控制大型储罐双盘浮顶组焊平整度的创新

韩志勇 中国石化集团南京工程有限公司 江苏南京 210046

控制大型储罐双盘浮顶组焊平整度的创新

韩志勇 中国石化集团南京工程有限公司 江苏南京 210046

储罐 双盘浮顶 焊接10万m3

随着国家石油储备战略的实施，大型10万m3原油储罐建设逐步增多。2004～2005年在镇海国家石油战略储备基地建设中，南京工程公司（原二建公司）承建了24台10万m3双盘浮顶原油储罐。此次设计的单台双盘式浮顶总重约400t，由浮顶底板、桁架、浮顶顶板组成，浮顶上表面呈“W”形结构，整个浮顶被环舱隔舱板和径向隔舱板分隔成6圈环舱73个独立单舱，环舱板间距约为7m。浮顶顶板和浮顶底板设计厚度均为4.5mm，桁架是采用∠70×45×5的角钢拼装而成，桁架的周向间距为1.5m左右。按设计要求，浮顶底板和顶板的凹凸变形均需控制在10mm之内（采用1m直尺检查）。

1 双盘浮顶施工的特点和难点

10 万m3储罐的双盘浮顶平整度是施工水平高低的标志，干好浮顶储罐，控制好浮顶平整度，具有重要意义。双盘浮顶施工具有以下特点和难点：

（1）10万m3储罐双盘浮顶直径达80m，环向隔舱板间距为7m左右，桁架周向间距为1.5m左右，而浮顶底板和浮顶顶板的板厚设计仅为4.5mm。在加固支撑较少，面积庞大的整体焊接中保证薄板的焊接凹凸变形小于10mm（1m直尺样板检查），是施工技术重点和难点。

（2）双盘浮顶焊接整体面积大，焊接引起的收缩变形将难以释放，易导致浮顶因焊接收缩产生较大的波浪变形。

（3）浮顶板很薄，厚度仅为4.5mm的双盘浮顶板，单纯的焊接方法很容易使钢板产生波浪变形。

（4）浮顶加固支撑稀少，浮顶的支撑骨架主要为桁架及隔舱板，但桁架间距及环向隔舱板间距仅满足了浮顶强度的需要，并未完全考虑浮顶施工后的焊接变形。

（5）浮顶的焊接量较大，浮顶底板焊接要求为仰面隔200mm焊100mm的断续焊，正面要求为满焊，且设计要求与油介质接触面的正面密封焊缝要求焊2遍。

（6）当时国内大型双盘浮顶施工的经验也很少，缺乏相应成熟的施工经验和技术资料，也还存在很多需要改进之处。

2 控制双盘浮顶平整度的工艺创新

针对10万m3储罐双盘浮顶施工的特点和难点，公司将双盘浮顶平整度控制作为技术攻关项目，成立了QC小组，着重解决如何控制双盘浮顶平整度这一技术难关。经过小组的两次PDCA循环等质量活动，探索出一条控制双盘浮顶平整度的工艺创新之路。

2.1 控制好桁架及隔舱板的刚性固定，防止焊接自身波浪变形

为控制好采用桁架及隔舱板的刚性固定，尽量减少浮顶板焊接时的收缩变形，以及充分利用稀少的桁架及隔舱板作为加固支撑控制焊接过程中的自身波浪变形就成为关键。

QC小组根据规范标准、结合施工实际，研究决定：采用浮顶底板与桁架同时组装焊接的办法，待浮顶底板和桁架施工完后，再逐张铺设浮顶顶板。即施工完浮顶桁架后，充分利用桁架及隔舱板将整个浮顶分隔成无数个小型区域，并利用桁架及隔舱板作为小型区域的四周刚性固定体，最后在各个小型区域内单独焊接浮顶底板。

2.1.1 初定施工流程

初步制定的浮顶施工流程为：由内向外分为中心舱、第一舱、第二舱至第六舱；搭设浮顶临时台架→铺设浮顶底板→组装第一圈桁架及隔舱板→组装第二圈桁架及隔舱板→焊接第一圈桁架及隔舱板→组装第三圈桁架及隔舱板→焊接第二圈桁架及隔舱板→……→组装第五圈桁架及隔舱板→焊接第四圈桁架及隔舱板→组装第六圈桁架及隔舱板→焊接第六圈桁架及隔舱板→最后焊接第五圈桁架及隔舱板。

2.1.2 实施预案

针对可能出现的径向上的凹凸变形，制定了相应预案。

（1）桁架预制的变形易导致组装应力的产生。为了克服桁架预制时因焊接产生的弯曲变形，制作专门的桁架焊接反变形胎具，桁架预制焊接前固定在反变形胎具上进行焊接，确保桁架焊接后的直线度。

（2）原材料的抛丸防腐方式是单面抛丸，单面刷漆，易受热起拱变形。为此要求更改抛丸方式，改单喷单防为双喷单防，另一面则在现场安装后进行防腐，以保证浮顶板防腐后的平整度。

（3）采用手工电弧焊，焊接变形相对较大。为此顶板焊接采用焊接变形较小的气体保护焊焊接工艺，严格控制热输入量；考虑到浮顶底板是接触油的密封焊缝，且焊接时外界环境差，易产生缺陷，底板的焊接仍采用不易产生缺陷的电弧焊焊接，在焊接时严格控制热输入量。

（4）局部焊缝较宽，焊接后的热膨胀区域大易导致变形。为此控制焊缝宽度，规定焊缝焊接后的最大值，要求在保证焊接质量的前提下尽量将焊缝焊窄，安排专人跟踪检查监督。

（5）为了杜绝焊接人员不均布、不同步，焊接流程不统一，前后倒置现象的发生,详细编制焊接流程，进行专项技术交底，使焊工明确焊接工艺流程，了解各部位焊接的先后顺序，注重焊接速度的控制，安排专人统一协调，关注焊工的动向。

（6）背杠使用方法不能随浮顶板变形样式变化，不能将凹凸变形处充分延展。为此安排专人在现场进行讲解，技术交底，使施工人员领悟背杠的作用，达到真正会使用背杠进行浮顶板的找平的目的。

2.1.3 实际施工中的调整

按照确定的方案，对首先施工的T30、36罐进行了浮顶的安装，经检测，浮顶顶板测量257点，合格254点，合格率为98.8%。浮顶底板测量515点，合格515点，合格率93.8%符合规范要求，其中第三—六环舱测量425点，合格率98.6%；但浮顶中心部位的一、二环舱舱底板测量124点，合格率86.8%，说明底板仍有变形，不够平整，有待改进。

通过第一次PDCA循环，将浮顶底板分成若干个小型区域，并利用桁架及隔舱板作为四周刚性构件拘束体进行组焊，以及将浮顶顶板逐张铺设的的施工方案基本是正确的。浮舱底板及顶板的平整度都得到了很好的控制，达到了预期的效果。

2.2 解决好浮顶舱底板的平整度

2.2.1 影响浮顶舱底板平整度的主要因素

为了纠正和提高浮顶舱底板的平整度，QC小组进行了第二次PDCA循环。经过QC小组成员对浮顶底板的平整度变形原因等进行综合分析，主要因素如下：

（1）浮顶的组焊流程还存在问题，外围环舱在焊接过程中会向内收缩，从而引起内部环舱的相互挤压，变形释放不出去，这是导致浮顶底板变形最根本的原因。

（2）浮顶施工工艺不熟练，施工进度较慢，整个浮顶尤其是浮顶底板部位，经过长期的摆放，经受的热胀冷缩变形几率大大增多，内应力的相互叠加也是造成浮顶底板变形的一个因素。

（3）浮顶中心部位（一环舱）存在一个直径2.4m的中心筒，由于设计仅在中心筒内部上下方各设置了两根12×100× 2400mm的扁铁，对中心筒的刚性加固并未起到太大作用，焊接残余应力使中心部位变形十分严重。

2.2.2 解决好浮顶舱底板平整度的措施

为解决底版平整度问题，QC小组制定了相应措施：

（1）重新制定浮顶施工工艺流程，改浮顶从中心向四周扩散安装为从中部向内外延伸安装，即从原先的中心一舱开始施工改为从中部的三舱开始施工，施工顺序为：三舱→四舱→五舱→六舱→二舱→一舱。外舱施工时，保证一二舱内的浮顶底板先不点焊，使其变形可以自由释放。同时，三四五六舱的拘束度更保证了一、二舱的平整度。

（2）按照新的工艺流程并结合以往的总结经验重新进行技术交底，使每名工人及管理者熟悉工艺流程，更好的保证施工顺利。

（3）对浮顶施工人数进行合理配置，确保一定的劳动力，保证浮顶顺利施工。

（4）预制时，对中心筒重新进行加固，保证中心筒的强度，防止焊接时的收缩变形带动底板变形。

3 实际效果

经过改进后的施工方案在T29罐上实施，经过45d的浮顶施工，在浮顶的最终测量中，整个浮顶底板共抽查509点，仅在最先施工完的第三舱内发现了3处不合格点，其它发现了2处不合格点，合格率达到了98.2%，较好地完成了预先制定的目标。

经过两次PDCA循环，圆满完成了双盘浮顶平整度控制攻关任务，在后续浮顶的施工中，各浮顶均表现出较高的平整度合格率，整体合格率达到了98.5%以上。通过镇海国家石油储备基地24台10万m3双盘浮顶原油储罐的施工，总结了一套完整的大型双盘浮顶油罐双盘浮顶施工工艺，填补了公司大型双盘浮顶施工工艺的空白，为后续工程的施工提供了宝贵经验，同时由于工艺的不断优化，单台罐浮顶施工工期保持在45d左右，加快了工程进度，取得了良好的经济社会效益。

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