常压不锈钢储罐整体焊接维修技术_贺健.pdf

设备管理与维修2023 5（下）0引言储罐作为战略物资储备最常用也是最重要的储存设备，是各行各业必不可少的、重要的基础设施，尤其是最为常见的钢制常压金属储罐，因为其建造所用材料的通用性高，建造完成后的耐用性好，建造技术成熟，建造对应的性价比高，且可适用储存物资的范围广泛而成为所有不同材料和储罐类别中的首选。伴随着钢制常压储罐的大批建造和投用，随之而产生的设备维修保养和改造的需求也日益增多，本文着重介绍的是储罐因在建造时期遗留的严重焊接质量缺陷，而不得不进行整体焊接维修的实例，该实例所用到的施工技术方案在国内类似设备维修领域具有借鉴意义和一定的参考价值。荷兰皇家孚宝集团在福建古雷半岛海腾罐区的两个存放醋酸的常压不锈钢（带内浮盘）储罐，由于在项目初期，储罐未按照国家相关技术标准和要求来建造，导致储罐所有罐壁板上的纵横及 T 字形焊缝在后续的无损检测中发现存在严重的焊接缺陷，这些缺陷因其涉及面广，已经严重到无法通过简单的局部修复来弥补，而必须整体焊缝切割及返修来彻底根除缺陷。经过研讨和经济性比较后，在推倒重建和整体返修两个选择中，最终选择了焊缝的整体切割及返修。由于事发的时间正值炎夏，同时给与的工期又非常紧凑，无论从缺陷焊缝的切割清除还是缺陷清除后的整体返修，其对应的维修工艺和作业环境条件都是非常恶劣，存在较大的施工质量风险。经过企业专业技术团队的研究和讨论，合理科学地制定了针对性施工工艺和技术方案，最终顺利完工。1维修吊装工程概况1.1设备情况海腾罐区的两个醋酸常压不锈钢储罐（带内浮盘），其设备位号为 T-801/802，公称容积为 5000 m3，设备外形尺寸为21 000 mm（罐底板直径）19 865 mm（罐高），罐壁壁厚 Max（1代板）18 mm，Min（11 代板）6 mm。1.2维修要求将所有储罐罐壁板中（不同代层）的原旧焊缝全部切割清除缺陷后，整体焊接返修。同时要求储罐的内径圆整度以及罐壁板的凹凸变形允许值均须符合 API 650 针对这两项指标的要求。2维修施工设计2.1施工依据GB 501282014立式圆筒形钢制焊接储罐施工规范、JGJ 1302011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范、API 650 钢制焊接石油罐、API 653 储罐检验，维修，改造和重建、经批准的 WPS&PQR、海腾罐区公司提供的图纸及相关技术要求。2.2施工安全措施（1）所有登高作业人员必须佩戴安全带，并严格执行高低挂带的要求。（2）所有脚手架钢管粘贴反光警示带标识。（3）储罐门洞入口处安放安全风险警示板，提醒所有进入储罐相关人员可能存在的各种风险。（4）作业现场配备足够的安全监护，监护比例为 15，即 5 名施工人员配备 1 名现场安全监护。（5）在罐底和罐顶人孔处各架设一台直径 600 mm 的防爆轴流风机，通风能力可以达到 35 000 m3/h，起到防暑降温的作用。（6）所有工作面与通道做到安全合理、清洁无杂物、无积水，对有可能发生落物打击的通道设置防护棚。（7）通道保持畅通无阻，如遇下雨天气，采取有效的防滑措施，室内疏散通道有适当的标识。（8）工作面上有坠落可能的临边、孔洞采取合适的如护栏、盖板等防护措施，并且设置警示标志和挡脚板。（9）罐内作业采用 36 V 安全电压供电的 360全方位 LED灯带，罐内布置不少于 8 盏（环形条），且随着施工作业面升高调整灯的悬挂高度，以满足照明需要且不影响焊接操作，照明灯备有独立电源。（10）严格执行 SH 35051999 石油化工施工安全规程。3施工作业流程3.1施工准备（1）所有焊接及脚手架施工人员必须持有效证件作业。摘要：常压不锈钢储罐的整体焊接维修施工的难点是对罐壁所有纵横及 T 形原焊缝的清除，而关键点是在对这些清除后的坡口重新焊接过程中如何防止变形的问题。根据现场情况，结合针对储罐变形特有的施工预防措施，成功完成了所有储罐的整体焊缝维修项目，为同类常压不锈钢储罐（带内浮盘）的全面维修施工提供借鉴。关键词：常压不锈钢储罐；焊接变形；储罐设备整体维修中图分类号：TG404文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.29常压不锈钢储罐整体焊接维修技术贺健（上海赫燕安装工程有限公司，上海201499）64设备管理与维修2023 5（下）（2）现场所有临时施工组织措施到位，包括机具临时堆放区域的搭建、焊接用气瓶间的搭建、材料及 PPE 临时库房的搭建、现场安全施工警示牌等。（3）储罐设备停用，与储罐设备相连接的工艺管线进行物理隔离并上锁挂牌，所有相关电气设备进行能源隔离并上锁挂牌，设备内部残留化学品须彻底置换及清洗完毕，然后办理交接手续。（4）施工方案以及作业风险评估及应对措施等文档全部编写完毕，且经过相关责任方的审核与签署批准。（5）提前准备和申请施工所须的一切作业票等相关手续（6）我方施工技术和安全负责人须根据现场条件，及时向施工班组和作业人员进行技术交底和安全培训，确保施工过程能够按照施工方案和安全措施要求严格执行。3.2施工主要流程3.2.1储罐罐壁门洞的开始（及恢复）（1）所有工装为相同牌号，厚度为 18 mm 的不锈钢板。（2）立位工装尺寸为 2000 mm200 mm18 mm。（3）水平位工装尺寸为 2400 mm200 mm18 mm。（4）工装焊接须保证一定强度，要求每 100 mm 长度至少包含 50 mm 的有效焊接（花焊）。（5）门洞尺寸按照 1.8 m1.8 m 的凸字形执行，门洞四角按照 R=150 mm 圆滑过渡，具体细节要求参考 API-653 第九章节的图 9.5。（6）所有门洞的开设切割线距离原有焊缝的间距要求，详细要求及说明请参考 API-653 第九章节的图 9.1。（7）恢复门洞前，须在罐壁内侧安装防止焊接过程中可能导致的钢板变形的工装，并在安装完毕后按先纵后横最后大角焊缝的顺序进行焊接封门洞。3.2.2脚手架搭建关键要求搭设罐内脚手架前，罐底统一平铺防火布覆盖，并在防火布上铺设不小于 1500 mm200 mm25 mm 的木板，同时所有镀锌钢管两端加设塑料防护帽。3.2.3原焊缝缺陷的清除为了减少热量输入并防止不锈钢污染，采用纯手工打磨的方式清除原始焊缝缺陷，并使用专门针对不锈钢材料的打磨砂片。打磨过程中如发现焊缝缺陷较多时，可以适当扩宽清除的范围，确保返修合格。3.2.4焊接施工返修顺序和方向的要求，储罐共有 11 带板，每带由 11 块板拼接而成，现将储罐从 1 带板算起，由下往上划分为 110行横焊缝，同时将每行横焊缝进行 8 个扇形面均匀划分。由 8名焊工从每个扇面的起始点，按同一方向（顺时针或逆时针）同时进行返修。焊缝返修时始终遵循先返修纵焊缝后返修环焊缝的顺序，先加工装后返修。纵焊缝由下往上，环焊缝统一按逆时针方向焊接。打磨并焊接第一带板的纵焊缝，及相连接的 T 形焊缝，焊接时先分段焊接垂直竖焊缝，最后进行 T 形焊缝的焊接工作，防止原板材因过热而形变；纵焊缝的返修也要遵守同步对称的原则。纵缝返修结束后随即开始进行环缝的返修，首先按要求安装好罐壁内部的工装，然后再进行外部缺陷清除（清除深度不得大于壁厚的 2/3），在罐壁外部开始焊接前应加装罐壁外部工装，以防止在焊接过程中产生的热应力导致罐壁板变形。剩余焊缝的修复工作按此类方法以此类推，直至所有焊缝的修复工作全部完成。此罐体焊口的修复工作由底层向高层进行，当同层修复工序按 AH 顺序 8 个扇面同时进行时，底层的修复工作全部完成以后，方可进行相邻上一焊缝的修复工作；此罐体材料为 304不锈钢，原焊口采取打磨清除原焊缝不合格的部分，然后再打磨维修焊接坡口。3.2.5罐壁防变形及裂纹施工措施（1）厚壁板防变形措施：储罐的周长为 66 m，罐内环缝每500 mm 加装一块工装，罐外环缝也是每 500 mm 加装一块。纵缝 1500 mm 加装 6 块工装，内外各 3 块。罐内外的工装须相互错开，里外各自安装。罐外工装的安装位置参考罐内相邻两块工装的中间位置空挡处。环缝每 0.5 m 加装一块，工装材料板厚不得小于 14 mm。施工顺序为：先安装罐壁内工装，手工打磨外焊缝进行清除，清除结束后再安装罐壁外工装，工装大小为一块长 1 m 宽200 mm，一侧长边中心处开 1/2 的圆槽，该半圆槽即为焊缝所在位置，整块工装以半圆槽为中心，跨接于焊缝两侧的壁板，通过花焊使工装固定于壁板之上。（2）薄壁板防变形的措施：对于小于等于 12 mm 的薄壁板，根据现场变形测量结果决定是否在内部环焊缝处加一圈内涨圈，如果壁板本身就向外鼓出变形，则可通过罐壁外侧返修来减小初始变形对焊接修复后的整体变形的不良影响；如果壁板本身就有内凹陷，需要加装罐壁内侧涨圈来防止罐壁板进一步向内凹陷。罐壁内侧涨圈采用不锈钢工字钢制作，材料尺寸规格为200 mm88 mm6 mm。加装方法：首先将工字钢加工成和罐体一样的弧度（每 6 m 一段），在打磨清除原焊缝缺陷之前先将工装加装在焊缝背面，形状如一个翻转 90的 H。整条环缝全部加满后，再开始打磨清除缺陷并重新焊接修复。4结语对常压不锈钢储罐罐壁焊缝的整体焊缝缺陷清除及返修的施工新技术的应用和做法，在国内工程维修领域实属罕见，其施工工艺的制定是根据设备本身材料特性以及焊接工艺特性而制定的，不仅可以清除原焊缝缺陷，保证设备焊接维修的成功，而且最大限度地控制焊接维修过程中的热量输入，从而确保内浮盘硬顶储罐对于内径圆整度和罐壁凹凸变形度的要求。参考文献1GB 50128-2014，立式圆筒形钢制焊接储罐施工规范 S.2JGJ 130-2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 S.3HGT 2806-2009，奥氏体不锈钢压力容器制造管理细则 S.4SH 3505-1999，石油化工施工安全规程 S.5API 650-2013，钢制焊接石油罐 S.编辑李波65