大型储罐和压力容器焊接制作过程中的技术要点分析

2019-09-05 版权声明 举报文章

[摘 要]大型储罐和压力容器制造与石油石化工业息息相关,油田从开采、炼化、储运到运输各个环节都离不开各种大型储罐和压力容器的使用。通过从事大型储罐和一二类压力容器制造多年,但在实践过程中也遇到一些难点和问题。本文就大型储罐和钢制压力容器相应标准在实施过程中出现的材料和焊接等方面问题,阐述自己的见解,以便能更好的运用标准保证工程施工质量,提高施工建设标准。

[关键词]钢板不平度 焊材选用 应力腐蚀

中图分类号:TH49 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)46-0374-01

1 储罐施工规范与钢材验收规范不能满足工程质量

笔者近年来参与预制的大型储罐规模为2000m -50000m 多台,根据多年来施工经验,在罐壁板施工中,存在钢板不平度难以满足预制安装标准要求。

板的不平度系指将钢板自由地放在平台上,每米范围内钢板下表面和平台间的最大距离。大型储罐壁板的不平度超标可引起:(1)由于长度方向不平度超标,在组装罐体环焊缝时,为保证安装尺寸易发生强力组装,产生应力集中和较大的内应力,严重者甚至会产生裂纹。(2)由于宽度方向不平度超标,引起组对纵焊缝时,对口间隙不均匀,易引起焊缝宽窄不均匀、焊缝缺陷增多和引起装配应力,产生焊缝处变形、焊接应力过大,从而影响储罐整体焊接质量及安全性。

新修订的GB50128-2005《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》中要求罐壁板滚制后,立置于平台上垂直方向用直线样板检查,间隙不大于2mm;水平方向用弧形样板检查间隙不大于4mm。其中钢材验收规范GB/T709-88《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》中对钢材不平度的标准适用于屈服点下限不超过460MPa的钢板,屈服点超过及进行调质处理的钢板,不平度最大值为上表规定的1.5倍。

用于储罐施工钢板按上述标准进场验收,厚度在6mm~25mm的壁板,长度及宽度方向的不平度是通过滚板机反复滚制进行矫平,而施工用三辊滚板机对厚度≤10mm壁板出厂时难以达到垂直方向间隙≤2mm;水平方向间隙≤4mm的标准。

目前,国内普遍钢材生产厂家扎制以及矫直钢材的设备陈旧,无法满足施工安装标准的要求。为满足储罐施工要求,本人认为应做如下要求:(1)规范钢材生产厂,引进先进的滚轧设备、矫直设备以及生产工艺,提高滚轧质量,从而保证出厂钢材质量满足现场施工要求。(2)制定合理的钢材验收标准,只有钢材验收标准与设备施工验收规范协调统一,才能具有实际意义。(3)应加大对钢材生产厂的监管力度,加强对钢材生产的整顿工作。

(4)施工方严格按施工规范施工,采用合理的施工工艺、方法和先进的施工机具与设备,从而最终保证储罐质量。

2 根据标准推荐合理经济的选用焊材

压力容器的施工中,焊道作为设备的主要结构,焊材的正确选用是保证产品质量的关键因素。在钢制压力容器的设计及制造过程中,关于设备的焊接要求,执行标准JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》,然而该标准仅对常用钢号选用焊接材料做了部分推荐,并未作出详细规定,焊接材料的选用,主要靠设计人员和施工单位的焊接技术人员针对各种技术参数、和施工部门的设备、能力等,合理的选择焊材。

焊缝区作为设备的重要部分,它的焊接质量及性能对设备整体的安全性是非常关键的。设计人员以及施工单位焊接技术人员在选用焊材时应注意以下几点:

焊条的选用须在确保焊接结构安全、可行的前提下,根据被焊工件的材质、技术要求和所用焊接材料、焊接设备的性能及特点都有所了解,同时必须综合考虑焊接施工条件和技术经济效益,有针对性地选用焊条,并作必要的焊接性能试验。

1)同种钢材焊接时焊条选用要点

① 考虑母材的机械性能和化学成分。对于结构钢(低、中碳钢、普通低合金钢等)的焊接,通常要求焊缝金属与母材等强度。一般按结构钢的强度选择相应强度等级的焊条,选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。对于合金结构钢,一般不要求合金成分与母材相同或接近。当母材成分中碳、硫、磷等元素的含量偏高时,焊缝中容易产生裂纹,应选用抗裂性能好的碱性低氢型焊条。

② 考虑焊接构件使用性能和工作条件。对承受载荷和冲击载荷的焊件,在满足抗拉强度外,还应保证焊缝金属具有较高的冲击韧性和塑性,可选用塑、韧性指标较高的碱性低氢型焊条。

接触腐蚀介质的焊件,应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。

在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊接件,应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途焊条。

③ 考虑焊接结构特点。对形状复杂、刚性大的厚焊接件,由于焊接过程中焊缝金属在冷却收缩时易产生较大的内应力,易产生焊接,因此对此类焊件,应选用抗裂性能好的碱性低氢焊条。对焊接部位难以清理的焊件,应选用对铁锈、氧化皮、油污等不敏感的酸性焊条。对受条件限制不能翻转的焊件,应选用适于全位置焊接的焊条。

④ 考虑施工条件和经济效益。在满足产品使用性能要求的情况下,应选用工艺性好的酸性焊条。在狭小或通风条件差的场合,应选用酸性焊条或低尘焊条。

2)异种钢焊接时焊条选用要点

强度级别不同的碳钢+低合金钢一般要求按两者之中强度级别较低的钢材选用焊条。但为了防止焊接裂纹,应按强度级别较高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺、焊接规范、预热温度以及焊后热处理等。

3 压力容器焊接材料的选用

对介质中含有一定量气态或液态H2S的压力容器焊接材料的选用,在施工验收规范GB150-98及标准JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》中无规定,一般设计人员在设计文件中对焊材的选用无特别要求。

在建设备中,有部分设备处理的介质含一定浓度的H2S,H2S对压力容器的腐蚀等影响是相当大的,湿H2S环境易使压力容器产生应力腐蚀。因此如何选用焊接材料及选用何种手段控制应力腐蚀是非常重要的。设计人员在设计这类容器时应充分考虑到介质中H2S的浓度、操作温度、母材及焊材的选型、母材及焊材中Mn的化学成分的比例等条件,并在设计文件中给出焊材推荐型号及要求,同时还应考虑设备热处理及保温等。也可在设计文件中详细说明焊材选用条件,由制造单位根据选用条件,在满足标准技术要求的情况下,根据各自的施工状况自行选择。

4 合理选用角焊缝焊接坡口

在以往压力容器施工中,针对筒体或封头部位斜插接管与筒体的焊接,设计文件及标准中均有规定,但一些接头型式在实际施工过程中存在施工难度,难以实现标准要求型式。在HG20583-1998《钢制化工容器结构设计规范》用于直径大于800mm的容器上斜插管与壳体的连接型式,按规范施工时,上部、下部坡口型式均为外坡口,在夹角小的一侧,一方面焊工操作不方便,焊条难以接触到坡口根部,另一方面焊接时电弧难以将母材完全熔化或难以填满熔化金属,根部往往焊不透。而接管与筒体焊接角焊缝往往是焊接的危险控制点。分析以往的压力容器质量事故,部分是由于角焊缝质量问题引起的。因此角焊缝的焊接质量控制应作为设备制造中的关键点。现将坡口形式作如下改进,夹角大处采用外坡口、夹角小处采用内坡口形式,上下坡口在中间作缓慢过渡,施焊时,设备内外各设一名焊工,按焊接层同时焊接施工。此坡口型式可完全保证焊口的焊接质量,全焊透。

5 结束语

以上为本人近年来在生产实践过程中,针对标准与实际冲突,提出的一些个人见解。也许这些见解还很片面或不够准确,但通过以上的具体分析,希望能够为油田压力容器和大型储罐方面建设提供一定的参考建议。

参考文献

[1] GB50128-2005,《立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》[S].

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