t。此項目工期短，任務重，要求從鋪設第一張中幅板開始至具備上水條件僅為45d。要在短期內完成15 萬m3的儲罐施工，必須采取24h 連續作業，且要采用自動化焊接方案。為提高焊接效率，控制焊接質量，經多次方案討論后，最終選用氣電立焊、自動化橫焊、自動埋弧焊與手工焊相結合施工，以確保施工質量與工期。儲罐施工采用100t 吊車吊裝，施工安裝采用正裝法。

1 儲罐技術特點

原油罐浮頂為雙盤結構，主要材料是12MnNiVR(包括 12MnNiVR- SR) 高強度鋼板、低合金鋼板Q345R 和Q235B 碳素鋼。儲罐采用外設腳手架正裝自動焊工藝施工。此設備直徑大,噸位重，且施工位于海邊,要嚴格控制雙浮盤的組對質量和焊接變形。包括加固圈、抗風圈預制變形的控制，尤其是底圈熱處理壁板組焊變形的預防和控制，罐底、浮盤尤其是罐壁焊接變形的預防和控制。且由于儲罐組裝采用凈料組對，主體焊接采用自動焊焊接，對下料和組對質量提出了較高的要求。

2 儲罐的焊接工藝及方法

儲罐采用自動焊和手工焊接相結合的工藝方式，其中底板以埋弧自動焊為主，儲罐管壁采用氣電立焊。

2.1 自動化橫焊

在儲罐焊接過程中，為了保證質量和安全，一般采用自動化橫焊技術。該技術操作簡單，焊接合格率高，防風效果好，設備可以進行24h 作業，適合現場焊接作業的大型儲罐，同時具有焊縫成型美觀、生產效率高等優點。本項目儲罐直徑為94.280m,高度為24m,焊接量大，且在風力較大的大連地區，因此采用自動化效率高的埋弧焊。CLM- Ⅱ自動化焊接，母材為12MnNIVR材質，儲罐厚度12～42mm, 焊接電源選擇DC- 600、DC- 1000。環縫主要采用自動化橫焊。

2.2 氣電立焊焊接縱縫

氣電立焊是由普通熔化極氣體保護電弧防腐。氣電立焊的能量密度比電渣焊高且更加集中，但焊接技術基本相同。它利用類似于電渣焊所采用的水冷滑塊擋住熔融的金屬，使之強迫成形，以實現立向位置的焊接。通常采用外加單一氣體(如CO2)或混合氣體(如Ar+CO2)作保護氣體。在焊接電弧和熔滴過渡方面，氣電立焊類似于普通熔化極氣體保護焊(如CO2焊、MAG 焊)，而在焊縫成形和機械系統方面又類似于電渣焊。氣電立焊與電渣焊的主要區別在于，熔化金屬的熱量是電弧熱而不是熔渣的電阻熱。氣電立焊通常用于較厚的低碳鋼和中碳鋼等材料的焊接，也可用于奧氏體不銹鋼和其他金屬合金的焊接。板材厚度在12～80mm 最適宜。如大于80mm 時，難以獲得充分良好的保護效果，會導致焊縫中產生氣孔，熔深不均勻和未焊透。焊接接頭長度一般無限制，單層焊是最常用的焊接方法，但也可采用多層焊。本項目中，為了控制焊接速度、焊接質量，儲罐的立縫采用自動焊。

2.3 主體部位焊接材料與方法

根據罐體各部位材質合理選擇焊接材料，主體部位焊接材料與方法如表1 所示。

表1 焊接材料選用表

3 儲罐的焊接工藝評定

3.1 評定要求

油罐施焊前，施工單位應根據NB/ T47014- 2011《承壓設備焊接工藝評定》標準，對不同材質、不同板厚、不同焊接方法、不同焊接材料和不同焊接位置等各種工況分別進行焊接工藝評定。氣電立焊的焊接工藝評定亦按此標準進行，其中氣電立焊熱影響區沖擊試樣V 型缺口軸線至試樣軸線與熔合線交點的距離取1mm。

3.2 其他要求

評定除了根據NB/ T47014- 2011 外，還應采用對接焊縫試件及T 形角焊縫試件。對接焊縫試件至少應包括底圈罐壁的立焊及橫焊位置。T 形接頭角焊縫試件應從底圈罐壁與罐底邊緣板組成的角焊縫試件上切取。T 形接頭角焊縫試件的制備和檢驗應符合GB50128- 2014 附錄A 的規定。

3.3 對接焊縫的試件要求

試件應作拉伸、橫向彎曲及夏比（V 型缺口）沖擊試驗。拉伸、沖擊試驗合格指標按照表2 的規定；橫向彎曲試驗按NB/ T47014- 2011 的規定進行。

3.4 對接焊縫的橫向彎曲試驗要求

試樣彎曲到規定的角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有單條長度大于3 mm 的裂紋或缺陷。試樣的棱角開裂一般不計，但由夾渣或其他焊接缺陷引起的棱角開裂長度應計入。若采用兩片或多片試樣，每片試樣都應符合上述要求。考試試板的接頭形式、焊接方法、焊接位置及焊接材料等，均應與施焊的油罐一致。對于首次施焊12MnNiVR 鋼板的焊工，必須考試合格，才允許進行相應的焊接工作。

4 儲罐的焊接方法

4.1 焊前預熱

（1）預熱方法：液化氣火焰均勻預熱。

表2 對接焊縫試驗數據表

（2）預熱部位與溫度：配件組焊時，點焊、定位焊焊接時均預熱≥150℃，預熱范圍不小于施焊部位周圍100mm。配件與罐壁或補強圈組焊、補強圈與罐壁組焊的點焊、定位焊焊接，預熱溫度≥150℃，預熱范圍在焊縫兩側各不小于100mm 處；對于拘束度較高的部位（如人孔、接管與罐壁或補強圈組焊、補強圈與罐壁組焊）或焊接環境溫度低于0℃時，應當在預熱范圍內采用較高預熱溫度，適當擴大預熱范圍，同時對預熱范圍采取適當的保溫措施，以減小溫度梯度。

（3）在焊接過程中要隨時監控預熱溫度，測溫點范圍在離焊縫中心70～100mm 處，測量工具采用測溫筆或表面溫度計。

（4）預熱的焊道在焊接過程中，層間溫度不應低于預熱溫度下限。

（5）罐壁橫縫、立縫在焊接過程中，將液化氣火焰槍綁在自動焊焊接機頭處，在焊機焊接過程中邊預熱邊焊接。

4.2 罐底板焊接

4.2.1 焊接方法

邊緣板間的焊接采用手工電弧焊，罐底中幅板焊接采用CO2氣體保護焊+ 埋弧碎絲填充焊，龜甲縫焊接采用手工電弧焊封底+ 埋弧碎絲填充焊。

4.2.2 焊接順序

在安裝第一圈壁板之前，首先進行邊緣板外側300mm 焊縫的焊接；罐底中幅板焊接先焊短縫，后焊長縫，長縫焊接采取隔道跳焊的方法。如圖1 中幅板鋪設時采取相鄰焊縫不等間隙鋪設，先焊1、3 兩道對接焊縫；焊接收縮后，對接焊縫2 的對接間隙也能滿足4～6mm，既能避免1、3 兩道對接焊縫焊接完后焊縫2間隙過大，又可控制焊接變形。中幅板與墊板點焊時，宜將每張鋼板的相鄰兩邊與墊板點焊定位，另外兩邊自由收縮。當大角縫焊接完畢后，再進行收縮縫焊接。收縮縫焊接完畢后，進行龜甲縫焊接，至此，罐底焊接結束。

圖1 油罐底板焊接順序圖

4.3 罐壁板焊接

4.3.1 壁板立縫

（1）壁板立縫采用氣電立焊，第1、2、3 節壁板立縫雙面焊，焊接順序為先外側后內側；其他各節壁板立縫均為外側單面焊接。施工現場如圖2 所示。

（2）第1 節壁板立縫下端300mm 采用手工電弧焊。

（3）第2—8 節壁板立縫下端50～70mm 左右采用手工焊。

4.3.2 壁板橫縫

（1）壁板橫縫采用埋弧橫縫自動焊接工藝，施工現場如圖3 所示；

（2）壁板橫縫在罐內側坡口點焊，點焊長度在100mm 左右，間距300mm 為宜；

（3）焊接順序為：外側焊縫焊完→內側焊縫清根→內側焊接；

（4）內側清根采用磨光機進行；

（5）原則上不采用封底焊，組對間隙大于3mm時，采用手工焊封底；

（6）點焊及封底焊在清根時清除。

圖2 儲罐壁板立焊

圖3 儲罐壁板橫焊

4.4 大角縫焊接

（1）大角縫焊接在第2 節壁板焊縫全部焊接完后，龜甲縫焊接前進行；

（2）點焊長為100mm 左右，間距為300mm，焊條選用與正式焊接相同的規格；

（3）大角縫焊接采用手工電弧焊封底，埋弧自動焊多道焊；

（4）焊接時沿罐周均勻留出四處排水口不焊（每處約長2m）；

（5）焊接順序：先焊接內側焊縫，后焊接外側焊縫。

4.5 浮頂焊接

浮頂焊接全部采用手工電弧焊，其焊接順序如下：

（1）由浮頂中心向外側先焊接底板上預先劃出的位置，將被浮頂隔板、桁架壓住的局部底板焊縫進行焊接；焊完真空試漏合格后，安裝隔板、桁架；然后由中心向外側先對底板下表面進行斷續焊，再按照每一環艙桁架→隔板→底板的順序由中心向外側逐艙焊接。

（2）浮頂頂板鋪設時，先焊接船艙內頂板與隔板、桁架的斷續焊縫，再焊接與隔板的連續焊縫，之后由中心向四周焊接上表面的連續焊縫，然后焊接支柱套管、人孔等焊縫，最后對浮頂底板下表面進行密封焊接。拆除臨時臺架后，再補焊臺架橫梁擋住的焊縫。

（3）浮頂定位焊長度為10mm，間距為200mm，斷續焊為50（200）mm。

（4）頂板鋪設前，艙內環板、隔板、框架和桁架要全部焊接結束，并通過焊道檢查。

（5）頂板鋪設后，開船艙人孔，先焊內部、后焊外部。

4.6 附件焊接

（1）罐壁外側的加強圈安裝完畢后，按設計要求進行焊接，抗風圈、盤梯支架邊安裝邊焊接。對于保溫支撐結構和消防噴淋儲罐的支架，以及自控儀表的配套設施，待罐體上的梯子、平臺安裝完畢，具備安裝條件時，邊安裝邊焊接。

（2）底圈壁板上的攪拌器、罐前閥的吊耳，在攪拌器、罐前閥開箱驗收后，根據其結構尺寸確定安裝位置，進行安裝焊接。

5 結論

從施工過程來看，采用自動埋弧焊、自動橫焊、氣電立焊和手工焊相結合的方法，能夠提高大型儲罐的施工效率，且焊接外觀成型好，探傷一次合格率高，很好地控制了焊接質量。由于采用外掛小車焊接，防風措施到位，安全措施也有保證。從而很好地解決了工期與安全、質量之間的矛盾。因此，在大型儲罐施工中建議采用自動橫焊和氣電立焊相結合的方式，這樣既能保證工期，又能保障施工質量，確保了整體的經濟效益。