吳世東

(石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站管道儲運分站,江蘇徐州 221008)

15×104m3原油儲罐焊接施工中的質(zhì)量監(jiān)控
——白沙灣原油商業(yè)儲備基地工程儲罐施工

吳世東

(石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站管道儲運分站,江蘇徐州 221008)

闡述了在上海白沙灣原油商業(yè)儲備基地工程建設(shè)中,采用國產(chǎn) 08M nN iVR鋼材建造 15×104m3大型儲罐的實踐。國產(chǎn)高強鋼板材在 15×104m3原油儲罐(第 1～6節(jié)罐壁)工程焊接施工中尚屬國內(nèi)首次應(yīng)用。如何保證新型鋼材焊接施工的質(zhì)量是關(guān)鍵問題,石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站管道儲運分站,與參建各方一起,采取了嚴(yán)格的事前預(yù)控、事中監(jiān)督、事后檢查,目標(biāo)明確、措施到位等手段,保證了施工的順利進行,為國產(chǎn)鋼材在建造大型儲罐提供了可借鑒的經(jīng)驗。

原油儲罐;浮頂罐;焊接;監(jiān)視控制質(zhì)量

1 工程概況

中國石化白沙灣原油商業(yè)儲備基地工程——上海白沙灣油庫工程共建 4臺 15×104m3原油儲罐,結(jié)構(gòu)形式為雙盤外浮頂,罐內(nèi)徑 100m,高 21.8m,單罐最大盛裝容積 15.8×104m3。4臺儲罐在高強鋼板的選用上,采用了國產(chǎn)高強度鋼板 08M nN iVR (SR)。單臺儲罐的重量約為3 150 t,第一節(jié)壁板的厚度為 40mm。國產(chǎn)鋼板 08M nN iVR用在 15×104m3原油儲罐施工中尚屬國內(nèi)首次。

2 工程特點

a.厚度在 40mm的 08M nN iVR鋼板的焊接,沒有現(xiàn)成的焊接工藝可循,必須針對性的制作適應(yīng)本工程項目的焊接工藝;

b.板材在坡口切割參數(shù)控制上要求十分嚴(yán)格,直接影響到焊后罐體幾何尺寸的控制;

c.必須處理好大線能量焊接引起的低溫沖擊韌性等問題。要確保線能量的控制參數(shù),在強制性標(biāo)準(zhǔn) GB 50128-2005《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范》[1]的要求范圍內(nèi);

d.在集中的安裝時間內(nèi)工作量大,罐主體焊接量約為 20 000m;主體的焊接在雨季進行,受到雨季施工條件的制約,而國產(chǎn)高強鋼本身對焊接環(huán)境的溫度、濕度要求同樣十分嚴(yán)格,因此增加了現(xiàn)場實施的難度,必須認真對待。為保證施工的順利進行,有必要先行試點和攻關(guān)。

3 工程質(zhì)量控制要點

為確保 08M nN iVR鋼板的焊接施工質(zhì)量[2],質(zhì)量監(jiān)督方面與建設(shè)、監(jiān)理、施工單位三方共同從兩方面來落實:一是事先周密預(yù)控;二是事中細化檢查。

3.1 事先預(yù)控

3.1.1 落實焊前準(zhǔn)備工作

從管理角度對國產(chǎn)高強鋼板的試驗性應(yīng)用在焊接工藝控制環(huán)節(jié)上把關(guān)。對白沙灣油庫 15×104m3原油儲罐工程寶鋼高強鋼板 08M nN iVR焊接工藝評定;并將產(chǎn)品焊接試板在 35 d內(nèi)連續(xù)完成 42組試件的試驗工作,要求 100%RT射線檢測結(jié)果達到Ⅱ級為合格,力學(xué)性能檢驗結(jié)果要全部符合設(shè)計要求方可。在完成大量焊接模擬試驗的基礎(chǔ)上,試驗確定了焊接電流、電壓、速度、層間溫度,保證了焊接線能量﹤ 100 kJ/cm。最后由浙江大學(xué)化工機械研究所對產(chǎn)品焊接試板進行了力學(xué)性能檢測,結(jié)果符合設(shè)計要求。

通過對白沙灣油庫 15×104m3原油儲罐工程高強鋼板 08M nN iVR焊接工藝評定及產(chǎn)品焊接試板試驗結(jié)果審查;在技術(shù)論證與科學(xué)試驗的基礎(chǔ)上,審定了針對該種國產(chǎn)高強鋼厚板材的氣電立焊、埋弧橫焊、開孔板接管氣保焊等多份焊接工藝規(guī)程;在工藝規(guī)程的基礎(chǔ)上,新編制了有針對性的焊接作業(yè)指導(dǎo)書,一線施工時可根據(jù)焊接位置、材質(zhì)、厚度、組對材料、方法,確定選用。焊接工藝規(guī)程與焊接作業(yè)指導(dǎo)書全部報工程質(zhì)量監(jiān)督組備案;監(jiān)督組將作業(yè)指導(dǎo)書的執(zhí)行情況列入工程質(zhì)量巡檢的重要內(nèi)容,在主體施工時加密實施監(jiān)督和無損檢測結(jié)論情況的跟蹤。

3.1.2 抓好材料報驗

認真監(jiān)督進場材料報驗。根據(jù)設(shè)計文件及鋼板訂貨技術(shù)條件《鋼板 (寶鋼產(chǎn))供貨技術(shù)條件》的要求,對所到材料進行 100%外觀檢查、對抽查板進行100%力學(xué)性能抽檢[3]。對有缺欠的鋼板 (2張,占0.5%)全部進行退場處理,建設(shè)、施工、監(jiān)督、監(jiān)理四方統(tǒng)一保持認識、目標(biāo)、步調(diào)一致。

3.1.3 做好儲罐壁板預(yù)制

所有預(yù)制儲罐壁板坡口均采用數(shù)控龍門切割機——氧乙炔火焰加工,有效地保證了板材下料的幾何尺寸和坡口精度。熱加工后采用磨光機去除坡口淬硬層,并依據(jù)設(shè)計要求對 08M nN iVR(SR)板材的焊道坡口進行 100%著色檢查,必須Ⅰ級為合格。壁板滾制時有專職檢驗員進行檢查,預(yù)制中對合格的進行逐張編號,嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量管理制度,確認無誤后才能進入到安裝現(xiàn)場。預(yù)制質(zhì)量的控制,大大減輕了板材現(xiàn)場檢查的工作量,為儲罐焊接大量采用自動焊、達到理想的焊接質(zhì)量提供了先決條件。

3.1.4 開孔弧板的預(yù)制

開孔弧板的預(yù)制是儲罐主體安裝中的另一難題,工藝要求嚴(yán)格,其中控制壁板焊接變形及熱處理后各項幾何公差不超標(biāo),是重點與關(guān)鍵。施工單位為40mm厚 08M nN iVR底節(jié)鋼板開孔弧板的制作與接管的焊接[4],在以往熱處理規(guī)程的基礎(chǔ)上,進一步自主擬定了“40 mm厚 08M nN iVR鋼板熱處理——壁板單爐高效熱處理”等一整套加工工藝規(guī)程,制作專用孔板預(yù)制胎具,焊前做好反變形、嚴(yán)格控制部件與底節(jié)壁板焊接的層間溫度,焊接完畢孔板連同胎具一起整體進行消氫熱處理,有效解決了焊接應(yīng)力消除和厚板焊接變形問題,厚壁孔板預(yù)制的變形量,控制在設(shè)計給定值的 50%～70%。

3.1.5 嚴(yán)格施工組織

在編制施工組織設(shè)計的基礎(chǔ)上,進一步細化施工方案:分別編制了儲罐制安、焊接技術(shù)、底板壁板附件質(zhì)檢、配套管道焊接技術(shù)、上水試壓、防腐技術(shù)、消防試運等方案,技術(shù)方案文件齊備。嚴(yán)格焊工培訓(xùn)及考試取證,在施焊前,對上崗人員全部再進行厚板試焊,取得感性認識,保證有足夠數(shù)量的合格焊工[5];整個主體施工階段,安排焊接機組 13個;由有經(jīng)驗的焊接技工帶班,焊接自檢記錄每天進行檢查。焊材準(zhǔn)備充足,質(zhì)量證明文件完備,進場報驗手續(xù)齊全,保管、領(lǐng)用對號入座,認真執(zhí)行焊材管理制度[6]。

3.2 事中監(jiān)督

抓好儲罐主體安裝中施工規(guī)范、工藝規(guī)程的執(zhí)行情況。

工程質(zhì)量監(jiān)督組在質(zhì)量監(jiān)督巡檢與信息反饋中,跟蹤了解施工單位項目部在儲罐主體安裝中對上述規(guī)范、規(guī)程的執(zhí)行情況,掌握儲罐施工生產(chǎn)一線對這些規(guī)程的落實情況,檢查現(xiàn)場操作者填寫的組對、焊接等工藝參數(shù)的遵守情況,進場施工記錄,使儲罐主體安裝的質(zhì)量控制始終處于良好的受控狀態(tài)。

3.2.1 施工過程中的質(zhì)量監(jiān)督

施工過程中的質(zhì)量監(jiān)督主要是抽查焊接施工既定程序是否執(zhí)行到位,罐儲主體焊接施工有八大主要程序[7]:總的焊接施工;罐底邊緣板的焊接;罐底中幅板的焊接;罐底邊緣板與中幅板之間的龜甲縫焊接;罐底邊緣板與罐壁之間的大角縫焊接;壁板立縫的焊接;壁板環(huán)焊縫焊接;浮頂焊接工藝等程序,各程序必須選用對應(yīng)的焊接工藝及焊接工藝參數(shù)。焊接機組的自檢、互檢,監(jiān)理工程師專檢是否落實;監(jiān)理工程師對重要關(guān)鍵工序的旁站是否到位,如對焊縫返修后及返修后的復(fù)探等,均是監(jiān)督工程師巡檢監(jiān)督的必查點。

罐底邊緣板與罐壁之間的大角縫焊接,焊接程序見圖1所示。

3.2.2 控制好焊接參數(shù)

大角縫焊接工藝參數(shù)見表 1。

圖1 大角縫焊接的施焊順序

表1 大角縫焊接工藝參數(shù)

壁板縱縫的焊接步驟見圖 2所示。

圖2 壁板縱縫的焊接

3.2.3 各圈選用焊接工藝評定

各圈選用焊接工藝評定編號及焊接工藝參數(shù)[8]見表 2。

表2 焊接工藝評定編號及焊接工藝參數(shù)

3.2.4 焊接方法

焊接方法要求必須做到第一圈縱縫焊接起弧時,在起弧處上下 50mm高度和焊縫中心線兩側(cè)各100mm范圍內(nèi),采用液化氣焰進行預(yù)熱,其預(yù)熱溫度為 100～150℃。一側(cè)焊完后采用磨光機清根,個別熔透不好的部位,采用清根后補焊,然后進行背面焊接。

其他各圈高強度鋼板縱縫均要求預(yù)熱,預(yù)熱溫度達到 100～150℃;焊接過程中停止而重新起弧時,接頭要用碳弧氣刨將缺陷清除干凈,并用焊條電弧焊焊接填滿,保證焊道始端和終端的質(zhì)量。第一、二圈縱縫焊接分兩次成型;第三至八圈縱縫從內(nèi)側(cè)進行單面焊接背面一次成型;3臺焊機沿周向?qū)ΨQ分布,朝同一方向自下而上進行焊接;第一、二圈縱縫雙面焊的對接接頭在背面焊接前用磨光機打磨清根,然后進行 PT檢測。

這些程序是否很好得到貫徹實施是監(jiān)督組巡檢的重要內(nèi)容,并做好巡檢抽查記錄。

4 焊接控制措施及質(zhì)量監(jiān)督

4.1 跟蹤控制

在罐主體施工過程中,質(zhì)量監(jiān)督組對施工進行同步跟蹤控制,如檢查 T-20罐主體監(jiān)控幾何尺寸見表3。

監(jiān)督施工過程中,共發(fā)現(xiàn)不合格點 105點,在施工過程中及時整改,全部符合設(shè)計及規(guī)范 GB 50128 -2005要求。

主要是 100%檢查控制方案,具體控制量設(shè)定值是經(jīng)驗值,在焊接組對各工序中再對應(yīng)落實。

表3 T-20罐主體監(jiān)控幾何尺寸 mm

4.2 罐底中幅板收縮量控制

主要是裝配和焊接的順序控制:罐底中幅板敷設(shè)要首先確定中心位置,然后敷設(shè)通長板,再敷設(shè)縱向板,依此順序敷設(shè)。采取無背杠的組裝工藝,焊接順序為先短后長,控制收縮量大的先進行焊接,收縮完成后達到應(yīng)力釋放,再進行通長焊縫組對,從中心向邊緣依次進行的焊接,罐底焊接順序見圖 3。

圖3 罐底焊接順序

4.3 罐壁縱向焊縫角變形的控制

坡口形式、焊接電流影響罐壁角變形的大小。雙面焊接的坡口形式無須采取反變形控制,單面焊接雙面成型的縱向焊縫,采用向坡口外向做反變形組對的方式。單面坡口焊接雙面成型,為內(nèi)側(cè)焊接,外側(cè)采用固定式水冷銅墊板封底,使焊縫強迫成型,容易使焊縫外側(cè)產(chǎn)生外凸。所以采用預(yù)反變形處理,組對使焊縫內(nèi)凹 4～5mm,保證焊接后立縫棱角符合規(guī)范要求。

4.4 浮頂焊接變形的控制

浮頂組裝,浮頂?shù)装宸笤O(shè)完畢后,自第三艙開始組裝,依次進行二、四艙組裝,焊接從第三艙開始,先焊接立焊縫,再焊接間斷焊縫、底板焊縫。

5 質(zhì)量監(jiān)督

雨季焊接施工過程中的質(zhì)量監(jiān)督,主要是巡查防護措施的落實。為保證白沙灣油庫盡快建成投用,必須處理好雨季施工的技術(shù)難點,作為監(jiān)督單位主要是抽查焊接施工中防護措施的落實情況及 GB 50128-2005所規(guī)定的焊接環(huán)境是否得到落實。防護措施不落實的,不得進行焊接。

5.1 罐底邊緣板和橫縫的焊接

對于罐底邊緣板焊接,根據(jù)焊道焊接位置搭設(shè)局部防護棚,防風(fēng)、防雨;全程連續(xù)。

橫縫焊接 0℃以下時,根據(jù)焊接工藝評定,需要預(yù)熱。具體焊接工藝是:橫焊車采用全封閉,焊槍前200mm,有 1部同步行走的預(yù)熱槍頭,當(dāng)預(yù)熱效果差時采取預(yù)熱槍頭進行加熱,保證預(yù)熱溫度不低于100℃。

5.2 縱焊縫的防護

對于縱焊縫的防護,必要時可將縱焊縫小車完全封閉,保證焊接施焊小環(huán)境溫度與濕度,也防風(fēng)、防雨。

5.3 無損檢驗

對于 1～3節(jié)壁板縱縫和 1～3節(jié)環(huán)縫的焊接,增加無損檢驗手段,100%UT和 100%M T復(fù)查。在充水試驗后,對罐底大角焊縫及開孔接管、底圈壁板立縫再次UT、M T檢測。

5.4 崗位責(zé)任制的細化

在焊接機組,強化了崗位職責(zé),焊接高手比學(xué)趕幫超,每崗焊工增加測溫筆隨時檢測;附件在施焊過程中須隨帶符合要求的焊條保溫筒;引弧應(yīng)在焊道內(nèi)側(cè),嚴(yán)禁在焊道以外的部位引弧;間隔焊的焊縫和間隔長度均勻一致;罐底中幅板的焊接全部采用CO2氣體保護焊打底,然后添加碎焊絲進行埋弧自動焊蓋面;埋弧焊兩端預(yù)留的 200m焊縫待根部焊道檢測合格后,用焊條電弧焊焊接完成。08M nN iVR鋼板之間及 08M nN iVR與 16M nR之間的焊縫在焊接完成后至少間隔 24 h才進行無損檢測。

6 結(jié)論

白沙灣油庫 4臺 15×104m3國產(chǎn)原油儲罐工程,通過第三方(上海金地勘察設(shè)計院)對罐充水過程的沉降觀測[9],檢測各項參數(shù)均在《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范》及設(shè)計允差范圍之內(nèi),具體數(shù)據(jù)見表 4。

表4 罐充水過程的沉降觀測檢測數(shù)據(jù)

整個焊接施工,經(jīng)第三方檢測結(jié)論是一次合格率達到 98%以上?？梢哉f,本工程的順利完成,探索了在工程建設(shè)中采用國產(chǎn) 08M nN iVR鋼材建造大型儲罐的實踐,為國產(chǎn)鋼材在建造大型儲罐方面提供了可借鑒的經(jīng)驗。

通過施工過程全程監(jiān)控,對國產(chǎn)新材料(08M nN iVR)鋼板的使用,得出如下結(jié)論:

優(yōu)點:鋼板的可焊性較好。

缺點:在材料理化檢驗時,如做彎曲試驗就發(fā)現(xiàn)強度不均勻;內(nèi)應(yīng)力比較大,沿板位置分布不均,下料、噴砂、卷板、焊接中均出現(xiàn)過較小的不均勻變形。

經(jīng)上述對比可以看出,目前國產(chǎn)鋼板所存在的問題與進口鋼板相比存在的具體差距。但上述問題出現(xiàn)的變形參數(shù)均在 GB 50128-2005《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范》允差范圍之內(nèi)。

[1] GB 50128-2005,立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗收規(guī)范[S].

[2] GB/T 12468-1998,焊接質(zhì)量保證對企業(yè)的要求[S].

[3] GB 50341-2003,立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 李亞江,劉 強,王 娟.焊接質(zhì)量控制與檢驗[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:36-42.

[5] 徐至鈞,燕一鳴.大型立式圓柱形儲液罐制造與安裝[M].北京:中國石化出版社,2003:152-168.

[6] 吳世東,袁光碧.立式鋼質(zhì)浮頂原油儲罐冬季焊接施工中的質(zhì)量監(jiān)控——天津南疆油庫儲罐工程罐體施工[J].天然氣與石油,2009,27(2):21-24.

[7] SY/T 0606-2006,現(xiàn)場焊接液體儲罐規(guī)范[S].

[8] SH/T 3530-2001,石油化工立式圓筒形鋼制儲罐施工工藝標(biāo)準(zhǔn)[S].

[9] SH/T 3123-2001,石油化工鋼儲罐地基充水預(yù)壓監(jiān)測規(guī)程[S].

Qua lity Con trol in W eld ing Con struction of 15×104m3C rude O il Tank——Ba ishawan C rudeO ilComm erc ia l Reserve Base Tank Con struction

W u Shidong(Petro leum and Chem ical EngineeringQuality SupervisionM aster Station Pipeline Transportation B ranch,Xuzhou,Jiangsu,221008,China)

Introduced isBaishawan Crude O il Comm ercial Reserve Base Tank Construction in Shanghai,inwhich large 15×104m3tanks arem ade of dom estic 08M nN iVR steelp lates.It is the first tim e thatwelding construction is conducted in the dom estic high strength steelp latesused for15×104m3oil tanks(from section 1 to 6).The critical issue is to assure thewelding construction quality of the new type steel p lates.Togetherw ith parties invo lved in the construction,Petro leum Chem ical Engineering Quality Supervision General Station Pipeline Transportation B ranch has taken suchm easuresas strictp recontro l in advance,supervision duringwelding construction and inspection afterweld ing construction to assu re smoo th construction,which p rovides som e reference experience fo r using dom estic steelp lates in constructing large tanks.

Crude oil tank;Floating roof tank;W elding;Quality contro l

1006-5539(2010)06-0017-05

A

2010-07-15

中國石油化工股份有限公司重點工程項目資助(2008-10)

吳世東 (1956-),男,山東濰坊人,工程師,大專,主要從事石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督工作。

NGO,2010,28(6):17-21