10万方大型原油储罐壁板坡口型式与自动焊焊接方法的探讨

康跃兴

中国石油天然气第六建设公司 广西桂林 541004

10万方大型原油储罐壁板坡口型式与自动焊焊接方法的探讨

康跃兴

中国石油天然气第六建设公司 广西桂林 541004

以钦州中石油国际储备库项目（一期工程）420库区项目为例（包括42台10万m3双盘浮顶原油储罐），对大型原油储罐壁板的坡口型式与自动焊焊接方法进行探讨。

大型原油储罐 壁板 坡口型式 自动焊焊接

钦州中石油国家储备库项目（一期工程）420库区项目42台10万m3双盘浮顶原油储罐及其它配套设施的建设，主要工作量为42台储罐的焊接和安装，包括18台轻质原油储罐和24台重质原油储罐（罐内有加热器），其中罐主体的壁板的焊接是项目施工的重点和难点。该项目具有工程量大、工期紧、施工资源投入大、区域面积广、交叉作业面多、施工现场管理难度大等特点，其中罐壁板的焊接主要采用自动化程度较高的自动焊，焊接方法多，焊接质量要求极高。作为国家级战略储备库特大型EPC项目，在施工工期较紧的情况下怎样加快施工进度，选择最优化的自动焊焊接方法，从而节约施工成本成为项目面临的重点和难点，受到集团和公司的高度重视。

1 板材材料的规格、参数分析

罐主体第1～6圈材质为高强度调质钢板（12MnNiVR），厚度δ=32～12mm不等；第7圈材质为Q345R合金钢板，厚度δ=12mm；第 8至第9圈材质为Q235-B碳钢板，厚度δ=12mm。为了保证开孔板焊接质量第1圈罐壁板高强钢采用了工厂化集中预制、集中热处理的方式进行。单台罐罐壁板参数如表1所示：

2 板材焊接性分析

钢材的焊接性分析以化学成分分析和力学性能分析为例，这两方面是影响高强钢板材质焊接性能的主要因素。

表1 单台罐罐壁板参数

2.1 化学成分

表2 化学成分（以12MnNiVR 22mm钢板为例 0.001%）

2.2 力学性能分析

表3 力学性能分析

根据上述各参数可看出，12MnNiVR高强度调质钢材延伸率较高，钢材-20℃冲击试验韧性高，且数值稳定。虽然热输入量高，但焊接性能还是好的，然而焊接材料的选择是关键，再加以选择适当的焊接方法，可保证焊缝金属的力学性能指标，使之应高于或者等同于相应母材标准规定值的下限。

3 焊接方法的选择与确认

罐主体的焊接为了更好地适应壁板纵缝的气电立焊（EGW）以及壁板环缝的埋弧焊（SAW）焊接方法，使项目的各种资源投入做到最优化、施工成本降到最低，按照设计图纸和规范的要求，并根据现场设备资源、人力资源等条件、各班组的施工方法和设备等实际情况，我EPC项目部多次召开罐壁板坡口型式专题讨论会，对每一种板厚采用X型坡口或V型坡口、坡口是否有钝边及钝边大小，坡口大小及开口方向、坡口角度等参数都做了详细的、具体的分析和研究，对坡口的角度大小和钝边厚度做了详细的计算，大小坡口的角度误差精确到±2.5°。这样在坡口预制加工的时候就有了充分的依据和更高的要求。有了高质量、高精确度的坡口，就更有利地保证了现场的自动焊焊接质量。

根据自动焊焊枪与罐壁坡口的接触角度，钝边厚度最终确定为2mm为宜，坡口间隙统一定为5mm为宜。最终确定了最适合现场自动焊焊接的坡口型式图，更好地适应了现场的焊接要求，有力地推动了项目的顺利开展，大大降低了施工成本。

罐壁板尽管采用气电立焊和埋弧横焊不同的自动焊焊接方法，但丁字缝以及其它少许部位再加以手工电弧焊焊接或修补，可有效确保焊接质量。

4 焊材选用

4.1 焊材选用依据

焊材选用根据母材的化学成分、力学性能、使用条件和施焊条件为依据考虑。满足母材本身的强度要求及力学性能是高强度钢板焊材选用的关键，本项目选用了国产焊材（见表4、表5）。

表4 环缝横焊

表5 纵缝气电立焊

4.2 对焊接材料的要求

（1）焊材应具有出厂合格证和质量证明书。焊丝符合标准GB/T 12470-2003、JIS Z3319， 焊 剂 符 合 标 准 GB/T 12470-2003；

（2）焊材外包装符合规范要求，焊材具有生产日期、生产批号、型号规格、生产厂家等信息，焊材具有内外包装；

（3）焊材储存、保管符合JB/T3223《焊接材料质量管理规程》及相关标准的规定；

（4）焊丝不得有生锈现象，焊剂颗粒度与材质证保持一致。

5 罐壁板环缝坡口型式图的确认

国内为了满足施工安全的需要，均采用搭设脚手架进行施工。根据现场施工安装方法的不同，采用外挂式（罐外壁挂三角架正装法）还是内挂式（罐内壁挂三角架正装法），将直接影响到施工进度和施工成本。若采用外挂式则小坡口在罐壁外侧，焊缝的清根也在罐壁外侧，这样可以充分利用罐外围搭设的脚手架进行焊缝的清根工作，而无需为了清根在罐内侧搭设脚手架。若采用内挂式则小坡口在罐壁内侧，焊缝的清根必须在罐壁内侧完成，这样就必须在罐内侧周围为了完成清根工作而搭设脚手架，而罐壁外侧的脚手架没有得到充分的利用，结果将是既影响进度，又增加更多的人力、物力，更增加较多的脚手架费用和人工费等。最终项目充分利用了罐壁外围的脚手架，合理地采用了外挂式安装方法，见图1。

图1 罐第一、二带壁板环缝外挂式、内挂式坡口型式图（32mm与28mm）

6 罐壁纵缝坡口型式图（32mm和29mm）

壁板纵缝焊材采用日本进口焊丝DWS-60G，纵缝壁板的坡口型式、坡口角度、间隙等参数直接关系到气电立焊的焊接质量，所以，正确选择坡口型式和坡口角度等各项参数是关键。

7 对焊工资质条件的要求

（1）参加施焊的焊工必须按相应标准、规范的有关规定，取得相应合格资质项目，并按照本项目焊工上岗考试管理规定考核合格方可允许进场施焊作业；

（2）焊工能熟练掌握本人使用的焊接方法，焊接作业必须符合本项目业主、监理的管理文件要求，只能在合格项目对应的评定范围内作业，不得超越其范围作业；

（3）焊工须有经验并懂得分析焊接缺陷、焊接应力的危害与预防等。还要熟悉焊接工艺方案，焊接工艺指导书等指导性文件，掌握钢板的材质和采用的焊接工艺，如坡口型式、焊材选用、焊接电流、运行速度等。

8 结论

钦州中石油国际储备库（一期工程）42台10万m3原油储罐高强钢板的焊接，经过精心的准备和策划，尤其是对壁板预制时坡口型式的选择和焊接方法的合理结合，合理的焊接工艺，符合母材成分及性能要求的焊接材料，具备相应资质的焊工，以及充足的设备资源等条件，高质量地完成了储罐主体的焊接工作，并最大程度降低施工成本，满足施工进度的要求，高效完成了施工任务，为以后大型原油储罐的施工积累了宝贵的经验和借鉴素材，能有效指导今后类似项目的施工建设。

1 钦州中石油国际储备库（一期工程）42台10万方原油储罐EPC项目.

2 宝钢技术——大型原油储罐用高强度调质钢用研制.

3 张艳艳,蔡庆伍.微合金高强度船板钢轧制工艺研究[J].钢,2006,23(1)：5-7.

4 常大勇,刘雅政,何建中.含Nb管线钢动态再结晶特性的实验研究[J].轧钢,2005,22(2)：12-15.

5 董成瑞.特殊钢丛书：微合金非调质钢[M].北京：冶金工业出版社,2000,9.

6 江卫华,蔡庆伍,陈银莉等.SPv490钢轧后在线热处理工艺研究[J],热加工工艺,2006,35(6)：35-40.

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1672-9323（2014）02-0087-03

2014-02-17）