淺談不銹鋼薄板儲罐安裝施工工藝

摘 要：不銹鋼薄板儲罐在安裝焊接過程經常會碰到各種變形，結合過去的施工經驗及項目現場的實際情況，通過采取有效的防變形措施和嚴格控制焊接工藝工序，減小變形量。根據項目現場實際情況，應用倒裝法施工工藝，降低成本，縮短工期，同時提升安裝質量。

關鍵詞：儲罐安裝;倒裝法;不銹鋼焊接;變形量控制;防變形措施

不銹鋼立式儲罐是石油化工裝置中常見的一種設備。對于200～1500m?的薄板的不銹鋼儲罐，現場建造變形的問題是最為突出的。現場建造采用倒裝法施工，相對而言成本低，高空作業少，工期短等優點被廣泛應用。但是在沙特地區，該方法應用的比較少。

本文結合沙特卡楊NDA項目儲罐施工的實際情況，探討不銹鋼薄板儲罐安裝的施工工藝。不銹鋼薄板儲罐施工過程中，焊接變形和角變形、棱角度、垂直度、橢圓度超標等問題是經常會碰到的。采取各種措施，制作防變形的工裝，優化焊接工藝，嚴格控制焊接工序等可以達到控制變形以及消除變形的目的。

1 施工實例分析

以沙特卡楊NDA項目直徑8.4米，高10米，容積554立方米儲罐為例。

該儲罐主要參數見下表：

該儲罐共6圈壁板，罐頂為自支撐式拱頂，罐底板焊接接頭為搭接形式，外邊緣300mm 的部位是對接形式。

1.1 不銹鋼薄板儲罐安裝方法及安裝順序

對于這種規格的儲罐，本項目采用吊車提升方式的倒裝法進行施工。

在罐頂包邊角鋼處均有對稱焊接上4塊吊裝臨時吊耳，供吊車吊裝提升進行倒裝施工。在儲罐倒裝施工完成后，將吊耳去除，去除的地方打磨圓滑，需要進行補焊的進行補焊修復，并做滲透檢測，確保沒有缺陷。

安裝順序如下：

（1）罐底板安裝→罐底板焊接→馬凳安裝（施工工裝）;

（2）第一圈壁板安裝→包邊角鋼安裝→罐頂板安裝→罐頂板焊接→罐頂附件安裝;

（3）第二圈板安裝→焊接縱縫→與第一圈板組對→立縫收口縫焊接→環縫焊接;

（4）第三～第六圈板安裝→焊接縱縫→與第二圈板組對→立縫收口縫焊接→環縫焊接;

（5）大腳縫組對→大腳縫焊接。

1.2 施工過程中的防變形措施

施工過程中，組對安裝、吊裝和焊接均有可能導致儲罐產生超出規范的變形。以下介紹整個安裝過程中的所采用的有效措施。

焊接殘余變形是焊接后殘余結構中的變形。大致可以分為七類：縱向收縮變形、橫向收縮變形、翹曲變形、角變形、波浪變形、錯邊變形、和螺旋變形。角變形和波浪變形是儲罐安裝焊接過成中特別常見的。角變形發生在堆焊、對接、搭接、和丁字接頭的焊接時，其根本原因是橫向收縮變形在厚度方向上的不均勻分布造成的。焊縫的正面變形大，背面的變形小，這樣就產生了角變形。波浪變形是在薄板在承受壓力時，當其中的壓應力達到某一臨界數值時，薄板將因出現波浪變形而喪失承載能力，即失穩，焊后存在平板中的內應力，一般情況下在焊縫附件的是拉應力，離焊縫較遠的區域是壓應力，在壓應力的作用下，平板產生失穩變形，即波浪變形。

1.2.1 罐底板安裝焊接防變形措施

罐底結構型式為搭接接頭形式，參見下圖。

按照圖紙，檢查驗收基礎后，鋪設罐頂板。外邊緣250mm，切馬蹄口后，加墊板，組對焊縫，焊接后進行檢測。

其余罐底板，先組對橫向短縫，待橫向短焊縫焊接完成后，再組對縱向長焊縫。在焊接罐底板的過程中，焊工應分散，不可集中焊接。焊接方式采用間斷分布退焊。為保證罐底成型質量，間斷距離盡可能短，該罐底板的焊接間斷距離要求為500mm-600mm。不銹鋼的導熱慢，焊接變形量大，在焊接過程中，要求焊工焊接速度快，使得線能量僅可能小。焊接完成第一遍后，待焊縫涼透后再進行第二道焊接。為減小罐底焊接產生的角變形和波浪變形，在焊縫兩側，壓上一條H200型鋼，待焊縫涼透，再拿開。

罐底安裝焊接完成后的實際效果比較理想，在罐底基礎是鋪沙的情況下，變形量不大，滿足規范API650的要求。

1.2.2 罐頂板安裝焊接防變形措施

罐頂結構型式為自支撐式拱頂，設計為20片瓜皮板，焊接接頭型式是搭接接頭，瓜皮板沒有加強筋。

在施工為開始前，就認為如果不采取措施，屆時變形會很嚴重。考慮到現場有9臺這種規格的罐，采用數控等離子切割機下了140米的加強筋，加強筋弧度與罐頂內壁相同，規格為寬50mm，厚度12mm，。選用這樣規格的加強筋一方面結合現場實際板材的情況，另一方面，選用厚一點的加強筋，其剛度大，不容易變形，有利于保證罐頂成型的質量。

具體施工工序如下：

第一圈壁板安裝焊接完成→中心立柱安裝→頂部槽鋼圈安裝→根據預先計算值，安裝成型加強筋（使加強筋盡量位于搭接板下側靠近焊縫位置處）→鋪設罐頂板→調整尺寸，組對點焊→罐頂板焊接→附件安裝→拆除加強筋。

安裝過程中，加強筋板的分布要均勻，一定要按照原先計算好的數值進行分布。該罐共設置了20條縱向加強筋，和2圈環向加強筋。縱向加強筋分布位于搭接焊縫下側板處，距離焊縫中心不超過20mm。環向加強筋距離包邊角鋼500mm處一圈，另一圈距離包邊角鋼2000mm，整體上加強筋分布均勻。縱向加強筋中心頂處點焊在頂部的槽鋼圈上，下側點焊在罐壁板上，點焊一定要牢固。加強筋去除后，補焊打磨，凡是與罐體點焊連接的地方均須做滲透檢查，確保沒有問題再進入下一道工序。

確保成型質量，罐頂板內側與加強筋進行點焊，約1000mm處點焊接一點。在焊接罐頂板時，為保證焊后變形量最小，安排焊工人數與焊縫數量成比例。該罐安排了4名焊工，一名焊工完成5條焊縫的焊接。焊接順序是先焊內側焊縫，后焊外側焊縫。焊工均勻分布，同一方向施焊，間斷分步退焊，間斷距離為800mm左右。

1.2.3 罐壁板安裝焊接防變形措施

第一圈罐壁板安裝以及罐頂安裝完成后，后續開始其余5圈罐壁板的安裝焊接施工。

考慮到吊裝過程中罐壁板較薄，容易產生變形。在罐內壁加了脹力圈，一方面防止吊裝過程中產生變形，另一方面保證環縫的組對質量，減小環縫焊接產生的變形，保證罐壁的圓度。脹力圈通常由槽鋼制作，并且分段數量盡可能少比較好。該罐采用了[20a的槽鋼，分3段。該罐由于是不銹鋼罐，脹力圈是碳鋼的，故在槽鋼脹力圈外側包上一層不銹鋼薄板，保證罐壁板免受鐵離子污染。

應用脹力圈時，脹力圈布置的高度以距壁板下邊緣的距離越小越好，綜合考慮壁板在組對、焊接過程中的阻礙因素，固定在距離壁板下邊緣70-80mm的高度。脹力圈放置在緊貼罐壁板的同一高度線上，采用龍門卡板固定在壁板上。該罐采用吊車吊裝提升的倒裝施工，所以龍門卡板不會受很大的力，只須與罐壁板牢固的焊接固定。脹力圈與脹力圈之前用10噸的千斤頂頂死，保證脹力圈與罐壁緊密貼合。每安裝焊接完成一圈板，脹力圈拆下，重新安裝到下一圈板上。

罐壁板的具體的安裝工序如下：

第一圈罐壁板與罐頂板安裝完成后→在第一圈板上安裝脹力圈→第二圈板在第一圈板外側安裝，組對縱焊縫→縱焊縫加防變形立背杠→縱焊縫外口焊接（收口的縱焊縫不焊）→吊車提升→組對收口縫→組對環向焊縫→焊接收口縫外口→縱焊縫內部清根，焊接→根據實際情況局部重新組對環焊縫→環焊縫外口焊接→環焊縫內部焊接→下一圈板安裝。

在壁板安裝過程中，背杠和脹力圈對儲罐壁整體的成型有著很重要的作用。背杠保證縱焊縫的焊接成型，減少立焊縫的波浪變形;脹力圈有效保證了環縫的成型外觀，防止環縫的角變形過大，使得罐壁環縫處局部內凹或外凸。現場采用14#型鋼作為立背杠。

1.2.4 附件安裝焊接防變形措施

由于罐壁板，罐頂板厚度較薄，只有5mm后，對于一些較大的開孔接管安裝焊接，很容易使得罐壁、罐頂板塌陷。包括一些較大墊板的焊接，容易使得罐壁、罐頂板產生變形。

為確保減小變形，一方面采取防焊接變形的措施，另一方面，要求提高接管部件提高開口質量，盡量減少焊接量。在較大的管口安裝點焊上去后，焊接前，在罐內壁接管處，加上弧形板和背杠，減少焊接引起的罐壁變形。

2 施工過程質量控制

施工過程中的質量管理控制主要是施工過程中的一些關鍵的控制點的檢查和焊接質量的檢查。關鍵點的檢查對保證罐整體的質量有很重要的作用;焊接質量對儲罐本體的強度，使用壽命等有著至關重要的作用。

2.1 嚴格按照ITP檢查點檢查控制

在項目前期，編制施工過程中質量控制檢查點計劃，嚴格按照批復后ITP文件對現場施工過程進行有效的之間檢查。根據現場施工工序和實際情況，報出控制點的檢查計劃;由EPC檢查員和業主PMT的檢查員對檢查點的質量進行檢查，檢查合格后進入下一步工序。檢查控制點的設置有效保證了現場儲罐的安裝質量。

2.2 焊接工藝紀律檢查管理

現場出現的很多變形問題，質量隱患都與班組焊工沒有嚴格執行焊接工藝紀律有關系。如果罐頂、罐底、罐壁焊縫，焊工沒有按照交底的工序進行焊接，會產生很大的焊接殘余應力，最終導致罐的成型不好，需要花大力氣和時間進行整形，很大程度上不銹鋼薄板的罐一次性成型是最好的。

在施焊前，對班組焊工進行焊接工藝工序交底;焊接過程中進行巡視檢查。在每天的早會上強調焊接工藝紀律。嚴格執行焊條發放紀律，焊條存放必須使用焊條保溫桶。焊工嚴格按照編制好的焊接工藝指導書（WPS）提供的參數進行焊接。焊接過程中，及時對焊縫進行清理，以保證焊接質量。

在項目施工過程中，安排質量檢查員，項目部施工員進行及時的巡檢，檢查焊接工藝紀律的執行情況，有效的保證了罐本體及附件的焊接質量。

3 總結

綜上所述，通過采取有效的防變形措施和嚴格控制焊接工藝工序，可以有效的保證倒裝法施工的不銹鋼薄板儲罐的質量。與沙特當地其他項目相近規格的正裝法施工的儲罐相比，焊接變形和角變形、棱角度、垂直度、橢圓度都有明顯的提高。

在沙特卡楊NDA項目上，罐區51臺罐，均采用倒裝法施工，倒裝提升手段為吊車提升和電動葫蘆以及部分手拉葫蘆提升。通過采取有效的防焊接變形措施和焊接工藝工序的嚴格控制，不銹鋼罐的成型等質量與沙特卡楊上一個項目其他單位施工的罐相比，有很明顯的提升，獲得了業主的好評，同時罐的倒裝法施工也獲得了業主的認可！

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作者簡介：

周鵬（1987-），男，漢族，江蘇大豐人，本科學歷，從事工程技術工作。