40000m3储罐底板变形的焊接控制

摘 要：文章以大型储罐的底板焊接变形控制管理，通过调整焊接工艺和方法，使最终的结果满足质量要求。

关键词：大型储罐；焊接变形；质量控制

1 工程概况

以前工作的某单位于2006年开始在东莞市虎门港石化仓储基地--沙田镇立沙岛，设计建设一个3×40000m3液化石油气项目，其中有两台40000m3低温常压双壁储罐用于储存液态丙烷和一台40000m3单壁拱顶罐用于储存液态丁烷。低温常压双壁储罐，是地上式圆筒形拱顶双层金属结构储罐，内罐为平底、平吊顶，用于储存低温介质；外罐为平底、拱顶，用做保冷保护罐，在内外罐之间的环形间隙应填充保冷材料并维持较底正压状态。低温常压单壁储罐，是地上式圆筒形拱顶金属结构储罐，罐底采用膨胀珍珠岩混凝土保温，罐壁采用70mm现场发泡聚氨酯保冷，罐顶采用50mm泡沫玻璃保冷，罐顶、罐壁保温外覆1mm彩钢板包覆。

液化石油气性质：丙烷在1.013×105Pa（1大气压）下的沸点是-42.07℃；在温度15℃时的饱和蒸气压为7.1×105Pa；丁烷在1.013×105Pa（1大气压）下的沸点是-3℃；在温度15℃时的饱和蒸气压为1.7×105Pa。

我公司将从外部采购的低温常压液态丙烷在不改变物性的条件下直接通过管道装入低温常压双壁储罐，即储存-43℃的液态丙烷。双壁罐外径47.5m，高34m，单个空载总质量1850t。贮罐外底板由中幅板和边缘板构成，中幅板厚度为6mm，材质为Q235-A；边缘板厚度为8mm，材质为16MnR。中幅板之间及中幅板和边缘板之间采用搭接接头。罐底质量为92t，焊缝长度约为1800m。

2 编制说明

40000m3双壁储罐外底板焊接，全部焊道采用手动的手工电弧焊，初层打底焊接保证根部焊透。

外罐中幅板原设计为冷轧钢板，应力比较平均，在焊接施工过程中采用常规的施工方法即可保证整个底板的平整度。但我公司在采购钢板过程中，由于购买的是用卷板切割的开平板，在焊接过程中，由于受热就出现了部分的超标现象，本应为平板的钢板在边缘部位变成了波浪形，由业主、施工单位和监理单位对全部铺好准备焊接部分进行了共同的检测，检测点在全罐体各个方位范围内共20个位置，具置如图1所示。检测结果中有多处超过了规范要求（50mm），比较严重的有3个位置，分别为东北第三带中幅板凸起值为162mm，延长米为7m，（即图1中的A点）；西南方向第四带中幅板中间凸起值为137mm，延长米为6m（即图1中的B点）；东南方向第七带中幅板，凸起值为148mm，延长米为6m，斜向西（即图1中的C点）。在其后的施工过程中，按规定的施工方法施工，全部底板焊接完工后，以上三个监测点超差值有了很大改善，分别降低到42mm、33mm、40mm。

图1 罐底板检测点位置

3 对中幅板变形钢板的焊接控制

由于底板直径比较大，达47.5米，造成整体热膨胀幅度加大；为了做罐底部保冷，需在边缘板上焊两道挡水板做承压圈，又会增加底板的变形。为了保证中幅板的变形得到有效的控制，通过以下措施来保障。

3.1 将变形不同的中幅板铺设搭配

将变形大的和变形小的中幅板进行搭配，或者变形方向相反的中幅板进行搭配，在焊接后变形得到相应的牵制，达到控制变形。

3.2 减少热变形

3.2.1 焊接顺序和焊工的协调性。中幅板的焊接顺序从中心向四周逐步扩大，先焊接成带板，再将各带板接成整体。完成所有的中幅板的焊接后，再进行中幅板与边缘板的焊接。中幅板与边缘板的焊接顺序是沿着圆周对称位置同时采取跳焊方式焊接。焊工在焊接过程中协调一致，听从指挥。同一条焊缝的每一名焊工使用相同的焊接规范和方法，使他们所在的每一个位置都受热均匀，应力分散。

3.2.2 焊道处理。焊接前仔细清除焊缝内侧以及两侧20mm范围内的油污、锈垢。因设计要求外罐外底板需涂一层沥青漆，在焊道的位置留出5厘米不涂漆，防止在搭接焊的时候产生气孔等缺陷；如果在焊道位置已涂有油漆，在焊接前必须用火烤去搭接缝上层底板下表面的油漆。

3.2.3 龙门架固定。沿着长焊缝两侧各焊两个门型码，中间贯穿一根200的工字钢，之间的间隙用锲子固定，如图2所示。

图2 龙门架形式示意

3.2.4 焊接工艺。采用分段、多层、小电流、小焊条焊接，先焊接短焊缝、后焊接长焊缝，以减少热影响区。

在龙门架的强制固定下将中幅板完全平整后，以手工电弧焊，使用J427、f3.2mm焊条，先将焊缝点固焊，每200mm点固50mm长，而后开始恢复焊接，具体操作如下：短焊缝1.8m，布置两名焊工，由中间向两端对称倒退焊，J427、f3.2mm焊条，电流为90～130A，电压22～24V，焊接速度5～8mm，并尽量保持同样的焊接速度焊一遍，填充金属厚度3～4mm；然后进行盖面，J427、f4.0mm焊条，电流为160～220A，电压22～26V，焊接速度6～12mm。长焊缝8m，布置三名焊工，先每段2m跳焊，仍采用倒退焊，焊接工艺同上。采用多个焊工均布、分段退焊的焊接方法确保了整体受热均匀，减少局部受热过多而产生的变形；采用大幅逆向跳焊法集中了分段退焊和跳焊法两种方法的优点，使焊接热量更加分散，更有效地防止和控制了焊接变形。

3.2.5 变形控制。由于C点的面变形量最大，在施工过程中选择它作为优先施工处，先焊接短焊缝，在中幅板焊缝的东、西两侧方向，两块中幅板用龙门架固定，采用3.2.4焊接工艺方法施工，完成全部短焊缝后，采用相同工艺焊接长焊缝。

3.3 焊后处理

焊接完成后撤去门型码和工字钢，对由于在焊接门型码时造成的底板焊疤、飞溅等缺陷认真清除干净。

4 结束语

采用上述方法在A点、B点和C点焊接，对焊接后的中幅板进行测量，三处严重超标处凸凹变形的深度均小于变形长度的2%，且都在标准要求以下，取得了较好的效果。

按同样的施工方法，对其他变形部位进行施工，使整个外罐底板在焊接完成后对由板材引起的变形得到有效控制，最终使得焊接结果满足质量要求。