能源设备
能
ISSN1007-3132 CN35-1272/aTK
源与环
境 2004年第2期
立式拱顶圆筒形油罐施工的变形控制
陈仰章
(福建联美工程建设有限公司 福建福州 350001)
摘 要 介绍大型立式拱顶圆筒形钢制焊接油罐在制作、安装施工过程中罐体的几何形状和尺寸、焊缝质量等方面的工艺要求,提出变形控制方法。
关键词 油罐 制作安装 施工 变形控制
中图分类号:TE97215 文献标识码:B 文章编号:1007-3132(2004)02-0054-03
随着交通运输的蓬勃发展,其载体对以石油及石油产品作为动力能源的需求量越来越大,这就涉及到用于贮存液态石油及其石油产品的各种油罐建造量也越来越多。而建造于地面上的大型立式拱顶圆筒形钢制焊接油罐,就是其中的一种。其罐体各部位的几何形状和尺寸允许变形量、焊缝焊接质量等方面,因其特殊的使用要求,国家相关标准均有明确的施工及验收规范。在具体的制作安装过程中,因其体形大、重量重、几何形状和尺寸成形控制难、在组装焊接过程中易产生应力和变形等特点,给施工造成一定的难度。如何在油罐罐体的制作安装过程中采取切实可行的措施和有效的防范,控制罐体各部位的变形,消除或减少其应力集中造成的破坏,确保油罐的整体质量和外形尺寸符合规范、设计要求,藉以提高油罐的使用的寿命,发挥其更好的经济和社会效益,这无疑是油罐制作安装施工人员普遍关注的问题。
工序,制造安装顺序一般为先底板后顶板,最后采取倒装的施工方法,从上而下逐圈制安提升壁板直至整体成形。在拼接、组装过程中,由于焊缝多,且多为双面连续焊,因焊接胀缩造成的几何变形及应力集中就不可避免,因此,油罐各部分在制安过程中,就必须在排板预制尺寸、吊运装防变形及控制焊缝胀缩引起的几何变形、消除或减少应力产生上采取有效的防范措施,以达到设计或规范的要求,消除应力破坏隐患,否则,将造成返工或减少油罐使用寿命的经济损失。
一般来讲,大型立式拱顶圆柱形钢制焊接油罐的制作安装,无论是采用充气顶升、起重机械提升、还是人工拉葫芦的顶升方式,均采取倒装法,即从罐壁的顶圈开始向底圈逐层组装、焊接、顶升的施工方法。采用人工拉葫芦顶升的方式施工,相对来说具有经济、简易且不受地形环境、施工装备条件的等优点,其缺点是作业量大、速度慢,在工期不紧的情况下,是一种较为普遍的施工方法。
1 油罐结构及施工方法
大型立式拱顶圆筒形油罐,均由罐底、罐壁、罐顶及一些附件等几个部分组成,其罐体多为钢制焊接结构。以容积为2000m3为例,其直径一般设计为16m左右,罐壁钢板厚度为5～8mm,其中壁板厚度为从上而下逐渐加大,结合方式有搭接式、对接式两种形式。在成形过程中,其底板、壁板、顶板均经过绘制排板图、预制拼接及组装焊接等几道54
2 罐安施工方法及变形控制
以笔者施工的福州民航黄山油码头转运库2000m3油罐制安为例,其罐体各部分的施工方法、
工艺及变形控制,按照先底板后顶板、再壁板的制安程序。211 罐底的预制加工及组装焊接
罐体底板由对称矩形中幅板、条形边缘板通过
能源与环境2004年第2期能源设备ISSN1007-3132 CN35-1272/aTK搭接的方式组成。预制前,应绘制排板图,其排板
直径按设计直径放大011%～012%,然后根据设计尺寸和板材的实际规格,合理地计算出每块边缘板和中幅板的下料尺寸,以尽量减少产生边角料而造成的浪费。每块底板下料后,与排板图编上相应的号码,以便组对时“对号入座”,避免出现混乱和差错。底板组对时,从中心板开始向圆周方向幅射排板,其搭接宽度要求控制在设计尺寸±5mm以内进行调整、定位及点焊固定。值得注意的是,搭接接头三层钢板重叠部分,应将上层钢板切角,切角长度应为搭接长度的2倍,宽度应为搭接长度的2/3。
罐底板的组装焊接。底板定位时,点焊处数太多,整体施焊后极易造成底板起拱现象;处数太少,在施焊过程中又容易崩裂,而达不到整体控制的目的。因此,为有效的控制施焊时因焊缝胀缩引起的局部凹凸度,除采用正确的施工施焊顺序外,还应采取一些辅助措施以避免或减少变形,来达到变形控制的目的。据有关资料记载,有的油罐底板在组装焊接成形后,局部起拱凸起变形达到数百mm而超过规范要求而报废,究其原因就是未采用正确的焊接顺序施焊及必要的防变形措施。正确的施焊顺序应是:①中幅板从中心向圆周辐射施焊。焊接时,应先焊短焊缝,后焊长焊缝,初层焊道应采用分段退焊或跳焊法;②边缘板焊接时,首先施焊靠外缘300mm部位的焊缝;③在罐底与罐壁连接的角焊缝焊完后且边缘板与中幅板之间的收缩缝施焊前,应完成剩余的边缘板焊缝的焊接;④收缩缝的第1层焊接,应采用分段退焊或跳焊法。在正确的施焊顺序和方法的基础上,应采取的防变形措施是:在各块底板定位、点焊固定后,在各纵、横向的搭接缝边上,每隔1m左右焊上一组楔形角钢夹具,用于卡紧焊缝,使底板在焊接前成为相对的整体,然后对称布置焊工施焊,先纵后横,施焊至夹具附近时,拆除夹具及定位焊点,逐段、逐道焊接。这样,对控制底板变形将起到较为理想的效果,经实践证明,油罐的底板组焊成形后均无明显的变形,其凹凸度都在允许公差范围内,并随着经验的逐渐总结,防变形手段逐渐完善,罐底成形越来越好,最大约凹凸度仅为30mm,并且都是一次性成形,无返工现象。212 罐壁的预制加工及组装焊接
采用人工拉葫芦顶升的方式倒装法施工,在罐壁制安时,根据罐壁的弧度及直径大小,应预制由两块20#槽钢对抱焊接制成的圆形胀圈,作为罐壁组装定形和提升之用。以2000m3、直径为16m的油罐为例,胀圈由等分的4个弧段组成,各段之间通
过20t的千斤顶进行连接和胀紧,胀圈与罐壁的连接采用槽形钢板卡具单边焊接,卡具尽量装设在千斤顶附近,以增强胀圈的连接强度。罐壁顶升时,通过装设在对称方向布置的钢管立柱上的10t主葫芦和5t副葫芦进行拉升。
立柱及葫芦装设的数量,根据罐壁的具体重量而定,制安顶层罐壁时,由于重量较小,葫芦用量就少,随着逐层的增加,相应增加对称的副葫芦数量,以满足提升重量的要求。
罐壁制安时,除顶层第1圈壁板应组装成圈以满足罐顶的组装要求外,其余各层均应留一块1m多长的“活口板”,待上层顶升到位后再补装成圈。这样,既消除或减少了在壁板的焊接过程中由于胀缩而产生的应力,也大大提高了罐内的通风、采光效果,使施工人员进出油罐便捷、安全。
壁板的预制加工。油罐壁板的排板相对简单些,即根据设计直径、层数、壁厚要求和板材规格,确定各层壁板的长、宽及所需块数,但要求各圈壁板的纵向焊缝宜向同一方向逐圈错开,其间距宜为板长的1/3,且不得小于500mm。壁板预制前,须先做好卷弧胎具,用于堆放卷制后的壁板。壁板卷制成形后,应立置在平台上用样板检查其间隙,垂直方向不得大于1mm;水平方向不得大于4mm,然后平整地叠置在卷弧胎具上,以防恢复平直。
壁板的组装焊接。壁板组装时,为防止在吊装过程中的弧度变异,应采用弧形吊具,即用<50mm左右的钢管制成壁板一样的弧度作为横担,装设吊钩,把壁板立靠在弧形钢管横担上进行吊装。壁板的组装焊接,其搭接宽度允许偏差为±5mm,间隙≤1mm,丁字焊接的搭接处的局部间隙≤2mm,焊接时,除按正确的施焊顺序外,还应注意:①先焊纵向焊缝,后焊环向焊缝,焊工应均匀分布,并沿同一方向施焊;②纵焊缝采用气电立焊时,自下向上焊接;③环向的搭接焊缝,应先焊罐壁内侧焊缝,后焊罐壁外侧焊缝。如何控制焊缝的胀缩变形,特别是使用炭弧气割清根的两面焊接的纵向对接缝的变形,对油罐的制安质量,外观成形至关重要。变形严重的话,除影响外观外,还极易受应力破坏。为有效地控制焊缝胀缩变形,一方面,应严格按要求作壁板的预弯曲、卷制、吊装及按焊接顺序施焊,另一方面,主要要在补“活口板”成圈时,对活口板的下料尺寸作认真探索,尽可能避免因其尺寸出现长短而造成的凹凸变形。同时,在纵、横向焊缝焊接时,应采用弧形楔具卡紧边缘的防范措施,可取得良好的成形效果。以笔者施工过的油罐为例,无明显的水平半径偏差及凹凸变形,最大变形量仅
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为10mm左右,均在13mm的允许偏差范围内。
213 罐顶的预制加工及组装焊接
油罐顶板及包边角钢的制安,应在壁板顶层第1圈层制安成形后第2圈制安开始前进行,以利于在尽可能低位的情况下操作,减少工作量。
油罐的拱形顶板一般为球盖形,即所谓的“西瓜帽”,由一块中心伞形顶板和一定数量的扇形弧板组成。中心板和扇形弧板内侧均焊有纵向和周向加强钢肋,以巩固整个罐顶。按规定,罐顶成形后不应有明显的凹凸,用样板测量,焊接前间隙≤6mm,焊接成形后的间隙≤10mm,并且,经严密性、强度和稳定性试验后,罐顶应无异常变形、残余变形和其他破坏,因此,罐顶的制作和组装的难度比罐壁、罐底的制安相对较大。另外,中心板的扇形弧度一般都经拼接而成,加上加强肋,其焊缝明显增多,变形的可能性相对较大。如何在顶板的预制和组装焊接过程中有效地控制其变形,做到既美观又耐压,是罐顶施工的关键。
重视顶板及加强肋的成型加工。加强肋成型后的几何形状和尺寸对扇形板的成型效果至关重要,因此,在进行加强肋的成型加工时,应用标准的样板进行检查,要求其间隙不得≤2mm。中心板的成型预制时,在泥地上挖一与中心板的几何形状相适应的圆形土坑,采用气烤的方法,加热中心圆板后放置于坑上,用自制的圆弧形重锤锻打成弧形后焊上加强肋。各块扇形板经卷板机略压卷制成一定的弧度后,放置于预制的顶板成型胎具上,由于顶板的钢板厚度相对较薄,一般只5mm,因此,叠置于
胎具上面后在其自重的作用下即可很好地成型,然后先组焊径向加强肋,后组焊周向加强肋,逐块成型后的扇形弧板其凹凸间隙一般≤6mm。
顶板组装前,尽可能仔细地架设好顶板组装构架以打好基础,该构架一般用11#槽钢弯制成各支撑圆圈,各环支撑圆圈的装设高度必需符合扇形弧板的弧度要求,以利于支撑到位。吊装组合扇形弧板时,应按画好的等分线对称方向(一般为4个方向)依次增加组装,直到整体顶板初步成形后,调整间隙并点焊固定,其搭接宽度允许偏差为±5mm。
油罐顶板的组装焊接。正确的顺序和方法是:①先内侧后外侧;②顶板与包边角钢焊接时,焊工应对称均匀分布,并沿同一方向分段退焊。除按正确的焊接顺序和方法外,同样也应采用楔形夹具分段卡紧焊缝,使之在焊接前成为一相对整体。
3 结束语大型立式拱顶圆筒形焊接油罐,在制作安装施工过程中,为使所制造的产品成形优良,符合要求,除认真按规范和设计要求施工,以及做好罐体各部分的预制加工,并按其各自的焊接顺序和方法施焊外,积极地采用一些切实有效的工卡具和成形胎具加以控制,对减少其变形量和消除或减少应力集中至关重要。
作者简介:陈仰章,男,1967年生,1991年毕业于福州大学矿山机电专业,现为福建联美公司材料设备部副主任,机电工程师。
全国主要电网发电量、发受电量完成情况
(2003年12月)
项目华北东北华东华中西北南方山东福建四川重庆
表1 发电量及频率合格率统计发电量比同期增长最高发电/亿kW・h/%出力/万kW249.14.803954169.849.152744308.5115.7842181.3911.53301599.6515.791609203.7018.053561103.4815.26176045.916.6773949.0822.4693515.5211.53238
频率
合格率/%99.999.99799.99299.99999.99599.99699.99799.99999.999.999
项目华北东北华东华中西北南方山东福建四川重庆
表2 发受电量统计发受电量比同期增长/亿kW・h/%253.6114.81166.199.06319.2318.741.31-3.6099.6515.82205.4714.48103.4815.27.5410.4746.9622.6917.178.55
最高用电负荷
/万kW4008267349833124160934971760752863338
摘自《中国电力》20041NO12
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