30000m3汽油储罐罐体焊接施工工艺研究

30000m3汽油储罐罐体焊接施工工艺研究

王国龙

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摘要：本文以浙江炼化4000万吨/年炼化一体化项目成品罐区项目为例，深入研究了大型储罐焊接施工技术难点，详细阐述了施工准备、板材及构件预制、基础验收、底板组装与焊接、壁板组装与焊接、浮顶焊接施工、检查与验收等环节施工技术要点，以期为炼化项目施工提供参考。

关键词：汽油储罐；正装法；储罐焊接

0引言

储罐是石油炼化企业最为常见的工艺生产设备，具有工艺操作压力要求严格、密封质量要求高、长周期运行等特点，尤其是大容量储罐焊接施工时，敢提焊接直径大、焊缝数量多、焊接应力大，易产生焊接变形问题且变形量较大，变形控制难度较大，要求施工单位深入研究大型储罐罐体焊接技术要点，保障罐体焊接质量，为工艺设备长周期运行奠定坚实基础。本文结合浙江石化4000万吨/年炼化一体化项目，深入研究30000 m3汽油储罐罐体焊接施工技术要点，以期为同类工程项目施工提供有益参考。

1 工程概况

本工程为浙江炼化4000万吨/年炼化一体化项目成品罐区项目，包括3000m3汽油储罐6台，10000m3汽油储罐2台，30000m3PX储罐8台，5000m3液硫储罐2台，3000m3液硫储罐4台，并包括相应的管线、管廊、消防、仪表、给排水、钢结构等附属设施等内容。经测算，本工程焊接钢材共计12206t，均为碳钢储罐，30000m3储罐直径为Φ46000mm，高度为20400mm，单个储罐碳钢重量达757t。

2 施工技术难点及对策

2.1 介质危险性较大，焊接质量要求高

本工程储罐均为成品油、化工材料储罐，其中，成品汽油具有挥发性和易燃易爆等特性，二甲苯具有毒性、爆炸性，两者蒸汽均可与空气形成爆炸性混合物，遇明火后回燃引起爆炸。该特性对储罐焊接质量要求高，需严格控制焊接质量[1]。本工程中，针对该问题，施工单位加强碳钢材料验收检查，并落实全过程焊缝检测，储罐焊接完成后分别进行外观检查、探伤检查、抽真空检测和水密性试验，确保焊缝质量达到目标要求。

2.2 构件质量大，变形不易控制

单个30000m3储罐碳钢重量达757t，罐体各部位钢板厚度不一，受力变形情况显著，要求施工单位合理选择施工技术方案，并结合不同部位合理选择焊接方法。常见的储罐焊接方法包括倒装法和正装法，其中，正装法自基础至顶部分层焊接，倒装法先焊接浮顶、最上层壁板后液压提升至焊接高度后焊接下层壁板，直至全部壁板焊接到位[2]，由于本工程储罐壁板质量较大，采用倒装法虽然可减少高空焊接工作量，但容易造成下部壁板受力变形，因此，本工程采用正装法进行焊接施工。底板、壁板结合挨不同焊缝要求选择手工焊、埋弧焊、气电立焊等方法。

3 罐体焊接工艺技术要点

3.1施工准备

储罐板材质量直接影响焊接质量，并对生产安全造成直接影响，因此，为保障储罐焊接质量，应在焊接施工前加强对板材质量检查验收。本工程材料均为甲供材料，待所有材料统一采购进场后，施工单位组织监理、质量、技术等部门进行检查验收，要求所有的附件、设备均提供相应的质量合格证，无质量合格证或对质量证明存在疑问时进行复验，合格后方可投入使用。同时，加强对钢板外观质量检验，严格按《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》（GB∕T3274-2007）进行逐张外观验收，重点检查钢板表面质量、表明锈蚀减薄量、划痕深度等项目，并对焊接材料进行化学成分、机械性能抽检，经检查无误后投入使用。

3.2板材及构件预制

板材及构件预制是储罐预制的基础性工作，预制质量直接影响储罐底板、壁板、浮顶等构件契合度，从而影响储罐焊接效率和焊接质量。本工程板材及构件预制包括底板预制、浮顶预制、壁板预制等内容：①底板预制。提前绘制排版图，排版直径大于设计直径0.1～0.2％，中幅板宽度大于1000mm，长度大于2000mm，底板任意相邻焊缝距离不小于300mm，弓形边缘板沿罐底半径最小尺寸不小于700mm，边缘板对接外侧接头间歇为6～7mm，内侧间隙为8～12mm。排版经复核、审批通过后下料切割、坡口加工，加工完成后编号备用；②浮顶预制。根据工程设计图纸排版，经监理审批后下料预制。浮顶预制内容包括浮顶底板、浮顶顶板、中间环板、隔板、桁架和框架，采用切割机和手工切割组合切割方法。浮顶构件下料切割完成后，根据工程设计热煨、焊接成型，并相应安装一次密封装置、二次密封装置、加强圈、抗风圈等附件，待预制完成后备用；③壁板卷圆预制。壁板预制前绘制排版图，经审批后下料切割。壁板纵向焊缝向同一方向逐圈错开，焊缝间距为板长1/3，且不小于300mm。底圈壁板纵向焊缝与罐底边缘板对接焊缝距离大于300mm。壁板开孔接管及补强板外缘至纵向焊缝距离应控制250mm以内。由于本工程储罐直径小于25m，根据《石油化工钢制低温储罐技术规范》（GB/T50938—2013），壁板下料宽度不小于1000mm，长度不小于2000mm。壁板下料切割完成后倒角清除毛刺、氧化铁渣，并依据壁板接头位置加工坡口，纵缝对接坡口加工为70°±2.5°，钝边小于1mm，间隙为0～1mm；环缝接头坡口采用钝边双单边V型坡口，钝边小于2mm，间隙为0～1mm。壁板加工成型且经检查验收后卷圆成型，以直线样板检查壁板垂直度，水平向以弧形样板检查。壁板经检查合格后标识编号备用。

3.3基础验收

为确保储罐安装质量符合工程质量验收标准，施工前应加强基础验收。本工程中，经检查验收，储罐基础中心、标高、直径和坡度均符合工程质量要求，基础水平度偏差小于2mm，基础承载力符合工程设计要求。基础验收通过后，按“十字架法”在基础平面标记标高，以便于壁板、浮顶安装定位。

3.4底板组装与焊接

沿基础中心点划定底板安装控制线，定出底板边缘定位线，按定位线等分确定底板组装控制线。借助吊车将底板吊装至安装位置后铺排，并点焊固定。中幅板以是十字方位线为依据自基础中心沿底板编号铺排，水平向相邻中幅板搭接宽度偏差控制在5mm以内，竖向相邻中幅板搭接间隙小于1mm。铺排到位经检查验收后点焊固定。边缘板焊接时，先焊接外侧300mm焊缝，内侧焊缝作为伸缩缝处理，待壁板与底板焊接完成后焊接边缘板内侧焊缝。底板焊接完成后，按要求进行RT检测焊缝质量，经检查无误后打磨焊缝与母材齐平。中幅板焊接时，自中间向周围施焊，施焊前先清除固定焊点，并使用夹具固定，采取对称施焊方法施工。中幅板与边缘板搭接缝作为伸缩缝，待边缘内侧焊接后方可焊接。

3.5壁板组装与焊接

底板焊接完成后且经验收合格后进行壁板组装施工。罐壁吊装前，应先确定罐壁位置，放线直径应略大于设计尺寸，放线直径计算方式如式1。

式中，为设计半径，为罐壁数量，为焊缝间隙，为实际下料周长与设计周长误差，为坡度影响。

壁板组装控制线沿中心至外缘弹测壁板控制线，并在内侧100mm处画出检查基准线。壁板组装时，先从开口处铺围作业，根据控制线铺排壁板吊装到位，分组调整壁板间隙和垂直度后使用组合龙门卡具固定（如图1所示），龙门卡具设置在壁板外侧，每道接缝三组卡具，调整到位间隙和错口后，双面坡口依次焊接外侧焊道、内侧焊道，单面坡口外侧单侧焊接，双面成形。环缝组装时，在壁板外侧设置背杠，每根背杠长度1800mm，自纵缝焊接前初步调整自环缝错口，待纵缝焊接完成后调整环缝错口并在内侧点焊固定，焊道焊接顺序为“先外侧、后内侧”。

图1 储罐壁板立缝结构示意图

3.6浮顶焊接施工

浮顶焊接施工时，先组装浮顶胎架，并检查胎架水平度，确保水平度误差控制在10mm以内。浮顶组装在浮顶胎架上进行。浮顶底板采用“拘束收缩法”施工，在浮顶底板安装完成后依次点焊固定浮顶隔板、环板、桁架、框架等构件，使浮顶顶板焊接成为整体，焊接顺序为先中间条板后两侧构件。浮顶顶板安装时，先点焊固定浮顶桁架隔板，并依次焊接桁架、框架、环板、隔板，隔板为满焊焊接。待浮顶顶板焊接完成后进行浮顶顶部其他构件搭接焊。

3.7检查与验收

本工程中，在储罐底板、壁板、浮顶焊接各工序完成后分批次组织开展焊缝质量检查验收工作，检查内容包括焊缝表面无裂缝、气孔、夹渣、弧坑等缺陷，接焊缝咬边深度小于0.5mm，咬边连续长度小于100mm，焊缝两侧咬边总长度不大于焊缝长度10%。第1层壁板与边缘板T形接头内侧焊缝边缘应打磨至平滑，无凸起。罐壁纵向接缝不得出现低于母材的凹陷，罐壁环向接缝低于母材凹陷深度小于0.5mm。凹陷部位长度控制在100mm以内。环形焊缝凹陷长度占总长度比例小于10%。

焊缝外观质量经检查验收通过后，依次进行无损探伤检测、抽真空检测，以抽真空后复压稳定30min为合格。针对开孔补强板焊接检查时，自信号孔向罐内注入100～200KPa 压缩空气，检查焊缝严密性，以无渗漏为合格。

储罐交付验收前，为确保焊接质量，以充水试验方式复核储罐施工质量，检查储罐有无渗漏点，并持续观测储罐不均匀沉降情况。本工程中。经注满储罐后保持48h，并罐壁浮顶安全阀稳压3900KPa进行水压试验。稳压30min无渗漏，48h内储罐内水位下降小于20mm，底板、壁板均无渗漏点，表明本工程储罐焊接质量良好，达到工程设计要求。

4 结语

在炼化企业生产中，储罐介质为易燃易爆危险品，对焊缝质量要求较高，要求施工单位严格各环节焊接质量管理与控制，并在交付前进行外观检查、探伤检查、抽真空检测和水密性试验，严格执行质量标准要求，预防和控制储罐焊接质量问题。

参考文献：

[1]吉章红.10×10~4m~3储罐T形焊接接头开裂原因分析[J].石油化工设备技术,2020,41(01):33-39+6-7.

[2]王亮,聂仑,岳春英,张叶,孙艺博,李剑平.立式储罐安装焊接变形控制[J].油气田地面工程,2017,36(02):68-71.

[3]段占军.大型金属储罐施工中工装卡具的应用[J].化工装备技术,2007(06):30-34.