大型双盘浮顶油罐壁板工厂预制工法
2020-11-06王立平
摘要：从施工实际出法，分析大型储罐底圈壁板接管加强板焊接变形的特征，从焊接工艺、刚性固定工艺等方面提出了预防焊接变形的措施。
关键词：大型储罐;开口接管;焊接变形;加固
0. 前言
近些年，由于我国的快速发展，对石油等资源需求不断加大，石油的战略储备日渐重要，国家战略石油储备库的建设迫在眉睫，大型或超大型石油储罐得到了较为广泛的应用。石油储罐的单罐容积往往很大，产品质量要求也是非常高。尤其是大型石油储罐的壁板都在制造厂内预制加工，在制造厂内滚弧、开孔、装配并焊接接管、焊后消除应力热处理。那么怎样保证焊接接管壁板在消应热处理后的各项尺寸公差符合标准要求，就是在制造厂内预制的重点和难点。本工法即重点介绍焊接及热处理过程中的质量控制。
1. 特点
1.1 焊接、热处理过程中采用刚性固定，就能较好控制焊接、热处理过程中壁板的弯曲度及直线度变形。
1.2 尽量在制造厂内把法兰接管和补强圈等焊接和消除应力热处理完成，减轻现场施工制造的难度和工作量，也为现场安装创造了良好的条件。
2. 使用范围
本工法适用于10000～150000m3的大型储罐第一圈带接管壁板的工厂预制，包括壁板下料、开孔、接管法兰预制、接管及补强圈与壁板组装、焊接、热处理。
3. 预制工艺
3.1 工序流程
壁板下料—壁板滚弧—划壁板开孔划线—组焊防变形加固件—开孔—坡口检验—接管与法兰组焊—接管、补强圈与壁板组焊—焊缝无损检测—热处理—拆除防变形加固件—壁板表面处理—焊缝及修磨处无损检测。
3.2 预制工法
3.2.1 壁板下料
根据施工图纸的尺寸，壁板两侧长度方向需要用数控切割机同时切割下料，这样两边同时均匀受热，切割后的壁板两边直线度极佳，可完全满意工艺要求。壁板宽度方向运用人工半自动切割机小车进行切割下料，同时切割壁板四边的坡口。
3.2.2 壁板滚弧
用大型卷扳机下好料的壁板滚弧后，必须立着放置在平台上并用专用样板进行检查。垂直方向上用长度不小于1000mm的直线样板检查，间隙不得大于1mm;水平方向上用弦长2000mm的弧形样板检查，检查样板与测量壁板的间隙小于等于3mm为合格，滚制完成经检查合格的壁板需要用专用立式胎具存放。
3.2.3 组焊防变形加固板
图纸设计要求带补强圈处的接管处由于焊接量比较大而集中，比较容易产生焊接变形，为预防罐壁板焊接变形，应适当采取加固措施。
加固板刚性加固：在开孔周围部位应采取加固措施;加固筋板的立缝必须为连续焊，加固筋板与壁板用连接板连接，连接板尺寸16×100×100以上。连接板与壁板及加固弦板需连续焊，焊角至少为10mm，加固板必须在开孔前装配焊接完成。
焊接时将壁板放在弧度与壁板相一致的胎具上且壁板与胎具充分接触。
3.2.4 按照施工图纸尺寸，对壁板划孔线，开孔，切割开孔处坡口。坡口切割并修磨完成后，需对所有的坡口做磁粉检测，执行JB4730，I级合格。
3.2.5 接管与壁板组焊、补强圈与壁板组焊、接管与补强圈等组焊。针对不同的材质、板厚，要预热到不同的温度。100000m3、150000m3储罐的第一圈壁板厚度一般为32mm、40mm，常见材质为16MnR、SPV490Q，焊接前需要进行预热，温度为100～150℃.预热范围需大于施焊部位周围100mm。装配时的定位焊与接下来正式焊接预热温度要相同。
3.2.6 焊缝检验
壁板与接管和补强圈之间焊缝焊接时，焊接第一层焊道后，要进行100%渗透检测，执行JB4730，I級合格。最后所有焊缝焊接后要进行100%磁粉或渗透检测，执行JB4730，I级合格。
3.2.7 热处理
3.2.7.1 布炉形式
壁板与接管、法兰和补强圈都焊接完成后，要进行焊后消除应力热处理。将壁板立着放置在大型热处理炉中，放置时要求离炉壁间距相等，并不小于280mm。以我厂为大庆油田南三原油储备库加工制作的150000m3储罐为例，第一圈带接管壁板40×3180×1256810张，材质SPV490Q，每炉可以装4 张壁板。布炉形式是把若干槽钢按热处理炉宽度方向放在热处理炉内的耐火砖上面，各槽钢摆放完后必须测平，可以用楔铁垫实，两槽钢的距离为1 米。在热处理炉内定位好的壁板的两侧对称打几组槽钢支撑。槽钢与槽钢之间需进行连续焊接.焊角为8mm。
3.2.7.2 弧形板表面要均匀布置测温点，热电偶布置在壁板长度方向不少于三个测温热电偶（间距为4500mm），并在距罐壁人孔200mm以内设一个测温热电偶。布置的所有热电偶必须与罐壁板压紧贴实。
3.2.7.3 热处理曲线
以我厂为大庆油田南三原油储备库加工制作的150000m3储罐为例，其热处理曲线见图1。
3.2.8 壁板最终检验热处理完成后，要将加固板拆除。在拆除时要用气割将加固件连接板在距离壁板5mm左右的切割，以免损伤壁板，并打磨处理。对所有焊接接头和切割打磨处进行磁粉或渗透检测，执行JB4730，I级合格。无损检测完成后i，要立着放置在平台上再用专用样板样板检查。弧度标准见图2，宽度方向上用长度不小于1 米的直线样板检查，间隙要小于等于1mm（开口部位为2.5mm）;长度方向上用弦长2 米的弧形样板检查，其间隙小于等于3mm。
4. 安全措施
4.1 厂内工作人员在施工中必须穿戴好工夫、安全帽安全带等劳动保护用品。
4.2 预热过程中应经常检查预热用的电加热片是否有漏电现象。
4.3 壁板单面焊接完毕，翻个时必须由专职起重工指挥操作，卡具要牢靠，钢丝绳应能满足要求。
4.4 对整个系统进行调试，合格后方可使用。
4.5 每炉热处理结束后，要对热处理设备和附件以及线路等做详细的检查，看各导线连接是否牢靠，绝缘情况是否良好，接地线接零是否符合要求，以防止在热处理过程中发生触漏电等情况。
5. 经济技术效果分析
5.1 按照GB50128《立式圆筒型钢制焊接储罐施工及验收规范》进行施工和验收，质量要求壁板焊接一次合格率达98%以上，消除应力热处理完成后在拆除加固板后立着放置于自由状态进行检查，其壁板弧度、直线度经检查一次合格率达到100%。
5.2 能大大缩短现场制造施工的工期，在现场基础施工同时，制造厂内即开始第一圈带接管壁板的预制，在现场基础完成前，所有带接管储罐壁板已运往现场，为现场安装创造了充足的条件。与传统到施工现场制造相比，能够节省人力60%，提高工效70%。
6. 工程实例
我厂利用此工法共預制了以下储罐项目的第一圈壁板：大连国家石油储备基地工程24×100000m3储罐、冀东南堡油田一号陆上终端地面工程3×100000m3储罐，南三油库8×150000m3储罐，呼和浩特石油储备库3×100000m3储罐。各项目壁板的预制都得到了现场施工队伍的好评，为公司赢得了良好的信誉。实践证明，此工法应用于大型石油储罐的第一圈带接管壁板能大大提高预制质量，效益显著。
作者简介：
王立平（1979-），男，汉族，黑龙江望奎人，本科学历，黑龙江省大庆职业学院机电工程系焊接技术及自动化专业教师，研究方向：焊接结构生产与质量检测，压力容器制造与检验。
