克石化2万方油品储罐底板焊接变形质量控制

　　摘要：大型油品储罐底板焊接变形的控制，关系着整个油罐制作安装的成败。本文以工程实例阐述了罐底板排版设计、焊接工艺选择、焊接施工程序控制的优化配置，使罐底板焊接变形得到了有效控制，提高了罐底板施工质量，同时缩短工期、降低成本。获得了较好的经济效益。
　　关键词：储罐底板，焊接变形，质量控制
　　目前大中型油品储罐的罐底板基于罐整体使用寿命和安全可靠性考虑，均采用全对接(带垫板)接头型式，这种焊接结构设计型式无疑增加了焊接施工的技术难度。
　　我公司目前监理的新疆克拉玛依石化公司完善稠油集中加工及配套工程系统外配工程新建1台20000立方原油罐过程中，通过罐底板焊接结构特点、焊接变形规律分析，焊接工艺评定试验和现场焊接模拟实验，根据到货材料规格，进行了罐底板排版设计，采用了罐底中幅板“丁字型排版法”、“垫板预留收缩缝”、“边环板对缝焊接反变形板控制”、“先横后纵，先短后长”焊接施工技术方案，并且在施工过程始终严格执行“焊接施工程序控制”，使油罐底板局部凹凸度平均值≤变形长度的2%，且≤40mm。最大变形量为标准允许值2／100L的80％，施工质量优良。
　　1罐底板排版设计
　　1．1焊接结构特点分析
　　储罐底板由弧形边缘板、中幅板、垫板组成。每台油罐底板总重约83.5t，面积1287m2，接缝总长约1420m，包括垫板的对接、T型接头，设计规范要求全焊透(带垫板的对接接头)。这种结构要求对底板的相对自由膨胀、收缩很不利，势必加大底板与垫板之间的错位剪切应力，容易造成波浪变形和扭曲变形。罐底板主要设计参数(见表1)
　　表120000M3原油储罐底板材质、规格及重量
　　名称 材质 规格(mm) 数量(块) 重量(t)
　　中幅板 Q235B 9000×1800×7 65 64.29
　　垫板 Q235B -50×4 1420 4.5
　　边缘板 Q345R 8000×1650×10 16 19.184
　　1.2罐底板排版型式选择
　　根据到货材料规格，我们经过分析对比，选择了“丁字型排版法”
　　应用这种排板法有以下特点：
　　1)罐底板中心处为横向列板，有利于中幅板贴紧“圆锥形”基础面，提高底板铺设、定位焊速度，减少组焊变形。
　　2)罐底板焊缝布置合理，焊接应力在整个底板分布较为均匀，底板变形相对较小。
　　3)中幅板“短缝”(各列中幅板之间的对接焊缝)，与“长缝”(横向排列、纵向排列中幅板之间的对接焊缝)的长度之比为2．25：l，长缝约占接缝总长度的70％，按“先短缝后长缝”的施焊程序，中幅板大部分接缝都可以在处于相对自由膨胀收缩的状态下施焊，使中幅板整体变形趋向于最小。
　　4)有利于展开工作面，只要中心板定位、划线后，就可以由中间向两边两侧铺设，方法简单，容易形成流水施工作业面，提高铺设效率。
　　
　　2焊接工艺选择
　　1)焊接变形规律分析：由于焊接热过程的局部性，瞬时性和移动性，焊接应力引起的焊接变形是必然存在的。要控制焊接变形的大小，就必须找出它的主要影响因素，分析变形的方向，变形的量值和变形的规律，通过选择恰当的焊接工艺方法，进行必要的试验和比较，编制合适的焊接工艺规程，使焊接应力应变趋于最小。
　　2）罐底板焊接采用手工电弧焊工艺
　　手工电弧弧焊是一种成熟的焊接工艺，被广泛地应用底板焊接，具有焊接速度快、焊接变形较小、灵活性等特点。弓形边缘板对接焊缝的初层焊，宜采用焊工均匀分布，对称施焊方法。
　　
　　3焊接施工程序控制
　　1)罐底板在施工过程必须始终严格执行的施焊总程序为：先横后纵，由中心向四周；先焊短焊缝，后焊长焊缝；焊工均匀分布，对称同时同步，分段跳焊退焊。
　　2)罐底板垫板自身的接头可采用对接双面焊，焊后表面应磨平，确保与底板接触间隙<lmm。铺设时所有横向垫板T型接头处都应“预留收缩缝”，纵向垫板每隔8—16m也应“预留收缩缝”，预留收缩量应与中幅板预算收缩量保持一致。
　　3)罐底中幅板短焊缝点焊和正式施焊时，在每条接缝端头两侧、各单元接缝两边焊上临时限位板(250X4mm扁钢)，以控制各单元短缝之间、短缝与长缝之间的组对间隙和平整度。
　　4)中幅板短焊缝由两名焊工从中间向两边同时同步对称施焊，根层应采用分段跳焊退焊法，面层应采用隔缝同向焊。长缝焊接必须由中心向两边分段施焊。施焊时必须将相邻的所有点焊铲掉。一发现变形，应从拱起处向两边焊接。所有横焊缝与长焊缝T型对接的丁字缝，都必须预留200mm的“预留收缩缝”，等列板之间纵向长缝焊完后施焊。
　　5)所有中幅板与弓形边缘板T型对接的丁字缝，都必须预留400—450mm的“收缩缝”，待罐壁板与罐底板大角缝焊接完毕，再用半自动切割机切除龟甲板多余板长再进行最后施焊。
　　6)罐底弓形边缘板应先焊靠外边缘300mm部位的对接缝，焊后必须按设计要求进行100％NDT探伤合格后，方可调整组对底圈壁板。焊接方向应由内向外，采用焊工均匀分布、隔缝对称施焊法。其垫板应伸出外侧20mm作引(熄)弧板，焊接完成后再割除。
　　7)弓形边缘板罐内侧剩余部分应在罐底板大角缝焊接完毕，弓形边缘板与中幅板之间的对接缝(即龟甲缝)焊接前采用焊工均匀分布、由内向外、同时同步同方向对称施焊。
　　8)罐底板与底圈罐壁板大角缝的焊接在第二圈壁板组装完成后进行。大角缝焊接采用手工焊进行焊接。焊接时不能再短距离内连续几遍焊接。应平均分成n段，由n名焊工同时同步同向对称施焊，先焊内侧根层焊道，再焊完外侧角缝，最后焊接内侧其余各层焊道。焊前应采用刚性支撑固定罐壁板与弓形边缘板，直到弓形边缘板与中幅板之间的对接缝焊完后拆除。
　　9)最后焊弓形边缘板与中幅板之间的对接缝(即龟甲缝)时，宜采用焊工沿圆周均匀分布，隔缝对称同时同步同方向施焊，其根层应采用分段跳焊退焊法，面层应采用分段退焊法。
　　4主要焊接工艺参数
　　罐底边缘板主要焊接工艺参数见表2
　　材质 焊接方法 填充金属 焊接电流 电弧电压V 焊接速度cm/min
　　  牌号 直径mm 极性 电流A  
　　 Q345R SMAW E5015 ¢3.2 DC- 80-100 21-24 5-7
　　 SMAW E5015 ¢4.0 DC- 120-160 24-25 8-10
　　罐底中幅板主要焊接工艺参数见表3
　　材质 焊接方法 填充金属 焊接电流 电弧电压V 焊接速度cm/min
　　  牌号 直径mm 极性 电流A  
　　Q235-B SMAW E4315 ¢3.2 DC- 80-100 21-24 5-7
　　 SMAW E4315 ¢4.0 DC- 120-160 24-25 8-10
　　罐底中幅板与边缘板的收缩缝（龟甲缝）主要焊接工艺参数见表4
　　材质 焊接方法 填充金属 焊接电流 电弧电压V 焊接速度cm/min
　　  牌号 直径mm 极性 电流A  
　　Q345R+Q235-B SMAW E4315 ¢3.2 DC- 80-100 21-24 5-7
　　 SMAW E4315 ¢4.0 DC- 120-160 24-25 8-10
　　
　　5结束语
　　1)焊接应力引起的焊接变形是不可避免的，只能控制它的大小。要控制焊接变形的大小，就必须找出它的主要影响因素，分析变形的方向，变形的量值和变形的规律，通过经验公式计算，选择恰当的焊接方法，进行必要的试验和比较，编制合适的焊接工艺规程，使焊接应力应变趋向于可以接受的程度。
　　2)大型储罐底板中幅板“丁字型排版法”有利于中幅板贴紧“圆锥形”基础面，整个底板焊缝布置合理，焊接应力分布较为均匀，底板变形相对较小。
　　3)采用“垫板预留收缩缝”，罐底板铺设时所有横向、纵向垫板T型接头处，以及纵向长垫板都“预留收缩缝”，整个底板大部分接缝在施焊过程中都可以处于相对自由膨胀收缩状态，使罐底板整体焊接变形趋向于最小。
　　4)通过新疆克拉玛依石化厂1台20000M3原油储罐罐工程实践证明，选择“丁字型排版法”、“垫板预留收缩缝”、“边环板对缝焊接反变形板控制”、“先横后纵，先短后长”焊接工艺及焊接施工程序控制，能有效地控制大型储罐底板焊接变形。

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