大型油罐壁板组装焊接变形的综合控制措施

大型油罐壁板组装焊接变形的综合控制措施郑 文 生( 安庆石化工程建设监理公司, 安徽 安庆 246003)要: 壁板的变形控制是大型油罐质量控制的重点和难点。本文结合10000 m 3 内浮顶油罐的工程实践, 从摘预制加工、组装、焊接全过程分析壁板变形的各种现象和成因, 针对壁板变形的不同情况提出有针对性的控制措施, 取得了良好的控制效果。关键词: 油罐; 壁板; 组装; 焊接; 变形; 控制中图分类号: T G404文献标识码: B文章编号: 1007- 4260 ( 2005) 01- 0046- 04大型油罐是石油化工企业常见的贮运设备之一。 在油罐施工过程中, 变形控制对保证油罐几何尺寸、减少罐体残余应力、提高油罐使用寿命具有重要意义; 对内浮顶油罐, 油罐壁板变形控制是保证内 浮顶正常升降的重要条件。 油罐均由钢板现场组装焊接而成, 具有焊缝长、数量多、焊接应力和变形分析复杂的特点, 决定了罐体变形控制是油罐施工过程质量控制的重点和难点。根据工程实践, 油罐的底板和罐顶瓜皮板的组装焊接工艺较成熟, 变形易于得到控制。壁板变形的 影响因素很多, 控制难度大, 需要从壁板预制到焊接成形实施全过程的控制措施, 才能有效防止超标变 形的发生。 本篇重点从各个环节分析壁板变形的成因, 采取有针对性的综合措施控制变形。1. 工程简介1999 年至 2000 年底, 根据市场需要, 我厂投资 4000 万元, 建设某罐区项目。该罐区有 4 台 10000 m 3内浮顶汽油罐, 2 台10000 m 3 外浮顶原油罐, 2 台6000 m 3 拱顶柴油罐。本文重点介绍内浮顶汽油罐变形 的分析和控制过程。 10000 m 3 内浮顶汽油罐的主要设计参数如表 1。表 1 汽油罐的主要设计参数综合考虑各种方法的可靠性、经济性, 本油罐采用电动葫芦倒装提升方法。 采取集中控制; 在罐体内均布 20 台桅杆, 桅杆上挂有 10T 的电动葫芦; 在罐体提升部设置涨圈, 涨圈起提升支架和防罐体变形 的作用; 在底板中心设中心架, 用钢丝绳成伞形辐射状与桅杆顶部连接。整个倒装工艺的工装机具有四大系统组成: 提升系统、涨圈系统、中心稳定系统、电气控制系统。 壁板纵缝采用单面V 型坡口; 环缝采 用 45坡口 ( 下带壁板不开坡口) 。在第一台油罐施工至第四带壁板时, 发现第二、三带壁板出现了多处超标变形, 有纵缝角变形、环 缝缩腰、局部凹陷、总垂直度超标等。 工程监理、施工单位经磋商后决定暂停施工, 由现场施工技术人员、专业监理人员组成变形处理小组, 对壁板的变形原因进行分析解决。收稿日期: 2004- 11- 03作者简介: 郑文生 ( 1968- ) , 男, 安徽贵池人, 工程师, 工程监理。 体积: 10000 m 3直径: 30 m材质: Q 235- A罐壁高度: 15. 8 m单带壁板高: 1. 76 m壁板总带数: 9 带钢板长度: 6 10 m从下算起壁板带数123456789壁厚 (m m )1816141210876647第 1 期郑文生: 大型油罐壁板组装焊接变形的综合控制措施2. 壁板变形现象及原因分析经现场技术人员分析认为, 壁板变形主要因素有: 预 制加工质量问题、局部焊接残余应力过大、相对刚性约束不足等。 主要的变形现象及原因分析如下:1) 缩腰: 环焊缝处直径小于油罐正常直径, 如图 1。 原因分析:( 1) 环焊缝处焊接引起的长度收缩。( 2) 纵缝焊接时只留一道活口, 纵缝环向的收缩应力 得不到释放。( 3) 碳弧气刨清根引起的热变形。2) 纵缝的角变形: 纵缝凸出、内凹或波浪变形, 如图2所示。 原因分析:( 1) 卷板时的直边。( 2) 组对时刚性约束不够。( 3) 焊接电流过大。3) 局部凹陷: 主要发生在丁 字缝处或丁字缝附近。原因分析:( 1) 壁板长宽尺寸偏差导致 焊缝间隙不均匀, 局部焊缝间隙过大。( 2) 丁字缝附近受环缝和纵缝焊接应力的共同作用。图 1环缝缩腰示意图 2 纵缝角变形及直边示意( 3) 环缝焊接时由多名焊工同时施焊, 各焊工焊接速度不一、电流大小不一。 焊接电流大者焊接残余应力较大; 则各处焊接应力呈不均匀分布。4) 总垂直度偏差超标: 罐体重心漂移, 导致罐体中心与底板中心偏差超标。原因分析: 电动葫芦坐落在可变形的底板上, 对罐体的拉力可分解为垂直向上的提升力和水平方 向的拉力。 各葫芦虽然均匀分布, 但其对罐体的水平拉力并不均衡, 则存在一个对罐体水平方向总拉力, 导致罐体水平方向发生漂移, 此种漂移累积, 导致罐体总垂直度超标。 罐体受葫芦水平拉力的受力分析见图 3。图 3 罐体受葫芦水平拉力示意图(F n 为水平分力, F 为水平合力) 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 48安庆师范学院学报 (自然科学版)2005 年3. 影响因素分析和控制壁板变形的措施变形处理小组首先对壁板预制安装的流程进行了分析。 壁板制安流程如下:其中下料至运输为预制阶段, 其后为组装焊接阶段。 变形处理小组将影响因素分为人、料、机、法、环五个方面进行分析, 分析结果如下:3. 1 预制阶段的影响因素及采取措施1) 下料尺寸超标。措施: 落实检验人员的质量责任制, 对下料尺寸严格按规范进行检查, 不符合要求的不得放行。 规 范规定的壁板尺寸允许偏差如表 2。2) 壁板卷制成喇叭形, 原因是卷板机轴辊间隙不均匀。措施: 调整辊轴间隙; 弧度检查时需测量上、中、下三处。3) 壁板边缘直边采用带头板, 与正式壁板点焊, 卷板完成后割除带头板, 修磨坡口。3. 2 组装焊接阶段的变形分析及采取措施1) 纵缝角变形, 采取以下措施:( 1) 增加弧度板数量, 纵缝内侧弧度板由 2 块改为 4 块, 增强焊接时的刚性约束。(2) 严格控制焊接电流, 加强焊接工艺纪律检查。 8 m m 以下厚度壁板打底焊接采用 3. 2 m m 焊条,焊接电流 90 120 A ; 盖面焊接采用 4. 0 m m 焊条, 焊接电流 150 180 A 。2) 环缝缩腰( 1) 纵缝焊接设置两处收缩口, 可使纵缝焊接的收缩应力得到较充分的释放, 避免环缝上下壁板周 长出现差值。 也可减少壁板整体的焊接应力。( 2) 适当增加焊工人数, 以分散焊接残余应力, 一万罐可安排 12 名焊工均布于油罐四周, 采用分段 退焊法同时施焊。( 3) 适当控制环缝的焊接电流, 加强焊接过程工艺纪律的检查。( 4) 要求各焊工的环缝焊接速度基本一致, 基本同时焊接完成。3) 薄壁板的焊接: 薄壁板的刚度较小, 易发生焊接变形, 因此有必要采取措施尽量减少焊接线能 量, 减少焊接应力。 薄壁板 ( 小于 8 cm ) 焊接的防变形措施:( 1) 焊缝不开坡口, 通过调整焊缝间隙保证焊透, 可减少焊缝金属填充量, 相应减少焊接变形, 是行之有效的措施之一, 焊缝间隙要求为 2 3 m m 。( 2) 改碳弧气刨清根为角向磨光机打磨清根。 气刨清根虽然工作效率很高, 但清根时热量较大, 气 刨后坡口深度较砂轮机深, 焊接时填充金属量大、焊接线能量大, 焊接收缩和残余应力也较大。4) 局部凹陷, 主要发生在丁字缝附近。 减少纵缝在丁字缝处的预留未焊长度, 由 15 cm 减少至 10 cm 。如此则增大了壁板的钢性约束, 避免在丁字缝处出现较大变形。在保证焊透的情况下, 应尽量采用较小的焊接电流, 可减少焊接变形。5) 避免罐体出现漂移的措施: 罐体漂移导致油罐总体垂直度超标。 出现漂移是因电动葫芦对罐体 的水平拉力不均衡所致, 而电动葫芦对罐体的水平拉力存在不确定性, 难以计算和控制。本工程施工过 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 49第 1 期郑文生: 大型油罐壁板组装焊接变形的综合控制措施程中, 主要加强对罐体位置的测量, 即从罐顶入孔处放线至罐底, 在罐底设一标识。 测量罐体的水平位移, 对超标位移及时用葫芦进行调整, 葫芦的一端与涨圈相连, 另一端着力在底板上。 事后需对底板上 遗留焊疤进行修复打磨。理论分析: 增加电动葫芦数量, 如 10000m 3 罐可考虑采用 24 个电动葫芦, 则葫芦对罐体的拉力更均 匀, 将起到减少或克服罐体的漂移现象。6) 设计考虑: 在进行壁板厚度设计时, 不仅要考虑一般的受力计算, 也要考虑到薄壁板的变形控制问题。根据本工程经验, 小于8 cm 薄壁板一般应控制在两带板以下 ( 每带板宽度按1600 m m 2000 m m考虑) , 当薄壁板在三带及三带以上时, 施工过程壁板的变形控制将明显困难, 特别是从上往下的第二、 三带壁板间属“变形多发区”, 也可考虑在适当位置设置加强圈以控制变形。4. 结束语通过以上控制措施, 本工程的 8 台油罐的壁板外观成形良好, 工程被评为安徽省“黄山杯”( 优质) 工 程。本文以 10000 m 3 内浮顶汽油罐为例进行了壁板变形控制的分析, 也可作其它规格油罐变形控制的 参考。壁板变形控制的重点有: 壁板加工尺寸的控制; 焊接电流的控制; 薄壁板的处理。只有对壁板加工预制、组装、焊接进行全过程控制, 才能取得良好效果。在具体施工过程中, 应注意到: 技术分析最终要靠加强过程管理来实现。如: 焊缝焊接过程中, 对每 个焊工的焊接电流、焊接速度, 质检人员均要经常进行检查, 保证焊接工艺纪律和技术要求得到贯彻执行。 焊接完成后要及时进行焊接质量和变形情况检查, 发现变形要及时进行处理。 参 考 文 献 国家标准 GBJ 128- 90. 立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范. 中国工业建筑出版社, 1991.蔡志伟. 特大型罐壁板的装焊工艺实践 J . 焊接技术, 2003.张永兴. 大型储罐施工中的焊接变形控制J . 石油工程建设, 2002.1234567韩阁. 立式拱顶油罐焊接应力与变形控制措施J .铁道建筑技术, 2000.王洪海. 大型储罐壁板安装对接焊焊缝角变形的控制J .安装, 2000.刘健发. 柴油罐壁板焊接变形的分析与处理 J .广石化科技, 2000.杨国卿. 50000m 3 大型油罐焊接变形的控制J . 焊接技术, 1994.W e ld in g D ef orm a t ion Con tro ls f or L arge- Vo lum e O il Tan k W a ll Erec t ionZH EN G W en 2sh en g(E ng inee r ing Sup e rv ising & Co n su lt ing Com p any o f A nq ing P e t ro ch em ica l W o rk s, A nq ing, 246003, C h ina)A bstrac t: D efo rm a t io n co n t ro l o f th e w a ll is o f g rea t im po r tance and d iff icu lty fo r qua lity co n t ro l o fla rge- vo lum e o il tank. B a sed o n th e p ro ce ss o f th e w a ll p rep a ra t io n, e rec t io n and w e ld ing f rom th e p rac t ice o f som e 10, 000 m 3 o il tank s w ith an inne r f lo a t ing d rum , th is a r t ic le ana lyze s th e p h enom ena and cau se s o f th e w a ll defo rm a t io n and p u t s fo rw a rd th e re levan t co n t ro ls fo r a va r ie ty o f th e