立式圆筒形拱顶储罐制造安装过程中常见变形的控制

立式圆筒形拱顶储罐制造安装过程中常见变形的控制

马强

大庆油田工程建设公司建材公司石油石化设备二厂黑龙江大庆市163000

摘要：储罐制造安装的关键在于控制变形问题，尤其是在储罐底板的焊接过程中。安装过程中，根据施工经验，分析焊接工艺，合理严谨排版设计，能够在一定程度上很好的控制储罐的变形问题。本文将介绍在拱顶储罐制造过程中，如何有效的预防焊接变形，并在施工前加以控制，施工后给予矫正。

关键词：立式储罐；圆筒形拱顶；变形；控制

作为在化工、石油、储运行业广泛应用的常压容器，立式拱顶储罐具有容量大的优势，也正因其体积较大，刚性小，很容易在储运过程中发生变形问题，如发生事故，后果不堪设想。因此，储罐制作安装过程中的变形控制是保证质量的关键所在，通过合理的数据分析、焊接工艺与其它各方面的方便性措施，可以有效的减小储罐的变形问题发生几率，提高工程质量。

一、焊接工艺对储罐变形的影响控制

1、焊接应力的产生与分类

焊接应力是在储罐原钢材焊接时，受热内部会产生不均匀的温度场，在焊接区发生纵向膨胀，截断面相邻区域温度较低，受其刚性约束所产生的钢材发生的塑性变形。焊接应力的分布不均会导致某区域应力过于集中，极易发生焊接变形与开裂问题。

焊接应力包括横向焊接应力、纵向焊接应力与厚度方向上的焊接应力三类。焊接区的纵向收缩在焊接部位产生横向拉应力，加上冷却后的横向收缩，就会引起横向焊接应力。[3]

2、焊接中变形的控制

以某工程104×1m3的立式储罐为例，通过预先进行变形控制分析，在安装中采取合理的排版设计与焊接顺序，加以科学的施工工艺，能在一定程度上较好控制焊接变形。

（1）焊条的选择

储罐现场安装焊接的性质决定了其施工条件不会很好，因此需要根据板厚，选择性能较好的焊条，减小焊接中的飞溅，焊缝的成型也相对较好。对于板厚>10mm的焊缝，打底板可选用3.2mm的焊条，盖面与填充可选择4.0mm的焊条；反之，板厚10mm时，使用3.2mm的焊条即可。

（2）焊接参数的选择

焊接参数的合理选择也是影响焊接变形的重要因素，在能确保焊接质量的基础上，尽量使用小电流，但不能过小，通过运用合适的电流配合较高的焊接速度，最大程度减小焊接线能量。其中，焊接电压的选择需要根据焊接成形的需求选择，以保证焊接成形良好。

（3）壁板的焊接控制

壁板纵缝、环缝的焊接位置特殊，焊接操作难度较大。比如，环缝的焊接位为横位，焊接时应从左至右，打底板焊条在焊接方向上前倾5°~10°左右，并随时注意背面的成型状况；盖面与填充焊时，则需要看坡口的宽度，坡口较宽使用多道焊，从下至上，先焊接下面焊道，逐次上压，当到最上层焊道接近坡口面时，减小电流量，适当摆动，防止咬边和未熔合等问题。当坡口较窄时，摆动焊接可一步成型。纵缝的焊接是立位，打底板焊条需要往下倾斜约20°，从第二层焊道，每层焊道中间采用三角形的引弧运条方式，考虑到焊接过程中电流较小，需要在焊接到坡口面时短暂停留，也是防止未熔合的问题。[2]

二、铆工工艺对储罐变形的影响控制

以3000m3的储罐制造安装为例，主要使用倒装法，因此安装的顺序对控制变形就显得极其重要。下面将从罐顶、罐底和罐壁三方方面探讨铆工工艺中对变形的控制。

1、罐底的变形控制

（1）边缘板的焊缝对接与变形控制

在组装罐壁之前，完成焊接靠外侧的300mm的焊缝位置，两侧边缘板间隙小于1mm，紧贴垫板，能确保焊缝的质量，控制变形问题。两侧边缘板中，靠外侧焊缝间隙比靠内侧焊缝间隙小2~3mm左右，能在一定程度上避免完成焊接之后，由边缘板外部收缩量过大而焊接缝内部无收缩所造成的上拱变形问题。

（2）中幅板的焊接与变形控制

采用先焊短焊缝，后分步焊接长焊缝，最后焊接各部间的焊缝的分层分段退步焊接法，需要控制焊缝高宽与板厚相似，确保焊缝冷却后收缩量在可控范围内尽可能小且均匀。长焊缝施工时，两名工人从中心向两头对称焊接，采取隔缝跳焊的方式，预留出合理的收缩焊缝。

（3）边缘板与中幅板接缝的焊接控制

进行边缘板和中幅板对接缝的焊接可释放壁板与罐底焊接时产生的收缩应力，减小罐底变形。焊接过程中，为确保焊接应力较小且分步均匀，两名工人可从中心向两头分步分段退步焊接，避免焊缝局部变形过大。

2、罐顶焊接的变形控制

罐顶由加强筋与多块瓜皮板组成，采用搭接形式焊接，变形主要是因为收缩不均匀所造成的局部下凹。预防罐顶变形的措施主要有：

（1）瓜皮板数要合理

根据施工图纸、罐顶球半径、罐筒直径、最少焊缝数和经济效益等因素合理选择瓜皮板的数量，确保最小的变形量。

（2）调整瓜皮板组长弧度

使用包边角钢和中心托盘上焊接，利用角钢制成的模型铁调整罐顶曲面弧度。

（3）先点焊后跳焊，先外后内再外

先分段点焊瓜皮板，再到罐内焊接瓜皮板跳焊，最后外侧焊缝，在整个罐中形成整体焊缝，增强刚性，有效防止收缩变形。

3、罐壁的焊接变形控制

罐壁焊接一般是对缝焊接，罐壁局部环缝掐腰较大就会导致应力集中在焊缝，产生变形。可通过以下措施来减小变形：第一，严格控制罐壁下料的尺寸，保证偏差值小于1mm，使整个环缝收缩量保持相对一致；第二，采用割除法制作胀圈，撑圆胀圈采用10t千斤顶，防止出现掐腰现象；第三，组装好第一圈板，确保垂直度，在罐底板划罐内壁直径圆，每隔500~600mm点焊限位铁。[1]

三、结语

立式圆筒形拱顶储罐的制造安装过程中，合理的工艺、得当的预防措施与正确的问题处理方法，能够有效控制常见变形问题的发生。

参考文献：

[1]朱双鹏：《立式圆筒形拱顶储罐制造安装过程中常见变形的控制》，<中外企业家>，2017（3）：223-224.

[2]杨希霞，孙丹丹：《3000m3立式拱顶储罐制造安装过程中常见变形的控制》，<热加工工艺>，2009（05）：145-147.

[3]边四新，李涛：《立式拱顶储罐焊接变形控制》，<石油化工设备>，2001（05）：60-61.

[4]王亮，聂仑，岳春英，张叶，孙艺博，李剑平：《立式储罐安装焊接变形控制》，<石油气田地面工程>，2017（02）：68-71.