立式圆筒形储罐（精选六篇）

1 常用设计标准

1.1 中国标准

目前国内立式圆筒形储罐的设计标准规范有三个:国家标准《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》GB50341-2003;中国石油总公司标准《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》SH3046-1992;国家能源部标准《钢制焊接常压容器》NB/T47003.1-2009。

1.2 国外储罐的主要标准

美国石油学会标准《钢制焊接石油储罐》API650和《大型焊接低压储罐设计与建造》API620;日本工业标准《钢制焊接油罐结构》JISB8501;英国标准《石油工业立式钢制焊接油罐》BS2654。

上述标准中,美国石油学会标准A P I650和A P I620已经成为国际上应用最为普遍的设计和建造储罐的通用标准,我国的GB50341-2003标准绝大部分参照美国标准API650编制。事实上,通过对建成的大型油罐罐壁应力分析结果看,采用A P I650标准进行设计,罐壁应力分布比较平稳,有利于提高油罐的安全性。API650标准已经成为国际上设计常压储罐的通用标准。

2 储罐的容积和经济尺寸的确定

2.1 计算容积

计算容积是指按罐壁高度和内径计算得到的几何容积。V计算容积=π/4D2H,式中,D—储罐直径m,H—罐壁高度m。

2.2 公称容积

公称容积是指圆筒几何容积(计算容积)圆整后以整数得到的容积。在设计储罐时,是以公称容积来选择储罐的高度和直径的。通常我们所说的1000立方米储罐、5000立方米储罐指的是公称容积。公称容积如图(a)所示。

2.3 实际容积(储存容积)

实际容积是指储罐实际可以储存的最大容积。一般储罐有一个安全容量,因为温度变化时,储液膨胀会引起液位升高,另外,许多石油化工储罐装有易燃介质,储罐上泡沫接管与储液之间应留有一定的高度,当储罐着火时,可保证储液面上的泡沫覆盖层有足够的厚度来隔离。储罐上部留有一定空间的高度为A,一般取300~1100mm。实际容积=计算容积减去A部分的容积。如图(b)所示。

2.4 操作容积(工作容积)

储罐使用时,出料口距底有一定的高度,储罐底部的液体不能通过出料口流出,这些液体称为死量,其高度为B。操作容积=实际容积减去B部分的容积如图(c)所示。

2.5 储罐经济尺寸的选择

储罐总体尺寸的确定主要坚持的两个原则,即材料最省和费用最省。储罐按给定的设计容积进行设计,在满足给定的设计容积时,变换直径和高度,可以得出多种组合,其中肯定有某种尺寸组合使材料和投资费用最省,计算储罐的经济尺寸见下表1所示。

表中:H—罐底至包边角钢的高度

R—储罐的半径

ρ—储液介质密度

φ—罐壁焊缝系数

[σ]—材料的许用应力

S1——罐顶板厚度

S2——罐底板厚度

C1—罐壁单位面积每年平均费用

C2—罐底单位面积每年平均费用

C3——罐顶单位面积每年平均费用

3 材料的选择

储罐选择材料时必须考虑储罐的使用条件如温度、储液的特性(腐蚀性、毒性、易燃易爆等)、材料的焊接性能、加工制造性能及经济合理性。同时,还要根据设备的使用寿命来判断,储罐用材料类别可分为碳素钢和低合金钢、不锈钢、铝及其合金。罐壁板的基本要求是强度、可焊性和夏比(V型缺口)冲击功。由于罐体是由许多块钢板通过焊接方法拼接而成的,所以钢板的焊接性能也很重要。钢板的韧性—冲击功Akv是防止储罐脆性破坏的一个重要依据,影响罐壁钢板冲击韧性的主要因素有最低设计温度、钢板的强度、厚度、时效性、晶粒度和使用状态。壁板尤其是底圈壁板,底部第二层壁板和罐底的边缘板对选材来说最重要,它们之间的焊接受力复杂,承受着较大的力,为了保证强度和焊缝质量,它们应该选择同种材料。碳素钢及低合金钢中的Q235B和Q345R是储罐的常用材料,它们价格低,材料来源广。液体化学品腐蚀物料的储罐可选不锈钢材质,也可选铝及其合金。设计温度低于-20℃的储罐应选择低温用钢或不锈钢,随着储罐大型化的发展,选用高强度的钢板在适当的高径比下,可取得较小的罐壁壁厚,从而节省投资。表2列出了国内常用储罐用钢板的许用应力。

4 储罐基本结构

储罐由罐顶、罐底、罐壁和附件组成。

4.1 罐顶结构

立式圆筒形储罐罐顶主要形式有:自支撑式锥顶、自支撑式拱顶、网壳顶、梁柱式锥顶、外浮顶、内浮顶。自支撑式锥顶一般用于直径较小的储罐,容量一般小于1000m3。自支撑式拱顶是一种形状接近于球面的顶,包括无肋拱顶和带肋拱顶,这样顶的储罐结构简单,钢性好,钢材耗量小,对基础沉降要求低。能够承受较高的剩余压力,受力状况好,所以自支撑式拱顶罐广泛应用于化工石油装置中。无肋拱顶罐容量一般小于1000m3,带肋拱顶罐容量一般大于1000~20000 m3。网壳顶结构简单,施工方便,质量轻,承载能力大,近年来钢制网壳式顶技术在国内得到比较快的发展,计算理论和计算程序都比较成熟。钢制网壳顶一般适用于直径大于30米的大型储罐,储存挥发性小的油品,梁柱式罐顶的储罐直径理论上可做得很大,可满足大型油罐的要求,但其结构复杂,耗钢量大,对基础沉降要求高,容易发生腐蚀。另外,这种顶的储罐不能设置浮盘,不宜用作储存易挥发的储液,国内很少使用。浮顶是随着液面变化上下升降的顶,包括内浮顶和外浮顶,在油罐中应用比较普遍。浮顶罐可有效控制油品蒸发损失,因为浮盘浮在液面上,使油品无液相蒸发空间,同时由于浮盘使空气与油品隔开,极大减少了空气污染和火灾,保证了油品本身的质量。外浮顶油罐是国内外油罐中最常用的一种结构,主要用来储存原油、柴油等介质。储存汽油、航空煤油的储罐大多采用内浮顶和拱顶结构。

4.2 罐底结构

立式圆筒形储罐的罐底一般直接放在基础的砂垫层上,储液的重量通过底板直接传给基础,对底板来说,理论上几乎没有强度要求。但实际上,由于储罐的自重、储液的静力和基础沉降所产生的附加力矩等,使罐底边缘部分受力非常复杂,根据应力分析结果,罐底最大径向应力距罐底边缘约500mm,所以,罐底边缘板径向宽度必须≥700mm。罐底的排板形式应根据储罐的大小,控制焊接变形等制造工艺因素来决定,直径小于等于12.5m的储罐,因罐底受力不大,宜按条形排板组焊,见图(e)。对于直径大于等于12.5m的储罐,罐底外缘受罐壁作用,边缘力较大,底板的外围需要比中部厚,所以外围应设弓形边缘板,排板形式见图(f)。

弓形边缘板是由若干块切割好的弓形板组成,它们之间的焊接应采用带垫板的对接焊接结构。边缘板与中幅板之间及中幅板之间的焊接,常采用搭接焊接结构,也可以采用带垫板的对接焊接结构。如果采用搭接焊,应该为单面连续焊,焊接宽度应≥5倍较薄板的厚度,焊缝高等于较薄板的厚度,中幅板要搭在边缘板上,焊接采用单面连续角焊,焊接宽度不小于60mm,若采用对接焊,焊缝下面应紧贴垫板,垫板厚度不小于4mm,宽度不小于50mm。罐底板任意相邻两个焊接接头之间的距离以及边缘板焊接接头与罐壁纵焊缝的距离均不小于300mm。底圈壁板与底板边缘板之间的焊接,应采用两侧连续角焊,焊角高度等于二者中较薄板的厚度,且焊脚高度应不大于13mm。在地震设防烈度大于7度的地区,底圈壁板与罐底边缘板之间的焊接应采用如图(g)的焊接形式,角焊缝圆滑过渡。

罐底板的厚度:不包括腐蚀裕量的中幅板的厚度见表3。不包括腐蚀裕量边缘板的厚度见表4。

4.3 罐壁的设计及焊接结构

工程中,储罐壁板的厚度通常有三种方法确定:定点法、变点法、应力分析法。定点法是以高出每圈壁板底面0.3m处的液体压力来确定每圈壁板厚度的方法,一般用于容积较小的储罐。对于容积较大的储罐宜采用变点法设计,变点法考虑了相邻圈壁板之间不同厚度的互相影响,对每一圈壁板采用离罐壁底面不同的设计点来计算壁厚,从而使每一圈壁板中的最大应力接近钢板的许用应力。应力分析法多用于大直径的储罐,保证储罐满足强度要求。用以上三种方法计算出的罐壁厚度应圆整至钢板的规格厚度,且应不小于规范所规定的最小罐壁厚度。表5列出了SH3046-1992《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》规定的最小厚度。

罐壁由若干块型板焊接而成,上层壁板的厚度不得大于下层壁板的厚度。壁板的纵向焊接接头应采用全焊透的对接结构,为了减少焊接变形,相邻两层壁板的纵向焊缝应向同一方向逐圈错开1/3板长,焊缝最小间距不小于1000mm。底圈壁板的纵向焊接接头与底板边缘板对接接头之间的距离不得小于300mm。罐壁的环向焊缝主要是对接。罐壁板的宽度对于碳钢板一般应不小于1800mm,对于不锈钢板一般应不小于1600mm。

5 结束语

总之,立式圆筒形储罐在石化行业广泛应用,了解其常用的设计方法十分必要,本文只从标准、容积、材料选用、罐顶、罐底、罐壁等常识进行了介绍,实际上一台储罐的设计还包括很多内容,如强度设计、抗震设计、稳定性设计、附件设计等,这里就不一一说明。

摘要：针对立式圆筒形储罐的特点,对储罐的标准规范、容积、经济尺寸、材料选用、设计方法进行了阐述。并对储罐的结构进行了介绍。

关键词：标准,容积,材料,罐顶,罐底,罐壁

参考文献

[1]杨一凡,朱萍,斯新中,等编.球罐和大型储罐.北京:化学工业出版社,2004[1]杨一凡,朱萍,斯新中,等编.球罐和大型储罐.北京:化学工业出版社,2004

【关键词】油罐;罐底板;罐顶;罐壁设计

大型立式圆筒型油罐是储存液体原料的主要设备，在食用油行业，近几年来，各地建设的食用油储罐容量不断加大，最大单罐容量达到1.25万立方米，大型化是发展趋势。大型立式圆筒储罐大型化其优点是：

①从材料用量上，大型化储罐较同容积几个储罐钢材耗量越小。

②从占地面积上，由于相关设计规范对于储罐之间的距离要求表严格，但是同储量的油罐，大型储罐较小储罐的占地面积要小，从而减少用地，节约土地资源。

③同容量的储罐区，采用大型储罐，与其配套的工艺设施、监控设施也相应的减少，节省投资，操作也相比来说简便。在食用油行业，大型储罐主要是常压罐（设计压力-0.49kpa～6kpa），結构形式为立式圆筒形固定顶钢制焊接油罐，设计主要依据的规范有：GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》。储罐大型化有其优点，但是给设计、制造和使用带了一些问题，比如，对地基要求更高，设计中材料选择更加复杂等。所以在设计中应引起足够的重视。

1、罐壁设计

（1）罐壁厚度计算通常有三种方法：定点法，变点法及应力分析法。我国设计标准采用定点法。GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》就采用此方法，壁厚计算公式

td—储存介质条件下管壁板的计算厚度（mm）;

tt—储存介质条件下管壁板的计算厚度（mm）;

D—油罐内径（m）;

H—计算液位高度（m）;

ρ—储液相对密度（取储液与水密度之比）;

[б]d—设计温度下钢板的许用应力（MPa）;

[б]t—常温下钢板的许用应力;

φ—焊接接头系数（0.9）

从设计过程来看，按此标准计算考虑比较全面，各圈壁板计算步骤清晰，较容易掌握。

（2）罐壁设计另一个关键是壁板之间焊缝形式的确定。罐壁板中环向应力决定罐壁厚度。在罐壁板纵焊缝和环焊缝中，纵焊缝的质量起很大的作用。合适的焊缝形式及焊接工艺是保证焊缝质量的前提，所以对罐壁的纵焊缝一定采用全焊透结构。壁板较厚时（>6mm）采用开坡口，坡口形式由单面Y形、单面U形、双面Y形、单面U形。

（3）罐壁刚度也是决定罐壁质量重要条件之一，大型油罐是一种薄壳板柔性结构，如何确保在风载荷或负压或者两者同时作用下储罐的稳定性，是储罐设计中需要考虑的另一个重要问题。油罐一般会发生整体倾覆或滑移、壁板轴向失稳、凹憋。所以在设计过程中需要考虑各种因素，合理选取外加载荷进行验算，设置抗风圈以减少罐壁的变形。

2、罐顶设计

食用油储罐罐顶结构选择自支撑式拱顶结构，自支撑式拱顶的刚性较好，耗钢材较其他形式（锥顶）少，且能够承受较高压力。同时与罐壁顶边角钢连接采用弱连接结构。避免在进出油操作中罐内超压，减少对储罐的破坏，降低损失。目前自支撑式拱顶储罐的罐顶有两种形式，光面拱顶和加肋拱顶。根据设计经验，加肋拱顶主要用于直径>12.5m直径储罐以上。

3、罐底设计

大型储罐罐底受力非常复杂，罐底除了承受储罐自身的重力外，还受到储液的静压力和基础沉降所产生的弯矩等，尤其罐底板边缘部位受力尤为复杂。

目前GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》罐底板型式主要两种，见下图。油罐直径小于12.5m时，罐底板可不设环形边缘板，大于等于12.5m时，罐底板宜设环形边缘板。

罐底板的坡度选择。目前在食用油行业中，主要考虑到储罐的清洗和容量大小主要要以下两种罐底型式。见下图

a）正圆锥型：这种罐底及其基础呈正圆锥形，中间高，四周低。其罐底坡度按1.5%设置。这种结构特点如下：

①罐底板受力较好。

②罐底液体放净口处于罐内周边较低位置，可以基本满足杂质、存液的排净。

③储罐经长期使用，正圆锥形罐底逐渐变平，但由于基础沉降不均匀以及罐底钢板的弯曲和压缩变形，使基础及罐底局部变得凹凸不平。此时油脂放净口不一定处于罐底最低处，造成油脂不易排净，与其他批次或品种的油脂混合。

④所造成的凹凸变形，易造成积水和杂志的沉淀，从而加剧了罐底的腐蚀。加之罐底板尤其中幅板厚度较薄，易使罐底腐蚀穿孔造成泄漏。正圆锥形罐底是传统的罐底形式，是目前使用最为广泛的形式，尤其适用在大型立式储罐罐底形式。

b）倒圆锥型：这种罐底及基础呈倒圆锥形，中间低，四周高。罐底坡度一般设置2%～5%。在罐底中央设置集油槽，沉降的杂质和存液集中于此，有出油口引出排放。这中罐底结构形式的特点如下：

①油脂放净口处于罐底中央，不管日后罐底如何变形，集油槽总是处于罐底的最低点，这对排净沉降的杂质、水分和存油，提高储存油脂的质量十分有利。

②因易于清洗，所以可以不再设置清扫孔。

③倒圆锥形罐底可以增加储罐容量，直径越大，罐底板坡度越陡，所增加的容量越多。

④较少形成凹凸变形和较少沉积，大大改善罐底腐蚀状况。

⑤罐底受力比较复杂，对于油罐基础设计、施工要求比正圆锥形罐底更加严格。因为倒圆锥形油罐的罐壁与边缘板成大于90?斜交，在动、静液压的作用下，受力变得复杂。罐底板除受轴向压应力外，还受径行拉力和切向拉应力，底板焊缝受力条件较差，因此应针对罐底和不同的地质情况，选择合适的油罐基础和施工规程。

⑥倒圆锥形底板焊接变形使得与沥青砂层之间易产生孔隙，在使用过程中罐底坡度会越来越大，特别是垫层密度控制不好或者地基处理不好，将使孔隙加大，从而使底板承受较大的循环交变应力或出现应力集中。倒圆锥形罐底也是应用比较广泛形式之一，主要应用在容量较小，储备油品变换频繁一些中转罐。

4、油罐地震的计算

抗震设计是大型油罐设计的重要环节。地震对油罐破坏主要有以下几个方面：

①焊缝破裂。罐壁和罐壁边缘板之间焊缝发生破裂。是由于水平地震载荷，罐内业主压力和基础不均匀沉降等因素共同作用的结果。因为水平地震载荷会使角焊缝产生弯矩，就可能造成角焊缝的破裂。

②罐壁下部的屈曲。这种破坏的典型形状是罐壁外鼓，形成如管道上波形膨胀节。这种破坏是由于水平地震载荷对罐壁产生弯矩，此弯矩应力达到了临界应力值而引起罐壁屈服，再加上液柱压力把罐壁挤向外，从而使下部壁板向外臌曲。

③罐壁上壁屈曲。这是由于下部破裂时，油品迅速外泄造成局部真空，这是外压失稳现象。

所以大型油罐设计必须按照GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》附录D中的步骤，合理选取参数进行抗震验算。从而保证大型油罐使用中的安全。

综上所述，大型立式圆筒型储罐应用越来越广，掌握其设计中主要问题十分必要。

参考文献

[1]湛卢炳等编.大型储罐设计[M].上海：上海科学技术出版社，1986.

[2]徐英等编.球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社，2004.

倒装法施工, 改高处作业为地面作业;改提升装置为电动葫芦, 各点受力均衡、提升平稳、速度均匀;改为开放施工使工人不再在密闭容器内作业;个别控制改为中央控制;机械效率, 体积重量, 出力, 安全等都较其它施工方法提高。

2 工艺原理

动力来自沿罐内壁均匀分布的桅杆+电动葫芦 (额定起重量一般为10吨/台) , 由中央控制台对电动葫芦进行控制。电动葫芦依托桅杆拉动卡板, 卡板提动胀圈, 使罐体提升, 实现倒装工艺要求。桅杆有必要的高度、强度和刚度。

3 施工操作要点

3.1 施工操作要点。

3.1.1 提升电动葫芦使用数量。

为了满足不同容积储罐提升设备使用的通用性, 提升电动葫芦额定出力选用10t, 不同容积的储罐依提升电动葫芦的间距和单台电动葫芦的负荷选择。间距太大会造成胀圈变形, 一般以不大于6m为宜。中小型储罐依间距选择, 大型储罐最后提升重量很大, 一般依负荷选择。例如, 标准设计的1000m2拱顶罐, 选用6台, 两提升电动葫芦间的间距为5.5m, 单台荷载重为4~5t。100000m3内浮顶罐最大荷重210t, 选用30台支架时间距为3.5m, 单台负荷为7t。

3.1.2 提升电动葫芦的平面布置及控制柜的设置。

为了保证各葫芦提升速度的同步性 (速度一致、出力均衡) 尽量选用同一厂家同一品牌的产品。提升桅杆及电动葫芦应均匀布置在罐壁内侧, 尽量靠近壁板 (只要不与包边角钢干涉即可) , 以减少桅杆的弯矩。中央控制台置于罐中心, 由橡胶绝缘电缆与各电动葫芦连接, 采用一机一闸一保护。桅杆的稳定性影响整个罐体提升的稳定, 必须平稳垂直固定, 并用两根斜支承和一根连到中心的径向水平拉杆, 使所有支架呈辐形连接。

3.2 胀圈制作。

胀圈是倒装法必不可少的措施, 依罐壁内径分段制作, 各段用螺栓连接成几大段, 大段间用千斤顶把胀圈胀紧在罐壁上。一般5000m3储罐可预制4段, 用4个32千斤顶支顶;胀圈依受力情况计算一般采用25号槽钢制作, 依据储罐内壁直径滚弧, 圆度控制在储罐直径方向小于6mm, 局部曲率超差点用千金调整。槽内间隔600mm焊接加强筋。

3.3 底板的安装。

3.3.1 根据储罐安装的顺序, 底板安装前, 应对其下表面进行防腐,

一般刷涂厚浆型环氧煤沥青漆 (各板边缘搭接部位刷耐高温可焊性涂料) 。底板铺设前, 应在验收合格的基础上画出十字中心线, 当土建标注的中心偏差较大时 (但在允许范围之内) , 应调整到最小。底板铺设应按照已依据采购进来的钢板板宽、板长绘制的排版图进行铺设。

3.3.2 底板的焊接。

焊接应从底板中心开始。先焊短缝, 再隔条点焊长缝, 然后焊接。无论是焊接短缝还是长缝, 均采用分段退焊的方法, 焊工均匀分布, 同时施焊。严格控制焊接变形。

3.3.3 底板尺寸的测量, 画线和余量切割。

拉尺测量底板半径, 为补偿焊缝收编, 底板直径放样应相应放大直径5/1000。测量底板周长的同时, 画出底板圆周线, 并将余量切除。

3.4 顶层壁板、包边角钢及顶板的安装。

3.4.1 底板限位挡块铺设。

以底板中心为圆心储罐中心至内壁以及至内壁加70mm为半径用地规清晰画两个同心圆。在内圆内侧和外圆外侧沿圆周间隔400mm左右对应位置焊接-100x100x16mm的限位挡块, 内挡控制壁板定位, 外挡用于打楔铁。为了有良好通风及焊接外挡块并循环利用挡块, 内、外挡块焊在10号槽钢上组成一体。为了保证储罐成型质量内挡可适当加密。

3.4.2 顶层壁板安装。

顶层壁板滚弧成型后立于底板上, 内侧用圆钢及花篮螺栓做斜支承。一周留一到两个搭接活口, 活口处用2台3吨手拉葫芦连接。其余板与板之间点焊连接。之后从两活口之间中点开始分别向活口方向用楔铁楔紧壁板下端。之后用磁力线坠观察, 旋拧花篮螺栓调整及活口手拉葫芦壁板垂直度及上口直径。最后用钢尺拉上口校对。

3.4.3 顶板安装。

顶板分片预制完毕后, 在底板按照顶板的标高在中心处立一个中心柱, 在直径方向设2道支撑环, 用于顶板安装时临时支撑。支撑安装完毕后吊装并焊接顶板。

3.5 第二层壁板的安装及提升。

顶层壁板和顶板安装之后, 即可安装第二层壁板。方法同顶层壁板、并留出一道活口不焊, 在第二层壁板组装的同时, 在罐内组对和安装胀圈。调整电动葫芦后开始提升。提升时按中央控制台扭盘的上升扭完成提升。在提升高度差较大时, 关闭其它电动葫芦, 单独提升局部较低部位的电动葫芦, 至平高时停止提升。稍停顿后稳步提升直至使顶层壁板高出下层壁板20~30mm, 在上、下层壁板内侧, 错位点焊限位挡板, 使上下层壁板对接。为了保证对口间隙均匀一致, 在环缝之间加垫板, 垫板应与设计要求的对口间隙相同。

3.6 其余各层壁板的安装。

检验合格后, 按照上述方法和步骤安装第三层, 第四层壁板, 直至最后一层壁板的安装结束。最后一层壁板的纵缝及上部环缝焊接后, 将胀圈落下与底部连接, 开启提升机, 使罐升高110~120mm, 拆除垫块, 落下使壁板就位。底层壁板与底板的环向内外角焊缝, 由数名焊工均匀对称分布于罐内外, 采用分段退焊法, 沿同一方向同时施焊。

4 质量控制措施

施工前, 要对操作人员进行全面的技术交底, 进行专业操作技术培训, 使全部操作工人能够熟练掌握操作技能。质量检查员对各分部的质量标准进行质量责任书的签证。工地建立“自检、互检、交接检”, 定期召开工程质量分析会, 强化工程质量保证体系, 做到不空岗、不漏岗、质检人员进行跟踪检查。对于工程施工方案, 单项施工技术措施和其它有关施工技术文件中规定, 如施工程序, 工艺参数, 操作方法和注意事项等, 不允许有个人随意性。材料系统严格把好采购关, 各种原材料、半成品、成品必须有出厂合格证, 原材料必须送试验室试验合格。

5 安全保证措施

建立健全安全保证体系, 贯彻执行以项目经理为首的安全生产责任制, 设置专职安全员。编制安全施工组织设计及专项安全管理方案, 对进场人员进行安全教育。施工前, 对施工人员进行安全技术交底, 使所有人员了解生产环境及工作场所情况, 做好安全防范工作。严格执行安全操作规程, 正确配置和使用安全防护用品, 做到不违章指挥和不违章作业。采取有效的安全防护措施, 创造安全的施工环境, 保证施工安全。

6 环保措施

为了保护和改善生产生活环境与生态环境, 防止由于施工造成的作业污染, 保障工地附近居民和施工人员的身体健康, 必须做好施工现场的环境保护工作。建立项目部环境保护组织体系, 明确分工和岗位职责, 建立施工现场环境保护管理制度, 编制环境管理方案, 对所有施工人员进行相应的培训, 提高环境保护意识。施工垃圾使用封闭的专用垃圾容器吊运, 严禁随意凌空抛散造成扬尘。施工垃圾要及时清运, 清运前, 要适量洒水减少扬尘。

大型立式圆筒形焊接储罐的检测主要是X射线检测和表面检测, 对周边环境、交叉作业、人员等环保要求很高, X射线检测在夜间作业, 效率低下、检测过程繁琐。尤其是大型储罐射线检测最底圏焊缝时, 需专门留出3天左右的射线检测时间, 如采用超声衍射时差法TOFD检测, 既保证检测与焊接基本同步, 又节约了工期。超声衍射时差法 (以下简称TOFD技术) 在原理和方法上都优于传统手工超声波检测技术, 克服了人为、工艺技术因素的影响, 在检测速度、可靠性、整体施工工期、成本、环境保护等方面大大提高功效, 一定条件下可代替X射线底片成像检测技术。

2 超声衍射时差法原理

TOFD技术利用的是固体中声速最快的纵波在缺陷端部产生的衍射来进行检测。在焊缝两侧, 将一对频率相同的纵波斜探头相向放置发射, 探头发射的纵波入射到被检焊缝断面, 在无缺陷部位, 接收探头会接收到沿工件表面传播的直通波和底面反射波, 而在有缺陷存在时, 在直通波和底波之间, 会接收到缺陷上端部和下端部的衍射波, 因此直通波和底波就被作为缺陷测量的参考信号, 在数字化技术的处理下, 通过分析软件快速对接收到的信号进行评估、数据处理。

3 检测依据、技术标准及验收规范

《立式圆筒形焊接油罐施工及验收规范》GB50128-2005

《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG R0004-2009

《衍射时差法超声检测》N B/T47013.10-2010

4 TOFD检测工艺

4.1 检测准备

4.1.1 确定检测区域宽度

检测区域宽度应是焊缝本身, 再加上焊缝熔合线两侧各25mm的范围或t中较小值的范围。

4.1.2 检测面表面处理

检测面不得有飞溅、焊疤、较大的隆起或凹陷等影响探头和检测面耦合效果的障碍物。在T字焊缝检测时, 由于焊缝余高会对扫查器的前进造成影响, 所以最好将临近的焊缝余高磨平, 以免使T字焊缝的扫查图谱变形。

4.1.3 探头的选择和中心距PCS的设置

由于立式圆筒形储罐的壁板一般都在50mm以下, 可采用一组探头对检测。探头的选择和PCS的设置根据《衍射时差法超声检测》NB/T 47013.10-2010中的相关要求进行, 同时在检测前, 应在对比试块和盲区试块上进行灵敏度的验证。

4.2 TOFD检测

一般采用非平行扫查进行初始的扫查方式, 探头对称布置于焊缝中心线两侧沿焊缝长度方向运动。

对于非平行扫查发现的接近最大允许尺寸的缺陷或需要了解缺陷更多信息时, 进行偏置非平行扫查、平行扫查, 若焊缝较宽, 在焊缝两侧各增加一次偏置非平行扫查。

4.3 检测结果分析

对检测结果进行综合分析和评定, 如有可疑部位可采用其他检测方法加以辅助判断, 对超标缺陷返修后, 按原检测方法重新检测。

4.4 存在的问题解决情况

4.4.1 不同厚度壁板对接焊缝的检测

由于储罐环焊缝的上下壁板厚度不同, 因此造成在不同平面扫查时, 耦合效果下降、信号不稳定或信号丢失的情况, 这种情况下, 通常采用在罐内平齐的一面进行扫查, 可避免检测信号丢失。

4.4.2 罐内外壁检测的注意事项

罐壁板存在一定的曲率, 从内壁检测缺陷的检出率较高, 从外壁检测精度较高, 但内壁或外壁检测时, 不能采用相同的设置参数。

4.4.3 盲区的检测

扫查面盲区和底面盲区是TOFD技术的固有盲区。除了通过采用高频短脉冲宽频带探头、减少探头中心间距的方法减少表面扇区范围外, 对于表面盲区应按照JB/T4730.4~4730.5标准进行磁粉、渗透检测。在单面扫查时, 可以在焊缝两侧各增加一次偏置扫查, 盲区的检测还应加上手工常规超声检测和采用爬波探头检测, 检测人员认为有必要时也可补充射线检测。

5 TOFD检测技术在立式圆筒形储罐焊缝检测中的应用情况

从2012年10月至2013年6月, 我公司分别在阿拉山口-独山子原油管道首站运行油库增容工程和风城2号稠油联合站的5万、2万5千方立式圆筒形储罐对接焊缝中成功应用TOFD检测技术进行试检测, 通过与射线检测底片对比, TOFD检测对缺陷的检出率更高, 对典型缺陷 (如未熔合、密集型点状等缺陷) 显示明显。

6 TOFD检测技术在立式圆筒形储罐焊缝检测中的优势

6.1 提高工效300%

以5万立式圆筒形储罐底层的立焊缝为例:

X射线检测最底圈板厚3 2 m m, 高度2200mm, 每道立焊缝射线检测拍片按300mm规格的胶片需拍9张, 每张胶片曝光时间5分钟, 加上现场布置及暗室处理时间, 按照检测10道立缝计算, 大概需要10小时左右, 采用TOFD技术, 现场实施线性扫查平均2.2米/10分钟, 加上图谱判定分析时间平均大概需要3小时, 共计提高工效300%以上;

6.2 人工成本、材料成本对比

正常情况下, 一座5万立方原油储罐最底圏共18道立缝, 射线检测需要两个检测机组在一个工作日完成, 每组三人, TOFD检测只需每组三人一个工作日完成, 可节省三个人的人工成本。除去设备的一次性投入, TOFD检测在材料上只需探头楔块和探头线的磨损, 而射线检测则需投入胶片、药液、铅字、暗袋等其他辅助材料, 相比较大量节省了检测成本, 同时检测过程可与其他作业工序同步进行, 节省工期3-5天。

6.3 环境保护

采用TOFD检测技术可削减X射线检测辐射伤害的风险因素, 同时射线检测过程中废旧药液、铅字、尾气排放对环境也造成一定的污染, 而TOFD检测技术现场只残留耦合剂对被检物的轻微锈蚀, 不会造成环境污染。

7 结束语

一、电动倒链倒装技术的特点及工作原理

(一) 技术特点

本工法是储罐倒装施工的众多施工方法中的一种。与传统施工方法比较, 电动倒链本身具有自锁性, 不受临时停电的影响, 且不会有罐体倾斜冒顶现象。提升速度快, 且机具组装及拆除运出方便, 较大幅度提高了施工效率。电动倒链提升过程中, 可随时停止进行校正, 且可分区微调, 易保证组对间隙。由于集中控制, 大大减少了提升过程中的操作人员, 同比倒装手动倒链施工人工工日节省50%。

(二) 工作原理

在罐底板施工完毕后, 先安装胀圈及吊耳 (胀圈沿罐壁内侧设置, 用挡板限位) , 安装顶圈壁板, 然后在罐内安置提升柱, 中心控制台, 10t电动倒链等设施, 设在罐中心的控制台对电动倒链集中控制, 也可以分别控制, 各电动倒链同时启动, 电动机转动通过减速器减速, 并输出转速及动力, 使环链下吊钩上升或下降, 当电机断电时, 依靠制动电机的制动使电动倒链下吊钩停止工作, 重物即停在相应的位置上, 通过此原理即可提升整个罐体。

二、工艺流程及操作要点

(一) 工艺流程

施工准备→罐底铺设、焊接、检测→顶圈罐壁板组焊及罐内焊缝打磨、表修→包边角钢组焊→单盘焊接→胀圈、提升柱及倒链安装→上数第二圈壁板安装、纵缝焊接→顶圈壁板提升→组对、焊接顶圈与第二圈壁板环缝及纵缝内口→组对、焊接上数第三圈壁板、打磨、表修第二圈壁板纵缝及环缝→提升第二圈壁板→组对、焊接第二、三圈壁板之间的环缝及第三圈内口→……→组对、焊接底圈壁板、罐内所有焊缝打磨光、表修完→倒装吊具拆除→组焊大角缝→组焊收缩缝→罐壁划线、检查、开孔、配件、附件安装→封孔→充水试验、沉降观测→放水清扫→防腐→竣工验收。

(二) 操作要点

1、电动倒链性能参数

以10t电动倒链为例, 参数如下:起升速度0.09m/m i n, 实验载荷12.5t, 两钩间最小距离780mm, 起重链条行数4n, 起升高度5-9m, 电机功率500W, 电机转速1420r/min, 电源380V/50Hz, 净重95kg。

2、施工准备

(a) 储罐施工前, 应按规定进行焊接工艺评定, 制定焊接施工方案。按照审批后的施工技术措施编制作业指导书, 并对施工人员进行施工交底。

(b) 电动倒链提升装置所选用的钢材必须进行外观检查, 表面质量应符合相应的钢材标准的规定。选用的材料及附件, 检查是否具有质量合格证明书, 选用的焊接材料应具有质量合格证书。

(c) 试用前首先对电动倒链、控制台等进行了空载试验和负荷试验抽查其次对整个电气系统进行全面检查, 将罐底接地装置安装妥当, 实际检测罐底对地的电阻值为3.8Ω。在顶圈罐壁板焊接后期开始安装提升柱, 调整电动倒链的接线及运行状态。

(d) 使用前必须检查制动是否可靠, 定期检查各零部件是否正常, 应无松动、漏油等现象。

(e) 使用前, 使下吊钩处于自然下垂状态, 并将起重链条轮与下吊钩相连的链条拉紧, 检查起重链条是否理顺, 严禁链条打结、翻链。

(f) 本工程罐顶, 罐壁, 加上包边角钢的重量是226t, 因此为了保证施工质量与安全, 在倒链数量选用上采取在罐内壁四周设置44个10t电动倒链, 即使有一个电动倒链突然出现故障, 旁边的电动倒链仍可以承受罐壁的重量。

(g) 电焊机、检测仪器等设备状态应保持良好, 其它小型机具、量具准备齐全。

(h) 电焊工及特种作业人员应持证上岗。

3、倒链提升

在顶圈壁板内侧下口100mm处设置胀圈 ([25) , 用千斤顶顶紧, 使其紧贴罐壁, 再用挡板将胀圈与罐壁固定。

在距罐壁内侧约500mm处均布安装44根倒装提升柱 (Φ219×6螺纹钢管, 高4m) , 提升柱焊在垫板 (δ=12mm钢板) 上再与罐底板焊接牢固。在每根提升柱靠近罐中心一侧安装两根斜撑 (Φ48×4焊接钢管, 共计10米) 。在提升柱下方的胀圈上安装起吊吊耳 (δ=20mm钢板) 。每根提升柱靠近罐壁侧挂一个10t电动倒链, 电动倒链应和胀圈上的吊耳尽可能处于一条铅垂线上, 然后在吊耳两侧400mm远处的罐壁上各焊接一个挡板 (δ=12mm钢板) , 以上设置如下图所示。

上述吊具准备完毕后, 围上数第二圈壁板, 组对点焊纵缝, 封口处分别用两个3t手拉倒链拉紧, 然后开始焊接纵缝。纵缝外侧焊完后, 即可开始提升顶圈罐壁。提升时将封口处倒链适当松开, 以免起升困难或将第二圈壁板带起。

提升前先将电动倒链吊钩挂在起吊吊耳上, 并使之拉紧。安排一人检查, 使拉紧程度均匀。同时检查胀圈是否顶紧, 挡板是否焊牢, 倒装立柱斜撑是否安全可靠。一切准备就绪后, 由专业人员控制中心控制台, 把总开关关闭, 各分控制开关打开, 然后检查控制台电路无误后方可开启总开关。在提升过程中电动倒链应由专人集中看护, 密切注意提升是否平稳正常。发现异常情况, 应立即停止提升, 查明原因, 消除隐患后重新开始提升。提升到约600mm左右高度时, 暂停, 检查电动倒链是否同步运行, 提升高度是否一致, 受力是否均衡, 胀圈有无变形, 倒装提升柱有无异常等。如无问题, 可继续提升。如果电动倒链不同步, 应关闭所有开关, 对提升速度慢的电动倒链单独控制调整, 直至各倒链受力状态均匀, 提升高度一致后, 再集中控制, 同时进行提升。重复上述操作, 直至提升到所需高度。

提升到位后, 拉紧封口倒链, 测量周长、切割余量, 组对点焊封口处纵缝, 然后开始组对顶圈与第二圈壁板的环缝。环缝组对时, 可个别升降电动倒链, 以调整环缝组对间隙。当环缝与纵缝焊接完成后, 切割掉挡板, 用电动倒链将胀圈放下, 重新安装到距第二圈板下口100mm处, 并按先前所示步骤顶紧固定好。以下各圈壁板同提升顶圈壁板一样, 重复上述过程, 直到罐壁全部安装完毕。

摘要：文章通过某一具体工程实例, 着重介绍了储罐施工中新的倒装法施工工艺, 即电动葫芦集中控制提升法。从新技术的特点及原理, 说明了新技术相对于传统工艺具备的优势。从工艺流程和操作要点入手, 全面论述了新技术在施工过程中的重点。

在某焦化厂, 为了保证其脱硫工序的正常生产, 也为了防止因储存脱硫废液的事故槽爆裂而发生脱硫废液外泄的重大污染事故, 故需将原碳钢材质的事故槽更换为具有更强耐腐蚀性能的不锈钢0Cr18Ni9材质事故槽。

该事故槽为立式圆筒形储槽, 直径DN7700 mm, 高度为H=11105mm, 壁厚δ=8mm, 底板厚度δ=8mm, 容积为V=450m3, 总重19t。图纸设计要求提出, 事故槽安装完毕后必须进行充水试验;事故槽底板所有焊接接头及底板与底圈壁的角焊焊接接头, 须采用真空箱法进行严密性实验, 实验负值不低于53Kpa, 无渗漏为合格。

由于该储槽直径大、材质特殊, 质量要求高, 施工工序复杂, 同时也是厂内首次施工该类型的大型储槽, 没有任何经验可资借鉴, 因此确定采用何种安装技术和如何制定合理的焊接工艺, 对保证施工质量尤为重要。

2 储槽底板的安装

2.1 储槽底板的铺设

储槽的土建基础验收完后, 更换储槽200mm厚度的原沥青沙, 达到工艺规范要求后, 方可安装底板。

底板的铺设要求严格执行设计图纸和施工规范的规定, 一是储槽底板的纵向焊缝相互错开间距不能小于设计图纸和施工规范的要求;二是钢板之间的相互搭接宽度应符合设计的要求 (即25mm) 。

2.2 储槽底板的焊接

对于储槽底板, 图纸除要求严密外, 还要求底板平整、焊缝成形良好, 故控制好底板的焊接变形量尤为重要。而在焊接残余应力与残余应变共同作用下, 底板焊接可能会出现纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、波浪变形, 施工时需采取相应的工艺措施进行控制。

⑴采用刚性固定法, 将板材搭接铺设好后, 用工装卡具沿焊缝通长匀距地加以固定来限制焊接变形, 可有效地防止角变形和波浪变形。

⑵选择合理的装配焊接顺序, 从中心向两端先焊接短焊缝 (1) , 使钢板连成长条状, 然后再焊接通长的纵缝 (2) , 纵缝采用从中间向两端逐步退焊方法。焊接后利用手锤立即锤击焊缝区, 使之产生塑性变形, 抵消部分变形收缩量。焊接顺序示意图见图1。

3 储槽顶板的安装

在底板胎具上, 先组拼好储槽最上部的一圈壁板, 再组对卷制好的弧形角钢 (L65×6) , 然后进行顶板组装。

组装过程中焊工始终配合铆工点焊顶板的搭接缝。安装好后, 焊工多人同时对称施焊, 采用分段退焊法由中心往外侧施焊。

4 储槽壁板的安装

4.1 储槽壁板的预制

由于储槽直径大, 单张钢板无法满足每带壁板的周长, 需几张钢板接长拼接。

进行壁板预制时, 首先应根据工艺要求预留制作和安装的焊接收缩余量及切割余量4mm (其中切割量2mm、收缩余量2mm) , 用等离子切割机号料;然后用样冲打出基准中心线, 编好顺序号, 用砂轮磨光机打磨好纵缝坡口及环缝坡口, 坡口形式为单边V型坡口, 坡口均设置在壁板外侧。

紧接着, 用卷板机将钢板卷制成弧状, 卷制弧板前要将钢板找正, 使板与卷板机辊轴垂直, 卷圆时往下调整上辊的量要适当, 不能一次压下太多, 不断下压、滚动, 同时用圆弧样板检查复核, 直到卷至曲率半径符合要求为止;最后将卷好的弧板放在预先做好的胎具架上, 安装时用车拉到现场安装备用。

4.2 储槽壁板吊装前的准备

为确保储槽的圆度, 先用[16槽钢制作一个直径7.7m、周长24m胀圈 (详见图2所示) 。胀圈可以用来做储槽壁板组对时的撑圆用, 可减少或者避免壁板由于吊装所出现的变形, 且进行各带壁板组对时, 环缝位置不用打斜铁。

4.3 储槽壁板的分带吊装

采用倒装法进行储槽壁板的分带吊装。

首先, 进行顶板与最上部一圈壁板的组对。组对好顶板后, 利用起重机将预制好的弧板分片吊装至顶板接口部位。利用胀圈撑圆的端口将吊装的壁板点焊组对, 纵缝组对的间隙控制在1～2mm左右。点焊时要求点焊牢固, 保证在起吊过程中点焊焊缝不被撕裂。在制作场制作好最后一圈壁板与上顶板组成整体, 顶帽最后才组对焊接。

其次, 进行倒装装置的安装。在储槽底板上划好储槽的直径圆线, 且设置好限位板;将倒装立柱的底座板 (δ=10mm、直径1.5m) 放置在不锈钢底板上待用;利用16t吊机把制作好的顶部结构放到制作好的不锈钢底板上;接着把倒装立柱钢管 (φ3.77×6) 从做好的上顶板预留口放入, 并与预先放在底板上的立柱底座碳钢板焊接;再用不锈钢板与不锈钢储槽底板焊接以便卡好碳钢板;最后倒装立柱上端用3根钢丝绳拉好固定。

随后, 安装顶部结构四周的栏杆, 把盘梯倒装并焊接好, 这样作业人员就可以在顶部结构上安全地进行葫芦提升操作, 人员通过倒装的盘梯进行上下, 顺畅自如。

最后, 进行各带壁板的吊装。每组对一带壁板的弧板, 都要在倒装立柱钢管上焊接吊耳, 由专业焊工操作施焊, 保证起吊时焊缝的强度, 且都要预先计算好预拉提升的距离, 再确定焊接吊点的位置。循环重复以上壁板安装工序, 直至组装到最底圈壁板后, 利用起重机吊稳钢管, 再进行分段切割拆除, 切割成段的钢管由人孔安全清理出储槽。

4.4 储槽壁板的焊接

储槽的材质为奥氏体不锈钢0Cr18Ni9, 具有较好的塑性和高温性能, 焊接性良好;但由于其线胀系数大, 焊缝冷却时收缩应力大, 容易出现热裂纹, 故焊接时还应采取必要的焊接工艺措施进行控制。

考虑到现场作业, 选用操作方便灵活、适用性强的手工电弧焊。焊条选用A102不锈钢焊条, 直径Ф2.5mm或Ф3.2mm。

壁板外侧的V型坡口角度为600±100, 钝边1.5±0.5mm, 间隙预留2±0.5mm。

焊前先将坡口两侧各20mm范围内清理干净, 并涂上一层白垩粉, 以防止钢板表面被飞溅损伤。

采用直流反接电源, 短弧高速焊, 尽可能减少焊缝截面积, 焊条不做横向摆动。壁板外侧两层焊缝, 壁板内侧一层封底焊。打底层采用Ф2.5mm焊条, 焊接电流控制在50～80A;盖面层采用Ф3.2mm焊条, 焊接电流控制在90～130A。

焊接时, 先焊接纵缝, 纵缝两端预留约200mm留待最后焊, 再焊接环缝;环缝由四名焊工均布四周, 以相同的焊接工艺参数施焊。打底层焊接完毕后, 要注意进行层间焊接质量的检查, 发现有缺陷及时进行处理。在施焊过程中不得随意在壁板上引弧, 焊缝外观质量按二级焊缝要求进行控制。

焊接完毕后, 将所有对接口处的焊疤修平打磨, 割伤处进行补焊磨平。

5 储槽施工质量的检验

5.1 储槽底板的严密性试验

底板在施焊完毕后, 所有焊接接头及底板与底圈壁板间的角焊焊接头, 采用真空箱法进行严密性试验, 试验负压值不得低于53KPa, 结果为无渗漏合格。

5.2 储槽焊缝的无损检测

储槽底板焊缝焊好后, 全部进行渗透检测, 检测焊缝长度共计42m。

储罐壁板的纵向和环向对接焊接接头, 按JB/T4735-97《压力容器无损检测》进行局部射线探伤, 焊缝检测率为10%, 每道焊缝的10%不够一张的按一张片计算, 合计拍片142张, 均合格。

5.3 储槽的钝化、充水试验及基础沉降观测

储槽焊缝的钝化采用不锈钢清洗钝化膏, 共进行388m焊缝的钝化。

储槽施工完毕后, 进行了充水试验。充水高度为设计最高操作液位, 稳定时间为48h, 结果合格。

储槽充水试验的同时, 进行基础的沉降观测, 未发观超差沉降。

6 结论