15 万m3 双盘浮顶原油罐的焊接技术

崔鹏宇

陕西化建工程有限责任公司 陕西杨凌 712100

陕西化建工程有限责任公司在承建的大连恒力原油仓储项目中，承担了15 万m3原油储罐的施工工作。该原油储罐罐体为双盘浮顶结构，直径为DN94m,罐壁高度24m，罐壁共计9 层，总重量约3000t。此项目工期短，任务重，要求从铺设第一张中幅板开始至具备上水条件仅为45d。要在短期内完成15 万m3的储罐施工，必须采取24h 连续作业，且要采用自动化焊接方案。为提高焊接效率，控制焊接质量，经多次方案讨论后，最终选用气电立焊、自动化横焊、自动埋弧焊与手工焊相结合施工，以确保施工质量与工期。储罐施工采用100t 吊车吊装，施工安装采用正装法。

1 储罐技术特点

原油罐浮顶为双盘结构，主要材料是12MnNiVR(包括 12MnNiVR- SR) 高强度钢板、低合金钢板Q345R 和Q235B 碳素钢。储罐采用外设脚手架正装自动焊工艺施工。此设备直径大,吨位重，且施工位于海边,要严格控制双浮盘的组对质量和焊接变形。包括加固圈、抗风圈预制变形的控制，尤其是底圈热处理壁板组焊变形的预防和控制，罐底、浮盘尤其是罐壁焊接变形的预防和控制。且由于储罐组装采用净料组对，主体焊接采用自动焊焊接，对下料和组对质量提出了较高的要求。

2 储罐的焊接工艺及方法

储罐采用自动焊和手工焊接相结合的工艺方式，其中底板以埋弧自动焊为主，储罐管壁采用气电立焊。

2.1 自动化横焊

在储罐焊接过程中，为了保证质量和安全，一般采用自动化横焊技术。该技术操作简单，焊接合格率高，防风效果好，设备可以进行24h 作业，适合现场焊接作业的大型储罐，同时具有焊缝成型美观、生产效率高等优点。本项目储罐直径为94.280m,高度为24m,焊接量大，且在风力较大的大连地区，因此采用自动化效率高的埋弧焊。CLM- Ⅱ自动化焊接，母材为12MnNIVR材质，储罐厚度12～42mm, 焊接电源选择DC- 600、DC- 1000。环缝主要采用自动化横焊。

2.2 气电立焊焊接纵缝

气电立焊是由普通熔化极气体保护电弧防腐。气电立焊的能量密度比电渣焊高且更加集中，但焊接技术基本相同。它利用类似于电渣焊所采用的水冷滑块挡住熔融的金属，使之强迫成形，以实现立向位置的焊接。通常采用外加单一气体(如CO2)或混合气体(如Ar+CO2)作保护气体。在焊接电弧和熔滴过渡方面，气电立焊类似于普通熔化极气体保护焊(如CO2焊、MAG 焊)，而在焊缝成形和机械系统方面又类似于电渣焊。气电立焊与电渣焊的主要区别在于，熔化金属的热量是电弧热而不是熔渣的电阻热。气电立焊通常用于较厚的低碳钢和中碳钢等材料的焊接，也可用于奥氏体不锈钢和其他金属合金的焊接。板材厚度在12～80mm 最适宜。如大于80mm 时，难以获得充分良好的保护效果，会导致焊缝中产生气孔，熔深不均匀和未焊透。焊接接头长度一般无限制，单层焊是最常用的焊接方法，但也可采用多层焊。本项目中，为了控制焊接速度、焊接质量，储罐的立缝采用自动焊。

2.3 主体部位焊接材料与方法

根据罐体各部位材质合理选择焊接材料，主体部位焊接材料与方法如表1 所示。

表1 焊接材料选用表

3 储罐的焊接工艺评定

3.1 评定要求

油罐施焊前，施工单位应根据NB/ T47014- 2011《承压设备焊接工艺评定》标准，对不同材质、不同板厚、不同焊接方法、不同焊接材料和不同焊接位置等各种工况分别进行焊接工艺评定。气电立焊的焊接工艺评定亦按此标准进行，其中气电立焊热影响区冲击试样V 型缺口轴线至试样轴线与熔合线交点的距离取1mm。

3.2 其他要求

评定除了根据NB/ T47014- 2011 外，还应采用对接焊缝试件及T 形角焊缝试件。对接焊缝试件至少应包括底圈罐壁的立焊及横焊位置。T 形接头角焊缝试件应从底圈罐壁与罐底边缘板组成的角焊缝试件上切取。T 形接头角焊缝试件的制备和检验应符合GB50128- 2014 附录A 的规定。

3.3 对接焊缝的试件要求

试件应作拉伸、横向弯曲及夏比（V 型缺口）冲击试验。拉伸、冲击试验合格指标按照表2 的规定；横向弯曲试验按NB/ T47014- 2011 的规定进行。

3.4 对接焊缝的横向弯曲试验要求

试样弯曲到规定的角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有单条长度大于3 mm 的裂纹或缺陷。试样的棱角开裂一般不计，但由夹渣或其他焊接缺陷引起的棱角开裂长度应计入。若采用两片或多片试样，每片试样都应符合上述要求。考试试板的接头形式、焊接方法、焊接位置及焊接材料等，均应与施焊的油罐一致。对于首次施焊12MnNiVR 钢板的焊工，必须考试合格，才允许进行相应的焊接工作。

4 储罐的焊接方法

4.1 焊前预热

（1）预热方法：液化气火焰均匀预热。

表2 对接焊缝试验数据表

（2）预热部位与温度：配件组焊时，点焊、定位焊焊接时均预热≥150℃，预热范围不小于施焊部位周围100mm。配件与罐壁或补强圈组焊、补强圈与罐壁组焊的点焊、定位焊焊接，预热温度≥150℃，预热范围在焊缝两侧各不小于100mm 处；对于拘束度较高的部位（如人孔、接管与罐壁或补强圈组焊、补强圈与罐壁组焊）或焊接环境温度低于0℃时，应当在预热范围内采用较高预热温度，适当扩大预热范围，同时对预热范围采取适当的保温措施，以减小温度梯度。

（3）在焊接过程中要随时监控预热温度，测温点范围在离焊缝中心70～100mm 处，测量工具采用测温笔或表面温度计。

（4）预热的焊道在焊接过程中，层间温度不应低于预热温度下限。

（5）罐壁横缝、立缝在焊接过程中，将液化气火焰枪绑在自动焊焊接机头处，在焊机焊接过程中边预热边焊接。

4.2 罐底板焊接

4.2.1 焊接方法

边缘板间的焊接采用手工电弧焊，罐底中幅板焊接采用CO2气体保护焊+ 埋弧碎丝填充焊，龟甲缝焊接采用手工电弧焊封底+ 埋弧碎丝填充焊。

4.2.2 焊接顺序

在安装第一圈壁板之前，首先进行边缘板外侧300mm 焊缝的焊接；罐底中幅板焊接先焊短缝，后焊长缝，长缝焊接采取隔道跳焊的方法。如图1 中幅板铺设时采取相邻焊缝不等间隙铺设，先焊1、3 两道对接焊缝；焊接收缩后，对接焊缝2 的对接间隙也能满足4～6mm，既能避免1、3 两道对接焊缝焊接完后焊缝2间隙过大，又可控制焊接变形。中幅板与垫板点焊时，宜将每张钢板的相邻两边与垫板点焊定位，另外两边自由收缩。当大角缝焊接完毕后，再进行收缩缝焊接。收缩缝焊接完毕后，进行龟甲缝焊接，至此，罐底焊接结束。

图1 油罐底板焊接顺序图

4.3 罐壁板焊接

4.3.1 壁板立缝

（1）壁板立缝采用气电立焊，第1、2、3 节壁板立缝双面焊，焊接顺序为先外侧后内侧；其他各节壁板立缝均为外侧单面焊接。施工现场如图2 所示。

（2）第1 节壁板立缝下端300mm 采用手工电弧焊。

（3）第2—8 节壁板立缝下端50～70mm 左右采用手工焊。

4.3.2 壁板横缝

（1）壁板横缝采用埋弧横缝自动焊接工艺，施工现场如图3 所示；

（2）壁板横缝在罐内侧坡口点焊，点焊长度在100mm 左右，间距300mm 为宜；

（3）焊接顺序为：外侧焊缝焊完→内侧焊缝清根→内侧焊接；

（4）内侧清根采用磨光机进行；

（5）原则上不采用封底焊，组对间隙大于3mm时，采用手工焊封底；

（6）点焊及封底焊在清根时清除。

图2 储罐壁板立焊

图3 储罐壁板横焊

4.4 大角缝焊接

（1）大角缝焊接在第2 节壁板焊缝全部焊接完后，龟甲缝焊接前进行；

（2）点焊长为100mm 左右，间距为300mm，焊条选用与正式焊接相同的规格；

（3）大角缝焊接采用手工电弧焊封底，埋弧自动焊多道焊；

（4）焊接时沿罐周均匀留出四处排水口不焊（每处约长2m）；

（5）焊接顺序：先焊接内侧焊缝，后焊接外侧焊缝。

4.5 浮顶焊接

浮顶焊接全部采用手工电弧焊，其焊接顺序如下：

（1）由浮顶中心向外侧先焊接底板上预先划出的位置，将被浮顶隔板、桁架压住的局部底板焊缝进行焊接；焊完真空试漏合格后，安装隔板、桁架；然后由中心向外侧先对底板下表面进行断续焊，再按照每一环舱桁架→隔板→底板的顺序由中心向外侧逐舱焊接。

（2）浮顶顶板铺设时，先焊接船舱内顶板与隔板、桁架的断续焊缝，再焊接与隔板的连续焊缝，之后由中心向四周焊接上表面的连续焊缝，然后焊接支柱套管、人孔等焊缝，最后对浮顶底板下表面进行密封焊接。拆除临时台架后，再补焊台架横梁挡住的焊缝。

（3）浮顶定位焊长度为10mm，间距为200mm，断续焊为50（200）mm。

（4）顶板铺设前，舱内环板、隔板、框架和桁架要全部焊接结束，并通过焊道检查。

（5）顶板铺设后，开船舱人孔，先焊内部、后焊外部。

4.6 附件焊接

（1）罐壁外侧的加强圈安装完毕后，按设计要求进行焊接，抗风圈、盘梯支架边安装边焊接。对于保温支撑结构和消防喷淋储罐的支架，以及自控仪表的配套设施，待罐体上的梯子、平台安装完毕，具备安装条件时，边安装边焊接。

（2）底圈壁板上的搅拌器、罐前阀的吊耳，在搅拌器、罐前阀开箱验收后，根据其结构尺寸确定安装位置，进行安装焊接。

5 结论

从施工过程来看，采用自动埋弧焊、自动横焊、气电立焊和手工焊相结合的方法，能够提高大型储罐的施工效率，且焊接外观成型好，探伤一次合格率高，很好地控制了焊接质量。由于采用外挂小车焊接，防风措施到位，安全措施也有保证。从而很好地解决了工期与安全、质量之间的矛盾。因此，在大型储罐施工中建议采用自动横焊和气电立焊相结合的方式，这样既能保证工期，又能保障施工质量，确保了整体的经济效益。