10 万m3 低温丙烷罐内罐组焊施工技术

肖 然

中石化第四建设有限公司 天津 300270

丙烷作为一种清洁、高效、环保的能源产品在我国发展迅猛，特别是沿海经济开放地区在相当一段时间内处于供不应求的状况，需要建造大量存储丙烷的设备。丙烷储存方法主要为地上钢罐储存，地上钢罐储存又分为常压低温储存和常温高压储存。由于常压低温存储丙烷罐建造成本低，且直接由丙烷生产国采用大型低温常压冷冻船运输，单位物料运费低，故目前国内大量建造低温丙烷罐。以下就中石化第四建设有限公司承接的国内首个大型LPG 接收站工程10 万m3低温丙烷罐（- 60℃）为例，介绍全容式低温丙烷罐内罐组焊施工技术。

1 结构特点

本工程的10 万m3低温丙烷罐为全容式储罐，主要由内罐、预应力混凝土外罐、外罐内侧底部热角保护系统（泡沫玻璃砖结构）、内外罐之间的保冷系统，以及工艺仪表等附件组成。外罐由混凝土罐底板、预应力混凝土罐壁板和混凝土罐顶组成；内罐由内罐底板、内罐壁板和铝合金吊顶等组成。保冷系统由罐底保冷层、罐壁保冷层和吊顶保冷层等组成，罐底保冷材料采用泡沫玻璃砖，罐壁保冷采用弹性毡和膨胀珍珠岩，吊顶保冷层采用玻璃棉毡；热角保护系统由高度为5m 的泡沫玻璃砖结构等组成。混凝土外罐内表面设有16MnDR钢板衬板，为保冷材料提供保护。在吊顶和内罐壁顶部设有柔性密封系统。

2 内罐施工原则

低温丙烷罐先施工外罐，再采用预留临时大门的方法安装内罐。内罐体组装采用罐壁内、外挂设钢平台的正装法施工，用吊车和单轨上的电动葫芦吊装壁板。低温丙烷罐施工质量要求高，内罐属完全隐蔽的工程，设计温度为- 48℃，长期在低温状态下运行，焊接质量要求高，所以内罐组焊是储罐安装质量的核心部分。

3 内罐组焊焊接方法

内罐组焊施工的关键为内罐底板、内罐壁板组焊。底板材质为国产13MnNi6- 3。罐壁的纵焊缝（立缝）采用焊条电弧焊，内罐壁环焊缝采用埋弧自动焊工艺。

4 焊接材料选用及焊材复验

10 万m3低温（- 60℃）丙烷储罐纵缝采用的焊材为E8016- C2，焊条直径为3.2mm；环缝埋弧自动焊采用焊丝型号为ENi- 3（OK13.49），直径为2.4mm，焊剂为焊丝相匹配的OK10.62。为了更好地掌握所采用的焊接材料性能，对焊接材料按规格进行了熔敷金属化学成分、机械性能复验。

4.1 熔敷金属化学成分复验

对用于施工的焊条及埋弧焊丝焊剂分别进行了熔敷金属化学成分测定，复验结果符合设计焊材订货技术条件的要求，结果如表1 所示。

表1 熔敷金属的化学成分复验结果 %

4.2 熔敷金属机械性能复验

对用于施工的焊条和埋弧焊丝焊剂分别进行了熔敷金属机械性能复验，复验结果符合设计焊材订货技术条件的要求，具体如表2 所示。

表2 熔敷金属的机械性能复验结果 %

5 焊接工艺评定开发试验

本工程根据设计要求及现场实际情况共需要开发9 组焊接工艺评定，执行标准为NB/ T47014- 2011《承压设备焊接工艺评定》及EN14620《操作温度介于0℃～- 165℃的立式圆筒型平底低温液化气储罐现场设计与施工》。主要进行的试验项目包括射线检测、渗透检测、横向拉伸、纵向弯曲、横向弯曲、冲击试验(- 60°C)、硬度试验和宏观金相（角缝）。焊接工艺评定开发力学性能试验结果见表3。

表3 焊接工艺评定开发力学性能试验结果

6 内罐组焊

6.1 内罐底板安装

内罐底板安装分两阶段进行：第一阶段铺设边缘板；第二阶段铺设中幅板。中幅板部分（罐中间部分）与素混凝土及保冷安装交叉进行，从临时大门对面开始，向大门方向分块施工。详见图1 和图2。

图1 边缘板焊接

图2 边缘板背面清根

6.1.1 边缘板铺设

(1）在内罐底边缘板部分保冷工作结束后（包括混凝土环梁），用吊车进行13MnNi6- 3 边缘板安装；

(2）边缘板安装前，清除板上杂物，检查基础水平及标高；

(3）采用全站仪在混凝土上标识边缘板接头位置及边缘板半径；

(4）边缘板半径应比理论值放大30mm，以确保焊缝收缩后能达到规范要求的半径值。

6.1.2 边缘板焊接(1) 底边缘板焊接选用焊条电弧焊的焊接方法。

(2）罐底边缘板共计20 道对接焊缝，单面V 型坡口。

(3）边缘板组对完后，进行焊缝点焊固定。首先焊接边缘板正面焊缝，然后在反面进行清根；焊道清理干净后,仰脸焊接边缘板背面焊道；焊接完成后，测量焊缝的平整度及角变形情况。

(4) 焊接时采用后退起弧法，收弧应将弧坑填满，多层焊的层间接头应错开30～50mm。

(5) 所有的焊接接头两边都应加起弧及收弧板，避免端头收弧裂纹。

6.1.3 中幅板铺设

(1）在中间部分素混凝土和保温工作完成后，安装底板中间部分；

(2）安装前，清除水或施工废料，检查基础水平及标高；

(3）中幅板安装时确保与罐中心线方向垂直；

(4）采用搭接接头，焊接方法为先短缝后长缝，采用压重物的方法防止焊接变形。

6.1.4 中幅板焊接

(1）中幅板焊接时间为罐壁安装至第四圈时；

(2）焊接采用焊条电弧焊方法；

(3）中幅板所有焊缝必须焊接两道，焊接时采用分段跳焊的方法施焊；

(4）焊接时焊工沿罐底中心线对称分布施焊，先焊短缝后焊长缝，由里向外，分段退步焊；

(5） 打底焊道与盖面焊道焊接接头应至少错开30mm。

6.2 内罐壁板安装

预制好的壁板用卡车从临时大门送入罐内安装；前3 圈内罐壁板安装可用25t 汽车吊，其他圈壁板采用电动葫芦进行壁板吊装。

6.2.1 壁板安装

(1）在边缘板上标出内罐壁板安装直径（设计直径+21mm）；

(2）标出首圈立焊缝起始点；

(3）在边缘板上壁板安装直径标记处向内10mm，点焊导向板，这样可以在导向板与罐壁间隙插入销子；

(4）在安装直径（设计直径+21mm）上安装第一圈壁板，使用平板夹具将两相邻板固定到位，安装4 块板时，点焊立焊缝；

（5）使用导向板及壁板间销子将壁板找圆，检查垂直度；

（6）第一圈壁板安装后，立即安装本圈上的加强筋，有助于保证内罐壁的圆度；在内壁板安装过程中，在不影响其他工序作业的情况下，不得拆除临时支撑。6.2.2 罐壁立缝焊接

（1）在焊接前进行罐壁板组装几何尺寸检查，合格后开始立焊缝焊接作业；

（2）焊接前应利用工装卡具调整好反变形，具体变形参数根据现场焊接的第一道实验焊口确定；

（3） 焊前彻底清除焊缝坡口表面及坡口两侧20mm 范围内的油、锈、泥等污物；

（4）焊接时先焊外侧，后焊内侧；外侧焊接完毕后，从罐壁内侧采用砂轮机清根，清根必须有质量检查人员检查，焊缝内不得有夹渣、气孔、未融合等缺陷，并经PT 检测合格后方可进行罐壁内侧焊接；

（5）焊接方向自下而上进行，多层多道焊，焊接工艺参数严格执行焊接工艺卡；

（6）收弧处采用砂轮机打磨，避免弧坑裂纹残留在焊缝中，砂轮片应为不锈钢专用砂轮片；

（7）每道焊缝顶端均应增加收弧板，避免端头收弧裂纹。

6.2.3 内罐罐壁环缝焊接

（1）环缝焊接时先焊外侧再焊内侧；每条环缝采用多台埋弧自动焊机沿圆周均匀分布，并沿同一方向施焊，同一部位焊缝由一台焊机焊接；

（2）环缝焊接前，环缝所在位置的罐壁立缝必须焊接完毕，并且各项几何尺寸检查合格；

（3）焊前将坡口及坡口边缘20mm 范围内的泥沙、铁锈、水分及油污等清除干净；

（4）每层焊道引弧后，要检查焊丝落点是否正确，并立即检查焊道成型情况以调整焊接工艺参数及焊枪角度位置，调整中尽量避免改动事前确定的电流、电压，通过焊接速度和对准位置来进行调整；

（5）在焊接过程中严格执行焊接工艺卡中的工艺参数，质检员加强对焊接工艺参数的测量，检测焊接过程中的电流、电压和焊接速度。

内罐环缝焊接施工图见图3。

6.2.4 大角焊缝组对与焊接

(1) 在4 圈壁板安装后，将壁板与边缘底板找正并组装；在大角缝开始焊接前，在内壁板与边缘板间焊接临时支撑，防止大角缝焊接时边缘板上翘变形；

(2) 壁板与边缘板之间的T 型接头角焊缝，宜在第一圈环缝焊接完毕后施焊，并且应先焊接内侧底层，并填充1～2 层；再从外侧清根，焊接外侧1～2 两层焊道；剩余焊道应内外对称焊接；

(3) 焊工应均匀分布，沿同一方向分段退焊或跳焊；

(4) 大角缝进行100%PT 和真空试漏检验。

6.3 内罐加强圈

(1) 平台布置应便于加强圈安装及焊接；

(2) 在壁板安装过程中安装加强圈，在环焊缝（横缝）完成后将加强圈与壁板连接；

(3) 在安装前进行内罐壁顶加强圈预组装，在内壁板完成后进行加强圈安装及焊接；

(4) 焊接参数控制按照焊接工艺指导书（WPS）确定。

6.4 临时大门处内罐壁板安装

(1) 在第一圈壁板安装时，必须设置临时大门板，在大门周围提供加强框架（进行门区加强）；

(2) 临时大门处的临时壁板在第一圈及第二圈壁板间的环焊缝焊接后拆除；

(3) 罐壁板及罐内的安装工作全部结束后，封闭罐壁临时大门；

(4) 在临时大门用正式壁板封闭前，应完成整个内罐底真空试漏检验，清除罐内所有无用材料并彻底打扫罐底；

(5) 安装临时大门处内罐壁板，正式壁板的立缝焊接完及无损检测合格后，进行环缝点焊和焊接、无损检测；

(6) 最后进行封闭大门处罐底板与壁板间大角缝的焊接，并进行100%PT 及真空试漏。

7 焊缝检查

7.1 焊缝外观检查

(1) 所有的焊缝焊接完成后均应100%进行自检，焊缝表面不允许有气孔、夹渣、未融合、咬边、焊瘤、凹坑等缺陷，如有及时打磨补焊，并须经质检人员检查确认合格后进行委托无损检测；

(2) 立缝100%目测检查，咬边深度不得超过0.4mm，连续咬边长度不得大于100mm；

(3) 环缝100%目测检查，咬边深度不得超过0.8mm，连续咬边长度不得大于100mm；

(4) 焊缝焊接完成经自检合格后，对焊道表面进行打磨处理，母材厚度小于13mm 打磨后余高不超过1.6mm，母材厚度13～25mm 打磨后余高不超过2.4mm。

7.2 焊缝内部检测

内罐所有纵向焊缝及环焊缝、边缘板对接焊缝应进行100%射线，验收标准执行NB/ T47013.2《承压设备无损检测 第2 部分：射线检测》II 级合格，技术等级不得低于AB 级。所有中幅板及边缘板焊缝应进行100%真空箱检查，真空度不得低于53kPa。

8 结论

本工程项目顺利完成了低温丙烷内罐组焊工作，共计安装边缘板、内罐罐壁主体和罐壁加强圈1118.30t，焊接焊缝累计3683.7m。射线检测共计拍片9601 张，焊接一次合格率为99.40%。磁粉检测共计1870m，合格率为100%。最终，从施工工期、施工质量上保证了低温丙烷罐安装的顺利实施。