不锈钢立式储罐施工工法

1不锈钢立式储罐施工工法1前言不锈钢立式储罐与碳钢、低合金钢材质的立式储罐相比，具有更好的耐腐蚀性及洁净度，更适用于存储某些化工原料及产品。因不锈钢材质的特殊性，其施工也与碳钢、低合金钢材质的储罐存在一定不同，特别是在防渗碳、焊接变形防控及内壁表面处理等方面。2006年我公司根据已往施工项目的成功经验，总结、开发的《5000m3不锈钢储罐施工工法》获石油工程建设省部级工法，工法编号：SYGF-02-2006。依托我公司于2011年承建的大庆炼化公司丙烯酰胺装置安装工程中1000m3不锈钢立式储罐的施工，对原工法进行改进和创新，如使用液压提升替代手拉倒链提升、优化壁板焊缝焊接顺序、内壁表面处理使用手持式机械抛光和封闭循环喷淋式酸洗钝化等。为使工法具备更广泛的适用性，对原工法《5000m3不锈钢储罐施工工法》内容进行更新、完善，升级调整为《不锈钢立式储罐施工工法》。2特点（1）在罐板卷板时采用帆布包覆辊筒的软防护措施，可有效避免壁板表面划伤。（2）用液压提升替代手拉倒链提升，起升平稳、劳动强度降低、工效提高。（3）针对奥氏体不锈钢材质易产生焊接变形的特点，就不同施焊部位分别制定有效的焊接变形防控措施，并对壁板焊接顺序进行优化调整。（4）内壁表面处理创新地采用手持式机械抛光和封闭循环喷淋式酸洗钝化，质量更优、效率更高。3适用范围本工法适用于现场组焊的容积2×104m3及以下的不锈钢立式储罐的倒装施工。4工艺原理2本工法为不锈钢立式储罐施工的组合工艺，主要包含焊接变形防控工艺、罐体液压提升工艺、采用手持式机械抛光和封闭循环喷淋式酸洗钝化的内壁表面处理工艺等。4.1焊接工艺为有效控制焊接变形，罐底焊缝采取反变形矫正和加装压杠等强制措施；罐壁焊缝采取双面焊，在优化焊接顺序的同时，通过调整坡口型式和背面清根量，保证焊缝两侧填充金属量相当，以消除焊接角变形。4.2组装工艺罐体提升设备采用行程放大式液压提升机，如图4-1所示，根据动滑轮组原理实现行程放大，达到缩小提升装置高度的目的，在施工中不需在罐顶开、补“天窗”。且提升机采取一机一泵的设计方案，提升作业时既可多机集中控制，保证提升同步性；又可单机控制，精确进行环缝组对调整。4.3内壁表面处理工艺4.3.1机械抛光的原理使用抛光轮施加以一定的压力在不锈钢表面作高速旋转，使不锈钢表面产生塑性变形，实现削凸填凹的整平过程，并以高速反复进行，使原表面缺陷被清除，粗糙度降低，变得平滑光洁，可有效防止介质物料粘连。4.3.2酸洗钝化的原理通过酸洗将不锈钢表面原有氧化膜腐蚀掉，将铁及铁的氧化物优先溶解，使不锈钢表面富铬，再在氧化剂钝化作用下产生完整稳定的钝化膜，这种富铬钝化膜的电位可达+1.0V(SCE)，接近贵金属的电位，可有效提高抗腐蚀的稳定性。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工工艺流程见图5-1。图4-1行程放大式液压提升机示意图2hh被提升壁板动滑轮钢丝绳液压缸柱塞图5-1施工工艺流程基础验收罐体预制罐底组焊顶圈壁板组焊罐顶组焊液压提升设备安装第二圈至最后一圈壁板组焊先抛光后提升附件安装充水试验及沉降观测酸洗钝化3可见不锈钢立式储罐施工工艺流程与普通碳钢、低合金钢材质的立式储罐基本相同，以下着重对不同之处加以叙述，相同之处予以省略、简化。5.2操作要点5.2.1基础验收底板安装前，对储罐基础进行复查，核对基础标高、直径、方位、坡度、表面凹凸度等是否符合设计及规范要求。5.2.2罐体预制5.2.2.1排板不锈钢储罐壁板板幅（1.5m×6m）相对较小，每圈纵向焊缝增加，加上其线膨胀系数又较大，为此由纵缝焊接形成的圆周收缩量也较大。对纵缝焊接收缩量进行准确估算，是壁板精确排板的前提条件。纵缝焊接横向收缩量可用下述公式进行计算：/27.0FH（式5.2.1）式中：F—焊缝横截面积mm2，mm；δ—板厚，mm。5.2.2.2切割切割平台与不锈钢钢板间用木方或胶皮隔离，以防止板材表面刮伤、渗碳污染。不锈钢钢板采用等离子切割，在切割线附近150mm范围内用膨润土加水配成糊状物涂刷，可有效防止切割飞溅污染板材。5.2.2.3卷板为防止不锈钢钢板表面在卷板时渗碳污染，原采用镀锌铁皮或薄不锈钢板包裹滚板机辊筒，现改进为用2层帆布包裹，见图5-2。这样，一是帆布比镀锌铁皮或薄不锈钢板包裹隔离辊筒更简便易行；二是帆布更为柔韧，可在卷板时避免表面划伤。帆布表面应注意时常清理，避免附着尖锐物。另卷板时，应将壁板上有划痕、表面损伤的一面置于底面，即让其为罐壁外侧、不与介质接触的一侧。5.2.2.4存放及拉运预制完毕的半成品，在存放及拉运过程中，在胎具上包覆镀锌铁皮或垫不锈钢垫板隔离，捆扎固定采用不锈钢带或镀锌铁丝。罐图5-2滚板机辊筒使用帆布包裹图5-3壁板拉运胎具4壁拉运必须使用专用胎具，其支架曲率应与罐壁一致，以防止变形，如图5-3。5.2.3罐体组装5.2.3.1防渗碳措施不锈钢储罐的组装与普通碳钢、低合金钢材质的立式储罐基本相同，区别主要在于组装过程中针对不锈钢材质采取的若干防渗碳措施。（1）铆工工具的防渗碳措施。铆工组对使用不锈钢或木质的工具，见图5-4。图5-4铆工使用的不锈钢工具和木质工具（2）壁板组装限位支墩。顶圈壁板安装前，在底板上划出壁板组装圆周线，沿圆周均匀布置槽钢支墩，间距300～500mm，上下用不锈钢垫板隔离，支墩与底板点焊，同时将壁板组装圆周线引至支墩上面，并在支墩上点焊60mm高的不锈钢挡块，如图5-5所示。（3）胀圈的防渗碳隔离措施见5.2.3.3及图5-6；提升设备的防渗碳隔离措施见5.2.3.5及图5-10。5.2.3.2罐底组装（1）底板按排板图及预制编号、划线位置进行铺设。罐底采用带垫板的对接接头，铺设时应将垫板一侧先与底板分段点焊、贴紧，其缝隙不得大于lmm。（2）底板组对采取“由小块到大块”拼装原则，由储罐中心向两侧进行，先组焊短焊缝，再组焊长焊缝，且前道焊缝直至组焊完成并冷却后，方可组焊下道焊缝。组对时按5±1mm控制焊缝间隙，将垫板另一侧与底板贴紧，在坡口内按断400mm焊200mm进行点焊固定。5.2.3.3顶圈壁板组装（1）在吊车的配合下，按顺序依次将壁板吊装至限位支墩上就位，全部就位后，以壁板组装圆周线为基准，壁板根部用楔子进行限位固定，同时调节罐壁椭圆度和上图5-5壁板组装限位支墩设置5口水平度。限位完成后组对纵缝，收尾纵缝暂不组对用手拉倒链收紧，待其余纵缝全部组对完毕并上下盘圆后，切割尾板余量，再进行收尾纵焊缝的组对。（2）顶圈壁板组对完毕后，所有纵向焊缝同步施焊，为防止焊接收缩使罐壁周长缩小，造成“卡墩”现象，在收尾焊缝组对时应适当放大周长。纵缝焊接横向收缩量按（式5.2.1）计算，顶圈壁板厚8mm，共有7条纵缝，则放大量ΔL=7ΔH=7×0.27×0.577×8×8/8≈8.75mm。（3）顶圈壁板所有纵焊缝组对完毕后安装胀圈，胀圈用[200槽钢制作，中间用10t千斤顶撑紧，与罐壁接触部分用镀锌铁皮隔离，以防止渗碳，如图5-6所示。（4）先将顶圈壁板每条纵焊缝顶部100mm进行满焊，然后进行包边角钢安装。包边角钢安装时，先将上边缘与罐壁点焊，然后用自制压钳使之与罐壁压紧，再点焊包边角钢下边缘，如图5-7所示。（5）包边角钢安装完毕后，安装加减丝和罐底支撑环，加减丝一端安装在罐底支撑环上，另一端点焊在罐壁顶部，碳钢与罐壁接触位置加不锈钢垫板隔离，如图5-8所示。通过调节加减丝长度可调整罐壁垂直度。顶圈壁板组装尺寸经验收合格后，方可进行纵缝焊接。5.2.3.4罐顶组装1000m3储罐罐顶较小，可先于地面进行组焊预制。按排板图将顶板进行拼接，组装时预留一收尾缝最后组焊，先组焊除收尾缝外的顶板焊缝，然后组焊肋筋，再用吊车将罐顶中心提起，用加减丝调节收尾缝间隙，进行收尾缝组焊，如图5-9所图5-6胀圈与罐壁接触部分用镀锌铁皮隔离图5-7包边角钢安装图5-8加减丝安装图片图5-9罐顶顶板收尾缝组焊6示。罐顶预制完毕后，用吊车吊装就位，进行组焊。5.2.3.5提升设备安装（1）提升设备选择和需用数量计算。提升设备选用行程放大式液压提升机，需用数量根据罐体重量和周长两个因素进行计算，选用最大值且为偶数，其计算经验公式：4L≤N≥％75TG（式5.5.1）式中：N—提升机台数（若为奇数则加1），台；G—提升罐体最大重量（含附件，不包括罐底），t；L—罐壁周长，m；T—单台提升机最大提升重量，t。1000m３不锈钢立式储罐提升罐体最大重量34.6t，周长36.2m，单台提升机最大提升重量5t，根据（式5.5.1）计算，则取N为10台。（2）提升设备安装。提升机设备在顶圈壁板围板前提前置于罐内，顶圈壁板和罐顶组焊完成后安装就位。提升机沿罐壁均匀布置且必须保证垂直于地面，下垫镀锌铁皮与底板隔离，底座用6块挡板予以固定；两根45°斜支撑固定在罐底板上，接触部分用不锈钢材质过渡；提升机的两个前滑轮与罐壁相距30厘米，环形钢丝绳通过固定在胀圈上的U型卡具与胀圈连接，吊点两侧焊接不锈钢档板。详见图5-10。45°斜支撑与罐底接触部分用不锈钢材质过渡吊点设置图5-10提升机安装采取的防渗碳措施5.2.3.6第二圈至最后一圈壁板组装（1）围板和纵缝组对。顶圈壁板组焊完毕后，启动提升装置将罐体提起约200mm，进行第二圈壁板围板，依次组对纵缝，且必须保证上口水平度（收尾纵缝不组对用手拉倒链收紧），同时从收尾纵缝对面起将木楔打紧，使第二圈罐壁与顶圈罐壁贴紧。（2）罐体提升及环缝组对。收尾纵缝锁紧后，第二圈罐壁其余纵向焊缝由数名焊工在外侧同时施焊，施焊完毕后打开锁紧装置。启动提升装置，提升罐体至1m高度停止，在上圈壁板下沿内侧焊接不锈钢挡板，挡板间隔300mm左右均匀分布。继续提升罐体至环缝组对位置，调整好环缝间隙后锁紧收尾纵缝，使下圈壁板上沿紧贴上圈壁7组对完毕后，施焊前，用镀锌钢管垫于焊道垫板下使其隆起2～3°，用木锤轻敲坡口两侧，作适量角变形焊接完毕，焊道冷却后，镀锌钢管抽出，如有向上拱起的变形，用木锤敲击焊道，释放应力，消除变形处理完毕板下沿的挡板。环缝组对时，收尾纵缝两侧各1m范围内环缝先不组对，待尾板多余部分用磨光机切除并打磨坡口后，再进行收尾纵缝和剩余环焊缝的组对。环缝组焊完毕后，将胀圈千斤松开，降胀圈降至第二圈壁板最下方，顶紧胀圈。进行下一圈壁板围板、组对、焊接及提升，直至最后一圈。5.2.4焊接5.2.4.1焊接工艺概述（1）不锈钢储罐罐体焊接采用焊条电弧焊，根据焊接工艺评定选用A102焊条。（2）小线能量施焊，层间温度控制在100℃以下，减少敏化温度区间停留时间,避免晶间腐蚀。需要时可强制快速冷却焊道，方法如下：用海绵吸足水，敷在焊道及热影响区，冷却时勿需敲掉药皮，以防止水蒸气侵入焊缝，待冷却后药皮自行脱落。（3）罐壁纵向、环向焊缝采取双面焊接，与介质接触的内侧焊缝最后施焊。（4）针对奥氏体不锈钢易产生焊接变形的特点，采取有效的焊接变形防控措施。5.2.4.2罐底焊接罐底焊缝坡口内如存有水汽，应使用压缩空气吹除。为有效控制焊接变形，在罐底施焊时，除应遵守“先焊短焊缝，后焊长焊缝；初层焊道应用分段退焊或跳焊法”的一般要求外，还应采取如下措施：（1）短焊缝点焊固定后作2～3°反变形，以抵消焊后变形量；如反变形量不能完全补偿焊后变形，则将反变形量放大，使焊后出现向上拱起的变形，便于焊后用木锤敲击焊道矫正变形，如图5-11所示。图5-11短焊缝反变形矫正示意图（2）罐底长焊缝作反变形后加装反变形压杠，强制施加反作用力来抵消焊接变形，如图5-12所示，反变形压杠两端楔入木楔，中间采用不锈钢垫板与底板隔离。5.2.4.3罐壁纵缝焊接8（1）纵缝焊接顺序。罐壁纵缝采用V型坡口，双面焊接，先焊外侧后焊内侧。因纵缝两端极易出现外翘变形，造成环缝T字缝处组对困难，因此可在纵缝两端各留出150～200mm不焊，待环缝组对完毕后，再与T字缝一起焊接。外侧焊接时，先从罐壁纵缝中间位置向上焊接，再由纵缝下部向中间位置焊接。内侧焊接前，先进行清根，清根深度控制在板厚的1/3～1