15×104 m3原油储罐焊接施工中的质量监控——白沙湾原油商业储备基地工程储罐施工

吴世东

(石油化工工程质量监督总站管道储运分站,江苏徐州 221008)

15×104m3原油储罐焊接施工中的质量监控
——白沙湾原油商业储备基地工程储罐施工

吴世东

(石油化工工程质量监督总站管道储运分站,江苏徐州 221008)

阐述了在上海白沙湾原油商业储备基地工程建设中,采用国产 08M nN iVR钢材建造 15×104m3大型储罐的实践。国产高强钢板材在 15×104m3原油储罐(第 1～6节罐壁)工程焊接施工中尚属国内首次应用。如何保证新型钢材焊接施工的质量是关键问题,石油化工工程质量监督总站管道储运分站,与参建各方一起,采取了严格的事前预控、事中监督、事后检查,目标明确、措施到位等手段,保证了施工的顺利进行,为国产钢材在建造大型储罐提供了可借鉴的经验。

原油储罐;浮顶罐;焊接;监视控制质量

1 工程概况

中国石化白沙湾原油商业储备基地工程——上海白沙湾油库工程共建 4台 15×104m3原油储罐,结构形式为双盘外浮顶,罐内径 100m,高 21.8m,单罐最大盛装容积 15.8×104m3。4台储罐在高强钢板的选用上,采用了国产高强度钢板 08M nN iVR (SR)。单台储罐的重量约为3 150 t,第一节壁板的厚度为 40mm。国产钢板 08M nN iVR用在 15×104m3原油储罐施工中尚属国内首次。

2 工程特点

a.厚度在 40mm的 08M nN iVR钢板的焊接,没有现成的焊接工艺可循,必须针对性的制作适应本工程项目的焊接工艺;

b.板材在坡口切割参数控制上要求十分严格,直接影响到焊后罐体几何尺寸的控制;

c.必须处理好大线能量焊接引起的低温冲击韧性等问题。要确保线能量的控制参数,在强制性标准 GB 50128-2005《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》[1]的要求范围内;

d.在集中的安装时间内工作量大,罐主体焊接量约为 20 000m;主体的焊接在雨季进行,受到雨季施工条件的制约,而国产高强钢本身对焊接环境的温度、湿度要求同样十分严格,因此增加了现场实施的难度,必须认真对待。为保证施工的顺利进行,有必要先行试点和攻关。

3 工程质量控制要点

为确保 08M nN iVR钢板的焊接施工质量[2],质量监督方面与建设、监理、施工单位三方共同从两方面来落实:一是事先周密预控;二是事中细化检查。

3.1 事先预控

3.1.1 落实焊前准备工作

从管理角度对国产高强钢板的试验性应用在焊接工艺控制环节上把关。对白沙湾油库 15×104m3原油储罐工程宝钢高强钢板 08M nN iVR焊接工艺评定;并将产品焊接试板在 35 d内连续完成 42组试件的试验工作,要求 100%RT射线检测结果达到Ⅱ级为合格,力学性能检验结果要全部符合设计要求方可。在完成大量焊接模拟试验的基础上,试验确定了焊接电流、电压、速度、层间温度,保证了焊接线能量﹤ 100 kJ/cm。最后由浙江大学化工机械研究所对产品焊接试板进行了力学性能检测,结果符合设计要求。

通过对白沙湾油库 15×104m3原油储罐工程高强钢板 08M nN iVR焊接工艺评定及产品焊接试板试验结果审查;在技术论证与科学试验的基础上,审定了针对该种国产高强钢厚板材的气电立焊、埋弧横焊、开孔板接管气保焊等多份焊接工艺规程;在工艺规程的基础上,新编制了有针对性的焊接作业指导书,一线施工时可根据焊接位置、材质、厚度、组对材料、方法,确定选用。焊接工艺规程与焊接作业指导书全部报工程质量监督组备案;监督组将作业指导书的执行情况列入工程质量巡检的重要内容,在主体施工时加密实施监督和无损检测结论情况的跟踪。

3.1.2 抓好材料报验

认真监督进场材料报验。根据设计文件及钢板订货技术条件《钢板 (宝钢产)供货技术条件》的要求,对所到材料进行 100%外观检查、对抽查板进行100%力学性能抽检[3]。对有缺欠的钢板 (2张,占0.5%)全部进行退场处理,建设、施工、监督、监理四方统一保持认识、目标、步调一致。

3.1.3 做好储罐壁板预制

所有预制储罐壁板坡口均采用数控龙门切割机——氧乙炔火焰加工,有效地保证了板材下料的几何尺寸和坡口精度。热加工后采用磨光机去除坡口淬硬层,并依据设计要求对 08M nN iVR(SR)板材的焊道坡口进行 100%着色检查,必须Ⅰ级为合格。壁板滚制时有专职检验员进行检查,预制中对合格的进行逐张编号,严格执行质量管理制度,确认无误后才能进入到安装现场。预制质量的控制,大大减轻了板材现场检查的工作量,为储罐焊接大量采用自动焊、达到理想的焊接质量提供了先决条件。

3.1.4 开孔弧板的预制

开孔弧板的预制是储罐主体安装中的另一难题,工艺要求严格,其中控制壁板焊接变形及热处理后各项几何公差不超标,是重点与关键。施工单位为40mm厚 08M nN iVR底节钢板开孔弧板的制作与接管的焊接[4],在以往热处理规程的基础上,进一步自主拟定了“40 mm厚 08M nN iVR钢板热处理——壁板单炉高效热处理”等一整套加工工艺规程,制作专用孔板预制胎具,焊前做好反变形、严格控制部件与底节壁板焊接的层间温度,焊接完毕孔板连同胎具一起整体进行消氢热处理,有效解决了焊接应力消除和厚板焊接变形问题,厚壁孔板预制的变形量,控制在设计给定值的 50%～70%。

3.1.5 严格施工组织

在编制施工组织设计的基础上,进一步细化施工方案:分别编制了储罐制安、焊接技术、底板壁板附件质检、配套管道焊接技术、上水试压、防腐技术、消防试运等方案,技术方案文件齐备。严格焊工培训及考试取证,在施焊前,对上岗人员全部再进行厚板试焊,取得感性认识,保证有足够数量的合格焊工[5];整个主体施工阶段,安排焊接机组 13个;由有经验的焊接技工带班,焊接自检记录每天进行检查。焊材准备充足,质量证明文件完备,进场报验手续齐全,保管、领用对号入座,认真执行焊材管理制度[6]。

3.2 事中监督

抓好储罐主体安装中施工规范、工艺规程的执行情况。

工程质量监督组在质量监督巡检与信息反馈中,跟踪了解施工单位项目部在储罐主体安装中对上述规范、规程的执行情况,掌握储罐施工生产一线对这些规程的落实情况,检查现场操作者填写的组对、焊接等工艺参数的遵守情况,进场施工记录,使储罐主体安装的质量控制始终处于良好的受控状态。

3.2.1 施工过程中的质量监督

施工过程中的质量监督主要是抽查焊接施工既定程序是否执行到位,罐储主体焊接施工有八大主要程序[7]:总的焊接施工;罐底边缘板的焊接;罐底中幅板的焊接;罐底边缘板与中幅板之间的龟甲缝焊接;罐底边缘板与罐壁之间的大角缝焊接;壁板立缝的焊接;壁板环焊缝焊接;浮顶焊接工艺等程序,各程序必须选用对应的焊接工艺及焊接工艺参数。焊接机组的自检、互检,监理工程师专检是否落实;监理工程师对重要关键工序的旁站是否到位,如对焊缝返修后及返修后的复探等,均是监督工程师巡检监督的必查点。

罐底边缘板与罐壁之间的大角缝焊接,焊接程序见图1所示。

3.2.2 控制好焊接参数

大角缝焊接工艺参数见表 1。

图1 大角缝焊接的施焊顺序

表1 大角缝焊接工艺参数

壁板纵缝的焊接步骤见图 2所示。

图2 壁板纵缝的焊接

3.2.3 各圈选用焊接工艺评定

各圈选用焊接工艺评定编号及焊接工艺参数[8]见表 2。

表2 焊接工艺评定编号及焊接工艺参数

3.2.4 焊接方法

焊接方法要求必须做到第一圈纵缝焊接起弧时,在起弧处上下 50mm高度和焊缝中心线两侧各100mm范围内,采用液化气焰进行预热,其预热温度为 100～150℃。一侧焊完后采用磨光机清根,个别熔透不好的部位,采用清根后补焊,然后进行背面焊接。

其他各圈高强度钢板纵缝均要求预热,预热温度达到 100～150℃;焊接过程中停止而重新起弧时,接头要用碳弧气刨将缺陷清除干净,并用焊条电弧焊焊接填满,保证焊道始端和终端的质量。第一、二圈纵缝焊接分两次成型;第三至八圈纵缝从内侧进行单面焊接背面一次成型;3台焊机沿周向对称分布,朝同一方向自下而上进行焊接;第一、二圈纵缝双面焊的对接接头在背面焊接前用磨光机打磨清根,然后进行 PT检测。

这些程序是否很好得到贯彻实施是监督组巡检的重要内容,并做好巡检抽查记录。

4 焊接控制措施及质量监督

4.1 跟踪控制

在罐主体施工过程中,质量监督组对施工进行同步跟踪控制,如检查 T-20罐主体监控几何尺寸见表3。

监督施工过程中,共发现不合格点 105点,在施工过程中及时整改,全部符合设计及规范 GB 50128 -2005要求。

主要是 100%检查控制方案,具体控制量设定值是经验值,在焊接组对各工序中再对应落实。

表3 T-20罐主体监控几何尺寸 mm

4.2 罐底中幅板收缩量控制

主要是装配和焊接的顺序控制:罐底中幅板敷设要首先确定中心位置,然后敷设通长板,再敷设纵向板,依此顺序敷设。采取无背杠的组装工艺,焊接顺序为先短后长,控制收缩量大的先进行焊接,收缩完成后达到应力释放,再进行通长焊缝组对,从中心向边缘依次进行的焊接,罐底焊接顺序见图 3。

图3 罐底焊接顺序

4.3 罐壁纵向焊缝角变形的控制

坡口形式、焊接电流影响罐壁角变形的大小。双面焊接的坡口形式无须采取反变形控制,单面焊接双面成型的纵向焊缝,采用向坡口外向做反变形组对的方式。单面坡口焊接双面成型,为内侧焊接,外侧采用固定式水冷铜垫板封底,使焊缝强迫成型,容易使焊缝外侧产生外凸。所以采用预反变形处理,组对使焊缝内凹 4～5mm,保证焊接后立缝棱角符合规范要求。

4.4 浮顶焊接变形的控制

浮顶组装,浮顶底板敷设完毕后,自第三舱开始组装,依次进行二、四舱组装,焊接从第三舱开始,先焊接立焊缝,再焊接间断焊缝、底板焊缝。

5 质量监督

雨季焊接施工过程中的质量监督,主要是巡查防护措施的落实。为保证白沙湾油库尽快建成投用,必须处理好雨季施工的技术难点,作为监督单位主要是抽查焊接施工中防护措施的落实情况及 GB 50128-2005所规定的焊接环境是否得到落实。防护措施不落实的,不得进行焊接。

5.1 罐底边缘板和横缝的焊接

对于罐底边缘板焊接,根据焊道焊接位置搭设局部防护棚,防风、防雨;全程连续。

横缝焊接 0℃以下时,根据焊接工艺评定,需要预热。具体焊接工艺是:横焊车采用全封闭,焊枪前200mm,有 1部同步行走的预热枪头,当预热效果差时采取预热枪头进行加热,保证预热温度不低于100℃。

5.2 纵焊缝的防护

对于纵焊缝的防护,必要时可将纵焊缝小车完全封闭,保证焊接施焊小环境温度与湿度,也防风、防雨。

5.3 无损检验

对于 1～3节壁板纵缝和 1～3节环缝的焊接,增加无损检验手段,100%UT和 100%M T复查。在充水试验后,对罐底大角焊缝及开孔接管、底圈壁板立缝再次UT、M T检测。

5.4 岗位责任制的细化

在焊接机组,强化了岗位职责,焊接高手比学赶帮超,每岗焊工增加测温笔随时检测;附件在施焊过程中须随带符合要求的焊条保温筒;引弧应在焊道内侧,严禁在焊道以外的部位引弧;间隔焊的焊缝和间隔长度均匀一致;罐底中幅板的焊接全部采用CO2气体保护焊打底,然后添加碎焊丝进行埋弧自动焊盖面;埋弧焊两端预留的 200m焊缝待根部焊道检测合格后,用焊条电弧焊焊接完成。08M nN iVR钢板之间及 08M nN iVR与 16M nR之间的焊缝在焊接完成后至少间隔 24 h才进行无损检测。

6 结论

白沙湾油库 4台 15×104m3国产原油储罐工程,通过第三方(上海金地勘察设计院)对罐充水过程的沉降观测[9],检测各项参数均在《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》及设计允差范围之内,具体数据见表 4。

表4 罐充水过程的沉降观测检测数据

整个焊接施工,经第三方检测结论是一次合格率达到 98%以上。可以说,本工程的顺利完成,探索了在工程建设中采用国产 08M nN iVR钢材建造大型储罐的实践,为国产钢材在建造大型储罐方面提供了可借鉴的经验。

通过施工过程全程监控,对国产新材料(08M nN iVR)钢板的使用,得出如下结论:

优点:钢板的可焊性较好。

缺点:在材料理化检验时,如做弯曲试验就发现强度不均匀;内应力比较大,沿板位置分布不均,下料、喷砂、卷板、焊接中均出现过较小的不均匀变形。

经上述对比可以看出,目前国产钢板所存在的问题与进口钢板相比存在的具体差距。但上述问题出现的变形参数均在 GB 50128-2005《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》允差范围之内。

[1] GB 50128-2005,立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范[S].

[2] GB/T 12468-1998,焊接质量保证对企业的要求[S].

[3] GB 50341-2003,立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范[S].

[4] 李亚江,刘 强,王 娟.焊接质量控制与检验[M].北京:化学工业出版社,2006:36-42.

[5] 徐至钧,燕一鸣.大型立式圆柱形储液罐制造与安装[M].北京:中国石化出版社,2003:152-168.

[6] 吴世东,袁光碧.立式钢质浮顶原油储罐冬季焊接施工中的质量监控——天津南疆油库储罐工程罐体施工[J].天然气与石油,2009,27(2):21-24.

[7] SY/T 0606-2006,现场焊接液体储罐规范[S].

[8] SH/T 3530-2001,石油化工立式圆筒形钢制储罐施工工艺标准[S].

[9] SH/T 3123-2001,石油化工钢储罐地基充水预压监测规程[S].

Qua lity Con trol in W eld ing Con struction of 15×104m3C rude O il Tank——Ba ishawan C rudeO ilComm erc ia l Reserve Base Tank Con struction

W u Shidong(Petro leum and Chem ical EngineeringQuality SupervisionM aster Station Pipeline Transportation B ranch,Xuzhou,Jiangsu,221008,China)

Introduced isBaishawan Crude O il Comm ercial Reserve Base Tank Construction in Shanghai,inwhich large 15×104m3tanks arem ade of dom estic 08M nN iVR steelp lates.It is the first tim e thatwelding construction is conducted in the dom estic high strength steelp latesused for15×104m3oil tanks(from section 1 to 6).The critical issue is to assure thewelding construction quality of the new type steel p lates.Togetherw ith parties invo lved in the construction,Petro leum Chem ical Engineering Quality Supervision General Station Pipeline Transportation B ranch has taken suchm easuresas strictp recontro l in advance,supervision duringwelding construction and inspection afterweld ing construction to assu re smoo th construction,which p rovides som e reference experience fo r using dom estic steelp lates in constructing large tanks.

Crude oil tank;Floating roof tank;W elding;Quality contro l

1006-5539(2010)06-0017-05

A

2010-07-15

中国石油化工股份有限公司重点工程项目资助(2008-10)

吴世东 (1956-),男,山东潍坊人,工程师,大专,主要从事石油化工工程质量监督工作。

NGO,2010,28(6):17-21