立式圆筒形焊接油罐底板焊接变形分析

鲍善彩，南航空，张秀静

中国石化管道储运分公司鲁宁输油处，山东 邹城 273500

立式圆筒形钢制焊接油罐是存储液态石油及化工产品的重要设备。罐底板因其承受的载荷复杂，且易受内部介质和外部环境的腐蚀，所以罐底板在整个油罐中是极为关键的部件。如何保持罐底板的完好，对于整个油罐的安全运行意义重大。油罐底板上承罐壁，下压基础，雨水冲刷，含油污水浸泡，工作环境恶劣，是整个罐体上所有部件中最容易损坏的地方，油罐相当一部分缺陷都出现在罐底上。罐底出事故，轻则渗漏油，重则底板大面积撕裂，成千上万方油品外泄,而且检修起来也难度最大，检修成本也高。因此，探索科学成熟可靠的罐底检修技术在工程实践中具有重要意义。本文结合多年的油罐大修实践，认为要搞好罐底检修，应重点把握如下几个环节。

1 罐底检测

罐底检测数据是罐底检修的重要依据。通过检测掌握罐底的几何变形和腐蚀状况，为制定检修方案提供可靠依据。中幅板有时表面看起来腐蚀变形严重，其实可能仍在规范允许的范围之内，而边缘板表面有时看起来还不错，可实际几何变形和腐蚀已经超过了规范的要求，只有通过检测才能作出正确的判断。

1.1 几何形体检测

由于施工误差及基础不均匀沉降，实际的几何形状与理论上的几何形状相差甚远，有的正圆锥形变成了锅底，底板凹凸不平，有的不均匀沉降量多达几百甚至上千毫米。通过罐底检测可以对变形作出定量分析。

1.2 腐蚀检测

罐底板的腐蚀检测常用的有超声波厚度检测和漏磁检测。超声波厚度检测数据比较准确，但取点的随机性大，检测覆盖率低，底板下表面腐蚀不容易检测到，只能大概反映整体腐蚀情况。漏磁检测技术检测覆盖率高，检测准确率易受外部因素影响，地板下表面腐蚀容易被检测出来。最好的办法是二者结合起来进行检测，这样可以大大提高检测准确性，同时，地板下表面的腐蚀坑也不容易漏掉。大修油罐往往建罐时间较久远，施工验收标准不同，老标准可能符合要求，但新标准超标。针对这种情况往往有两种处理方式，一种是整治达到新标准的要求，另一种是根据SY/T5921 第10.2.1条的规定，罐体的几何形状和尺寸偏差可在满足油罐安全运行要求的条件下，经与设计和建设单位共同分析评估，根据实际情况作适当的调整。分析评估时，检测数据就是一个重要的依据。

2 罐底技术评定

评定应严格按照有关标准进行。但大修中经常会遇到这样那样的问题，超出了规范的范围，或规范中有规定但无明确规定，如SY/T5921-2000《立式圆筒形钢制焊接油罐修理规程》5.3.1罐底板评定e）当罐壁板根部沿圆周方向存在带状严重腐蚀时，应考虑切除严重腐蚀部分并更换边缘板。这只是一个定性的规定，在施工中往往要定量，就要经过专家评定。对边缘板的变形和腐蚀情况在必要时还应进行力学分析。

3 制定合理的检修方案

罐底的几何变形，应分析造成此变形的原因，采取不同的处理措施。如果是由于罐基础的不均匀沉降引起的，就要对罐基础进行整治。如果不是，那么一般来说就是由罐底板原始施工造成的。可根据不同情况制定罐底整修方案。对罐底（包括底圈罐壁，因为二者底部互相连接）一般有以下几种情况值得注意。

3.1 边缘板

1）一般情况下尽可能不更换边缘板；

2）非更换不可时尽量少换；

3）大部腐蚀严重超标时才全部更换。

边缘板更换技术难度大，施工质量不易保证，由受力分析可知此处不仅受环向应力而且还受弯曲应力，大角焊缝局部还存在较大的焊接应力。

3.2 中幅板

一般情况下距离罐壁较远，受大角焊缝弯曲应力的影响极小或没有，因此可以说不受力，只要最小厚度符合规范要求可不处理。主要应控制不得有渗漏，凹凸变形要小，以减小局部积水，减轻腐蚀。

4 罐底板变形控制措施

罐底凹凸变形的控制一直是罐底板施工中的一个大问题。对新建罐如此，对大修罐更是这样。与新建罐的不同在于变形的主因已不再是基础的不均匀沉降。大修罐一般都已运行一个大修期5年～7年以上，沉降多已完成。因此主要是如何控制施工变形是主要的，施工顺序和所采取的措施。这就要了解变形产生的原因和规律。

罐壁与底板之间由双面角焊缝连接，角焊缝的焊角尺寸也较大，焊后产生较大的收缩力，很容易使罐底产生失稳变形，使之离开基础向上面拱起，有时高达几百毫米。罐底周边大角焊缝的周向收缩也是罐底板产生凹凸变形的重要原因之一。

大修罐底板的焊接是在有约束的状态下施工，对工艺和变形都有影响。焊接顺序为先焊短焊缝后焊长焊缝，用定位板固定中幅板通长焊缝，为减小焊接应力集中，封底焊应隔一道焊一道。焊接顺序由罐中心向四周均匀对称的进行。中幅板通长缝组焊焊接顺序由罐中心向四周采用分段退焊法。

罐底大角焊缝组焊，应在第一圈壁板环缝组对完后再焊，并由多名焊工对称进行分段焊，先焊内侧底层，再将外侧焊完，最后再将内侧焊完。

龟甲缝采用多段逆向大幅度跳焊法，每名焊工所焊的一段，又细划分为若干小段，每一段约为一根焊条的长度，采用逆向分段完成。这种施焊法集中了分段退焊法和跳焊法的优点，可使焊接热作用更加分散和使底板受热均匀，从而减小焊接变形。

5 罐体与周边工艺和消防管网的连接的约束与调整

更换罐底边缘板后，有时对基础也进行了整修，这时管线的标高与罐体的标高不同了，必须对管网或罐体的高进行调整以防止连接处局部受力过大。通常是罐体降低了时适当加高罐基础，或降低罐前阀阀墩。

6 效果检查

焊接变形的控制效果要通过检测来实现。首先按照现有规范要求，检查、检测焊接质量是否合格。其次对罐底凹凸度、罐壁垂直度和水平变形情况进行检测，检测结果应符合规范要求，老罐的检修应在消除缺陷的基础上使变形比修理前有进一步改善。

7 结论

1）罐底板变形控制对整个个储油罐的施工质量和安全运行意义重大；

2）变形控制应在全面检测的基础上制定科学合理的控制方案；

3）新建罐与大修罐的变形控制在实际操作中有明显的差别。对于大修罐的变形控制应采取更审慎和科学的办法，具体问题具体分析；

4）确定合理的焊接工艺是控制变形的关键，因此应不断总结不断优化，使底板变形控制达到最佳效果。

[1]潘家华编著.圆柱形金属油罐设计.石油工业出版社[M].