十万立方米浮顶油罐单盘平整度的控制

十万立方米浮顶油罐单盘平整度的控制

赵真国

身份证号码： 230703196802100212

摘要：十万立方米储罐浮顶单盘母材一般是薄板,厚度通常5mm,面积大（两千多平米）,焊缝密度高（2700多米）, 焊接变形确实十分不易控制，所以很难控制焊后产生的波浪变形。本文阐述十万立方米浮顶储罐单盘采用临时支架进行安装时,控制浮顶单盘双面满焊焊接波浪变形的一系列工艺措施,实施这些措施可使焊接波浪变形比一般的自由收缩法大为减少,外观质量得到了显著的改善。

关键词：十万立方米储罐；浮顶；单盘波浪变形；控制

1. 概述

以 浙江舟山天禄能源有限公司6台10万立方米浮顶油罐为例，介绍10万立方米浮顶油罐的单盘结构。10万立方米浮顶油罐单盘采用薄板搭接形式，直径69.2m，板厚5mm，其上表面开口安装有支柱套管、集水坑等附件，下表面分别在半径R30.8 m、R25.8 m、 R20.8 m 、R15.8 m 、R10.8m 的位置上安装有五圈环向加强筋及相应筋梁，单盘焊接设计要求：上下表面为满焊。单盘中部安装有中央浮舱，外周与边缘船舱相连。

由于单盘直径大、板薄，在组装和焊接过程中，极易发生变形，如施工考虑不周，组装、焊接工艺制订不当，措施不到位，环节控制不严，就会使单盘产生较大的波浪变形，从而严重影响外观以及浮顶排水。本文通过对浙江天禄能源六座十万立方米浮顶油罐施工实践的分析和监理总结，提出了单盘平整度控制的方法和措施。

2. 组装工艺及防变形措施

单盘的排板一般宜采用焊接收缩较为均匀的人字型排板。

单盘的安装在临时台架上进行铺设和焊接。为确保台架安装的水平度，从而更好地保证单盘安装的平整度，从经济、合理的原则出发，台架应设置成可调整、可拆卸的网状三角形结构。单盘的组装采取能使单盘板充分延展的组装工艺。单盘板上表面的组对按照从中心向外的原则进行，采用先短缝、后长缝、最后人字缝的组装方法。单盘下表面与圈梁的组对方法采取由内向外逐圈进行。单盘板正式组对前，必须对单盘铺设时所焊的临时定位点全部磨开，以使单盘板在组对过程中能充分的延展，避免产生不必要的组装应力和变形。

根据热胀冷缩原理，为减小温差应力对单盘平整度的影响，单盘的组对点焊要选择在气温相对较高的时段内进行，此时单盘板充分延展，尤其是在单盘边缘板与船舱底板的组对时更要选择在气温较好、温度相对稳定的时间段内进行且当天施工完毕。

单盘组装（含焊接）如下：

1.单盘上表面的组对、定位焊→2.单盘边缘板与船舱底板的组对、定位焊→3.纵向、环向加强筋与单盘板的组对、定位焊→4.加强圈及相应筋梁与单盘板的下表面断续焊→5.单盘板下表面断续焊→6.单盘上表面的焊接

上述单盘的组装顺序中，单盘边缘板的组对必须要在船舱全部焊接完后才能进行，因为边缘船舱全部组装焊接后会产生约30－40mm左右的径向收缩，若在船舱焊前将单盘与边缘船舱相连，船舱焊接后的径向收缩将直接作用于单盘上，能使单盘产生很大的变形。

单盘板下表面的组对及断续焊宜等待至船舱焊后且单盘边缘板与船舱底板相连成一个拘束整体时才开始进行。但经常因罐壁的第一圈环缝不能及时组焊而影响船舱的安装，浮顶施工人员处于窝工状态时，可利用加强圈及相应筋梁对单盘的拘束作用，在单盘上表面组对完成后，采取先对R10.8m至R30.8m的区域内的仰脸断续焊实施焊接，并充分考虑到该区域仰脸断续焊产生的整体收缩对半径R10.8m区域内的影响，预先对半径为R10.8m区域内的单盘不进行组对，使之处于自由状态，待上述仰脸焊接完后再对该部位进行组对及下表面焊接；对半径为R30.8m以外的单盘区域，由于没有加强筋的拘束，其下表面的焊接仍然待单盘边缘板与船舱底板组对连成一个整体后，才进行焊接。具体组焊程序如下：1.单盘板上表面组对（半径R10.8m区域内除外）→2.单盘板下表面与加强圈及相应筋梁的组对→3.单盘板下表面组对（半径R10.8m至R30.8m区域内）→ 4.加强圈及相应筋梁与单盘板的仰脸断续焊→ 5.单盘板仰脸断续焊（半径R10.8m至R30.8m区域内）→ 6.单盘板上表面组对（半径R10.8m区域内）→ 7.单盘板下表面组对、断续焊（半径R10.8m区域内）→ 8.单盘边缘板与船舱底板的组对（船舱组装焊接后）→ 9.半径R30.8m区域外单盘下表面断续焊→ 10、单盘上表面焊接。实践证明：这一方案非常有效，不仅平整度得到了更好的控制，而且使劳动力及施工设备也得到了合理的安排。

3. 焊接工艺及防变形措施

在阐述焊接工艺及防变形措施之前，有必要对焊接应力及其变形作简要分析，就厚板而言，焊接时出现的焊接应力是三向的，随着板厚的减少，厚度方向的应力（σz）相对较小可以忽略而看成双向应力σx和σy，对于薄板搭接焊时，也因垂直焊缝方向的应力σy较小而忽略，主要考虑平行焊缝轴线方向的纵向应力σx，该纵向应力σx沿焊缝长度方向的分布如下图所示：

由上图可知：单盘板焊缝及其附近处为拉应力，一般都达σs，两侧表现为压应力。根据内应力平衡的原理，焊件横截面上内应力的分布总是拉应力的面积等于压应力的面积，从Ⅱ-Ⅱ截面中，两侧压应力离焊缝的距离越远越小，且压应力的分布呈陡然下降曲线，因此，离焊缝近的两侧压应力则较大，当纵向收缩对薄板两侧造成压应力超过其失稳的临界值时，薄板就会丧失稳定而产生波浪变形。通过上述焊接应力与变形的简要分析，薄板焊接最易发生的波浪变形可以从降低压应力和提高临界应力两方面着手，前者要求采用小的焊接热输入，减小受热区面积，后者要求减小板的自由幅度，因此在工艺的制定上，一方面要充分利用浮顶结构的特点，在单盘上表面焊接前，把单盘与船舱连成一个整体以及完成单盘下表面与环向加强筋以及径向加强筋的仰脸焊接工作，从而将浮舱及加强梁共同作为单盘上表面焊接的拘束体，充分利用其对单盘的拘束作用来防止单盘板的焊接变形，尤其是单盘的波浪变形，另一方面，为减少焊道的热输入量，在焊接方法上，采用CO2气体保护焊代替以往使用的手工电弧焊，为使焊接应力分布均匀，避免应力集中产生变形，要求施焊焊工均匀对称分布，焊接采用分段退步焊。单盘的焊接由外周朝罐中心方向进行，先短缝，再边缘板大环缝，最后焊接长缝。

4. 施工其它注意事项

1、在单盘平整度的控制上，首先要保证台架的水平度，单盘的铺设必须要在临时台架水平度经检查符合要求后才能进行。

2、单盘板摆放要规范，下垫的支承点数量设置要足够、布置要均匀，尤其是支承点位置必须放置在同一垂直线上，以免单盘板摆放不当而引起变形。

3、单盘板下设的加强圈及相应筋梁作为其刚性固定结构，其预制质量的好坏直接影响单盘安装的平整度，对该构件的预制，应严格控制翘曲变形，预制后应放在平台上逐根进行检查，翘曲变形超标的必须予以矫正，合格后方可出厂。

4、单盘上的开孔附件（如集水坑、人孔、通气阀、支柱套管等）以及中央浮舱都宜在单盘板与加强筋、船舱连成一个整体时才进行焊接（画线、开口、及组装可提前进行），这样可有效地减小该部分焊接对平整度的影响，对于人孔、集水坑等较大的开口附件，焊接时还必须在周围打上井字形背杠，并在下部加设顶杠，防止下塌变形。

5. 结束语

我公司在浙江天禄能源有限公司监理的6座十万立方米浮顶油罐，由中国石化集团四公司承担施工任务，开始的TK-122储罐单盘施工过程中，施工单位的工艺控制的不太理想，于是我建议施工单位采用船台钢性固定的焊接工艺控制单盘的变形量，严格控制施工环节，使6座罐的单盘平整度得到了有效的控制。6座十万立浮顶油罐的单盘凹凸度最大为27mm。皆远远低于规范及设计标准的要求（单盘验收参照储罐底板标准），

通过对浙江天禄能源有限公司6台10万立储罐单盘安装与焊接的监理过程中。与施工单位技术人员共同分析了所应用的施工工艺，用新的工艺实质上是将单盘应力量分割成许多小块，最主要是用船舱作为约束力，解决了最外圈环向筋的受拉产生的起拱显现，并且大大缓解不均匀应力变形。这说明大型储罐的单盘焊接只要采用合理的焊接工艺，加上严格的工艺纪律，焊接变形是完全可以控制的。

参考文献：

[1]大型立式储液罐制造与安装。中国石化出版社

作者：徐至钧；燕一鸣

[2]焊接工程师手册。机械工业出版社

作者：陈祝年

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