大型LNG储罐中9%Ni钢的焊接施工

黄淑女，王作乾

（1.中海石油气电集团有限责任公司，北京100027；2.中国石油勘探开发研究院，北京100018）

大型LNG储罐中9%Ni钢的焊接施工

黄淑女1，王作乾2

（1.中海石油气电集团有限责任公司，北京100027；2.中国石油勘探开发研究院，北京100018）

大型LNG储罐的内罐采用9%Ni钢焊接而成，9%Ni钢的焊接是安装技术领域的难题。文章介绍了9%Ni钢的化学成分、机械和工艺性能，分析论述了9%Ni钢的焊接工艺和内罐的焊接安装方法，总结了广东LNG储罐和福建LNG储罐的焊接施工经验。

LNG储罐；9%Ni钢；焊接

我国第一座全容LNG储罐容量为16万m3，设计、建造标准为BS-7777，于2004年开工建设，2006年投入使用。全容储罐通常由预应力混凝土外罐和9%Ni钢内罐组成，液化天然气存放在用低温钢板即9%Ni钢焊接而成的内侧有刚性加强结构的开顶垂直圆柱体内罐中。

LNG储罐无论是罐体的结构类型、施工材料还是施工工艺，对于国内施工企业都是全新的。9%Ni钢的焊接是内罐建造的难点，为国际安装技术领域难题，其施工技术在国际上也仅有少数几家公司掌握。但随着国内广东大鹏LNG、福建LNG项目的相继完工投产，对于9%Ni钢焊接技术的掌握有了质的飞跃。

1 9%Ni钢的性能

9%Ni钢是1944年开发的含9%Ni的低碳钢，始创于美国国际镍公司的产品研究试验室，使用温度最低可达-196℃。自1960年通过研究证明不进行焊后消除应力热处理亦可安全使用以来，9%Ni钢就成为用于制造大型低温储罐的主要材料之一。

目前国外应用最多的是以法国阿赛洛公司（ARCELOR）为代表的含镍9%中合金低碳低温钢（化学成分见表1，性能见表2）。这种合金钢的合金元素总含量为5%～10%，在－196℃低温下具有优良的韧性。合金钢的金相组织根据热处理工艺的不同有两种：一种是采用900℃正火加790℃正火加570℃回火，组织为低碳马氏体加铁素体加少量高碳奥氏体；另一种是800℃水淬加570℃回火，组织为低碳马氏体。

合金钢的化学成分对其低温力学性能有很大影响，例如磷会大大增加合金钢的回火脆性，硅和钼的含量也对低温韧性有很大影响。另外，考虑到焊接时的磁偏吹问题，合金钢的钢板采购、处理和运输必须控制剩余磁，到达安装现场时剩余磁最多不能大于5.0×10-3T，同时施工时远离强磁场，并准备消磁设备。

9%Ni钢具有良好的焊接性能，对冷裂纹的敏感性很低。要保证焊缝高强度及低温韧性，焊接时严格控制焊接参数，特别是预热、层间温度及热输入。通常厚度小于50 mm的焊缝无需预热，焊前温度高于10℃即可，层间温度控制在150℃以下，以避免焊缝热影响区韧性的下降，同时焊缝金属属于奥氏体材料，可避免热裂纹的产生。

表1 标准中规定9%Ni钢的化学成分/%

表2 标准中规定9%Ni钢的机械和工艺性能

2 内罐焊接施工

最常用的LNG储罐焊接方法是手工电弧焊（SMAW）和埋弧自动焊（SAW）。储罐的环缝采取埋弧自动焊，立缝采取手工电弧焊。埋弧自动焊和手工电弧焊各有特点，手工电弧焊可适用于各种位置焊接，但效率较低；埋弧自动焊具有很高的熔敷效率，但只适用于平焊及横焊位置。采用合适的焊接方法和焊接材料以及正确的焊接规范参数，可以获得满意的焊接结果。罐壁的对接立焊缝采用背衬的手工电弧焊工艺，对接环焊缝采用埋弧自动焊工艺，而罐底板的焊缝采用手工电弧焊工艺。

LNG储罐内罐罐壁有10层，钢板高度3.5m左右，每层22块，现场焊接，内罐壁板呈圆筒形结构，直径为80m，高度为35.43m。内罐壁板为变截面厚度，壁厚12～24.9 mm，底层厚度24.9 mm，上部逐层减薄，最上4层为12 mm，总质量为1 113.9 t。底板最外圈为环板。板的卷制、坡口准备已加工完成，施工时由下至上逐层安装、焊接。吊装采用吊车及罐顶电动绞车。

安装过程如下：第一带的内罐直径比理论值大21 mm，通过楔子和螺母顶起罐壁板，在罐壁和罐底弧板间加厚6 mm薄垫片，既方便焊工对罐壁立缝底部的施焊，又对大角焊缝起到保护作用，这对应力集中的大角焊缝极为重要。用厚3 mm的薄垫片固定，以保证环缝间焊缝的根部间距。由于环缝采用埋弧自动焊完成，在T形焊缝处与手工电弧焊处容易形成夹渣、未熔合等缺陷，因此在手工施焊前对坡口进行打磨、清理异物尤为重要。罐壁的立缝可使用倒链和夹具组对。应对立缝进行背部清根。立缝的根部焊缝应从底部之上1 m加背衬向上施焊，以保证焊缝的间隙不会在焊接过程中收缩变小。焊接参数应按照焊接工艺评定进行控制。安装完第一带后按照图纸组对第二带壁板。吊装组对3张钢板后，用夹具、点焊调节立缝，在正式焊接前检查第二带的垂直度。先施焊立缝，再组对第一个环缝，点焊，去除3 mm的薄垫片，随后焊接第一个环缝。应尽快进行无损检测，及早确认焊缝质量。4张壁板的环缝完成之后，即可开始下一带罐壁的组对和立缝的施焊，以加快施工进度。临时支架去除后，对罐壁做渗透试验。

3 经验总结

焊接直接决定了内罐的质量，经过广东LNG、福建LNG储罐的建造，总结出以下经验：

（1） 焊接工作量大。一台16万m3的低温LNG储罐，内径80 000 mm，结构总质量约1 800 t，焊缝总长度约10 000 m，需相应的焊条18 t、埋弧焊丝6 t/焊剂7 t，X射线片26 000张（双片）。

（2） 焊接环境差的应对措施。外罐与内罐间距仅1 m，在焊接内罐时预应力混凝土外壁已经完成，并且9%Ni钢板的板幅宽超过3.5 m，因此对焊接设备的规格、性能以及焊接工艺提出了更高的要求。为了保证焊接质量，在焊接前，必须选择合格并富有经验的焊接人员，进行现场培训，考试合格，取证上岗作业；焊接时严格执行相应的焊接程序，并有专人进行焊接参数测量，保证程序的严格执行。

（3） 焊接材料的匹配。如选用与9%Ni钢化学成分相近的焊缝金属合金系统，焊缝金属的低温韧性会比母材低得多。选用镍基合金焊接材料，焊缝组织为奥氏体，但强度较低，焊接时对热裂纹敏感性高，熔深较浅，控制不当易产生未焊透及熔合不良等缺陷。我国第一座大型LNG储罐9%Ni钢板（ASTM A553M TYPE I）的焊接在采用手工电弧焊时，选用直径3.2 mm的ENiCrMo6焊条；采用埋弧自动焊时，选用Thyssen Marathon 104熔剂和ERNiCrMo-4 Φ2.4 mm焊条。

（4） 直流焊接时磁偏吹现象的预防。9%Ni钢属强磁性材料，用直流电源焊接时会产生磁偏吹现象。预防措施是：焊接母材从钢厂运到工地的过程中，要避免磁化，不允许用磁力起重机。焊接过程中合理连接地线和焊接电缆，注意电缆的走向和布线方式，同时电缆线不要和工件表面接触，可采用绝缘支架的形式架离表面；在焊完一层焊道后，测量焊缝的各点剩磁强度，若超标则应采取去磁措施。

[1] 贺星耀.LNG工程中0Cr18Ni9钢的现场焊接及质量控制[J].焊接技术，2003，32（4）：61-65.

[2] 丁文斌，李凡，曹军，等.LNG低温储罐用镍钢焊接技术研究进展[J].中国造船，2007，48（B11）：122-127.

Abstract:The internal tank of a large scale LNG storage tank is made of 9%nickel steel by welding,and the steel welding is a very difficult problem in installation technology.This paper introduces the chemical composition,mechanical property and process performance of 9%nickel steel,discusses its welding process as well as the welding and installation methods of the internal tank,and summarizes the construction experience of LNG tanks in Guangdong and Fujian projects.

Key words:LNG storage tank;9%nickel steel;welding

（62）Welding Construction of 9%Nickel Steel Used for Large LNG Storage Tank

HUANG Shu-nu··（CNOOC Gas&Power Group，Beijing 100027，China），WANG Zuo-qian

TE972.5

B

1001－2206（2010）05－0062－02

黄淑女（1978-），女，浙江绍兴人，工程师，2005年毕业于中国石油大学（北京），获硕士学位，现从事LNG工程建设项目管理工作。

2009-11-05