浅谈储罐罐底的施工方法

　　锥型储罐罐底施工方法

　　目前我国各种立式圆柱形金属储罐的罐底，普遍为平地。自1980年以后，部分储罐的罐底采用了锥底的形式，且多在民航系统应用。平底储罐地板是基本上与地面成水平铺设的圆形平板，其中心部位略高于四周，约有i ＞ 0.01的坡度。锥底储罐的锥底是将储罐的罐底做成倒锥形，锥底中心做一个集油槽，四周向中心的坡度为i =0.04~0.05，如图1所示。与平底罐罐底的性能相比较，倒圆锥形罐底，具有利于排污、清洗，不易腐蚀损坏等特性，能有效地改善储油、排污条件，延长油罐使用寿命。但是，由于采用倒圆锥形罐底，铺设的罐底板与锥形基础面产生间隙；焊接过程中产生焊接应力变形，使油罐地板与锥形基础面之间间隙加大，容易引起施焊完毕的罐底总体变形超标。如何控制变形，是施工中要解决的关键问题。

　　这里我要讲的是16000m

　　3

　　油罐，它是单层双向子午线穹形网壳式内浮顶锥底油罐。它由罐底、9节壁板和单层双向子午线穹形网壳式罐顶组成；油罐直径为37.380m，高度为21.849m；罐体材质为Q235--A、16Mn、16MnR；罐体重量为320t/台。

　　该罐罐底是采用4%坡度的倒锥形罐底，锥高740mm。罐底由集油槽（规格为φ900mm）、中幅板（规格为9000mm×2400mm×8mm）和弓形边缘板（规格为1600mm×6500mm×10mm）组成。集油槽与中心带中幅板之间、中幅板之间及中幅板与边缘板之间采用搭接接头，中心带中幅板之间、边缘板之间采用加垫板的单面焊对接接头。底圈壁板与边缘板之间是丁字接头。罐底单台重75t。锥底罐底的排版结构如图2所示。

　　图2 锥底罐底排版结构

　　3 锥底储罐的罐底安装技术

　　由于罐底基础本身为锥形，铺设罐底板会形成“八卦”形，空鼓问题存在；焊接过程中不可避免的会产生焊接应力与变形，容易引起施焊完毕的罐底总体变形超标。为控制变形量，在罐底板选材规格、预制、组对、焊接和检验等方面要严格控制；同时为减小变形，还必须采用反变形法、控制焊接线能量、合理安排焊接顺序等措施。

　　3.1 罐底板规格的选用

　　罐底为倒圆锥形，钢板的长宽厚决定了空鼓的大小，罐底板的空鼓如图3所示。本文以板宽（板长和厚度对空鼓也有影响这里不作详述）为例介绍如何选择钢板宽度规格。因设计所提供的钢板尺寸有时与市场采购钢板规格有异，选变形最大处，用空鼓最大高度确定钢板最大宽度，验证本工程所用钢板规格，估算如下：

　　设钢板宽度为刚性，在锥顶处钢板与基础空鼓为AB=50mm，坡度i =0.04，则在Rt△ABC中，BC=50/0.04=1250mm。由视图I 可知，以B 为圆心，BC为半径做圆，则：BC=BD=BE

　　取DE为钢板最大宽度，则DE=2BC=1250×2=2450mm＞2400mm，所采用钢板宽度可行。

　　图3 罐底板空鼓

　　如选用宽度规格较小的钢板，板与锥形基础接触比较好、比较紧密，但是焊道增多工作量增大，焊接应力与变形相应增加，得不偿失；选用宽度规格较大的板，钢板与基础间有空鼓，但焊道减少、焊接应力与变形也相应减少；但是如果钢板幅面过大，铺设的钢板自身引起的空鼓将超过标准，不可采用。具体采用哪种板宽规格的钢板，需要计算并考虑变形来确定。

　　综合考虑各种因素，为减小罐底组焊时的工作量、焊接应力与变形改善罐底受力状况，减少焊缝及泄漏几率，罐底中幅板的宽度不易太窄。

　　3.2 底板的预制

　　底板的预制一般应符合下列要求：

　　（1）根据图纸及材料到货状况，绘制排板图。为补偿焊接收缩罐底排板直径应比设计直径大1~2/1000，本工程取2/1000。

　　（2）罐底中幅板和边缘板要求平整，局部凸凹度用1m长直线样板检查时，间隙小于4mm.

　　（3）边缘板沿罐底半径方向的最小尺寸应大于700mm。

　　（4）中幅板的宽度最小大于1m，长度最小大于2m。

　　（5）罐底弓形边缘板和中幅板使用气割人工切割下料，对接坡口采用机械加工，板的测量部位如图4所示，尺寸允许偏差见表1。

　　（6）罐底板上任意两个相邻焊接接头之间的距离，以及边缘板对接接头距底圈壁板综缝的距离应大于200mm。

　　（7）中幅板搭接宽度不小于五倍的底板厚度，且不得小于25mm，本工程取40mm。中幅板与边缘板的搭接宽度不得小于60mm，本工程取80mm。

　　3.3 锥形罐底板的组装

　　储罐安装前，按设计提供的锥形罐底基础施工及验收规范的规定进行验收，检验合格后方可进行安装。

　　（1）划线定位：根据罐底板的安装方向在锥形罐底基础上划出十字基准中心线（X轴、Z轴），作为中心带中幅板的安装基准线，以罐基础中心为圆心、按排板半径划出边缘板边缘组装线。

　　（2）中心带中幅板铺设、集油槽组装：根据中心的十字基准线，集油槽安装就位，中心带中幅板铺设就位，校核中心带中幅板长边与基准中心线是否重合，然后将罐中心的十字基准线返至中心带中幅板上做标记。

　　（3）中幅板的铺设：从中心带中幅板向外侧逐张铺设中幅板，以板边为基准测量搭接量。

　　（4）边缘板的铺设：根据排板图，先铺设清扫孔处的特殊边缘板，以清扫孔为起点向两个方向铺设，铺设完毕后调整各板之间间隙，合格后点焊。

　　（5）弓形边缘板的对接接头，采用不等间隙，外侧间隙为6.0~7.0mm，内侧间隙为8.0~12.0mm。

　　（6）罐底板搭接宽度允许偏差±5.0mm，搭接间隙不大于1.0mm，边缘板对接错边量不大于1.0mm，与垫板间隙不大于1.0mm。

　　（7）搭接街头三层钢板重叠部分，将上层底板切角，切角长度应为搭接长度的两倍，宽度为搭接长度的2/3。

　　罐底板铺设完毕，经检查合格后转入焊接工序。

　　3.4 锥形罐底板焊接

　　本工程锥形罐底直径37000mm，而钢板厚度为8mm属于大面积薄板焊接。焊缝多、而且又都是封闭型，加上只能单面焊所以焊接时很容易产生变形。除罐底的局部焊接变形予以防止和矫正外，变形最大的是罐底中部凸起，罐底变形示意如图5所示。如果罐底的中幅板和边缘板的所有搭接焊缝及对接焊缝全部焊完，再焊边缘板与底圈壁板之间的丁字焊缝，则由于角焊缝的收缩将造成很大的径向压力，使薄板向上凸起。凸起高度有时可高达0.5m以上，这种变形很难矫正。投入生产后，由于进出料时，罐所承受的压力变化很大，使它上下反复变形焊缝很快会疲劳开裂。其结果将会大大降低储罐的使用寿命，甚至造成严重事故。

　　为了减小锥形罐底的凸起变形，应采用正确的焊接顺序。原则是在焊边缘板与底圈壁板丁字焊缝时，它应能自由收缩且其收缩应力不应作用到中幅板上。为此，中幅板和边缘板应分别施焊，环状角焊缝焊好后再焊边缘板与中幅板之间的焊缝----收缩缝。中幅板焊接采用组块分区法施工，边缘板焊接采用对称隔缝施焊法施焊。

　　3.4.1 焊接程序

　　集油槽与相邻中心带中幅板组装焊接→其它中幅板、边缘板铺设→边缘板焊接→探伤 →幅板焊接→罐壁与罐底角焊缝焊接→剩余焊缝焊接→真空试漏。

　　3.4.2 罐底板焊接顺序

　　罐底板焊接时分四个区同时进行，每个区采用手工分段退步法或分段顺向跳焊法施焊；焊道总体走向从中心向外侧。先焊短焊缝，后焊长焊缝，最后焊十字交叉缝。罐底板焊接顺序如图6所示。

　　图6 锥底罐底板焊接顺序

　　3.4.3 集油槽与中心带中幅板、罐底中幅板与中幅板之间的搭接焊缝焊接程序

　　（1）集油槽与中心带中幅板的焊接：2个焊工采用对称分段退步法施焊。

　　（2）短缝、长缝的焊接：短缝焊接时，初层、盖面焊道采用分段退焊；第一层分段长度为0.6m左右，第二层分段长度为0.8m左右；长缝焊接时，第一层分段长度为1.2~1.5m左右，第二层分段长度为1.7~2.0m左右.

　　（3）在焊接短缝时，将长缝的定位焊铲开，用定位卡具固定中幅板长缝。

　　（4）焊接长缝时，由中心开始向外侧分段退焊，焊至距边缘板500mm时止，焊缝暂时不焊留做收缩焊缝。

　　（5）每个区焊接完毕后（预留收缩缝除外），再焊中心十字交叉焊缝（先焊0°~180°、再焊90°~270°反之亦可），焊接方法同上。

　　（6）为确保焊缝成型质量，控制焊接线能量，中幅板焊缝焊接使用φ3.2mm焊条施焊，焊接2遍；所有长焊缝焊接时，在垂直焊缝方向适当布置反变形设施。

　　（7）在罐底与罐壁连接的角焊缝焊完后，中幅板与边缘板之间的收缩缝施焊前，完成剩余的中幅板焊缝的焊接。

　　3.4.4 边缘板、中心带中幅板对接焊缝焊接程序

　　（1）对接焊缝焊接：采用焊工均匀分布，对称施焊法。采用反变形措施，组对时在焊口下部垫φ25mm钢管，分段顺向跳焊，分段长度350mm，焊接完毕将钢管撤除。

　　（2）边缘板先焊靠外边缘300mm部位的焊缝，由罐内中心向外施焊，对接缝外端宜加引弧板，焊接采用隔缝对称施焊法；每一对接焊缝的剩余部分不再进行定位点焊，作为收缩缝预留。

　　（3）在罐底与罐壁连接的角焊缝焊完后，边缘板与中幅板之间的收缩缝施焊前，完成剩余的边缘板对接焊缝的焊接。

　　3.4.5 罐底与罐壁连接的角焊缝的焊接，按下列程序进行：

　　（1）先焊内侧，后焊外侧。

　　（2）采用分段退焊法，焊工对称均布，沿同一方向等速施焊；第一层焊接采用φ3.2mm焊条分段退焊，分段长度2.0m左右；其余各层焊接时可采用φ4.0mm焊条沿同一方向连续施焊。

　　（3）罐底角焊缝焊接前，在罐壁内、外侧与罐底板间安装斜撑，防止焊接变形，间距为300~500mm。

　　（4）角焊缝焊接完成后，方可松开胀圈。

　　3.4.6 收缩缝焊接

　　最后进行罐底板预留收缩缝的焊接，先焊边缘板径向收缩缝和中幅板剩余收缩缝，然后拆除边缘板与中幅板之间的定位销子，进行环向收缩焊缝的焊接；焊工沿周向对称均布，第一编焊接采用φ3.2mm焊条分段退焊，分段长度2.0m左右，然后采用φ3.2mm焊条沿同一方向连续施焊。

　　3.5 质量检查

　　在施工过程中，自罐底板组装到焊接完成，组装、焊接各工序都进行了标高监测，其结果均在偏差之内。

　　4 结论

　　组焊完毕的锥形罐底用水平仪检查，复核各点标高值，其偏差均小于2%L，且不大于50mm，能够满足施工规范要求和设计文件要求，达到一次成功。

　　5 结束语

　　在单层双向子午线穹形网壳式内浮顶锥底油罐施工中，由于储罐锥形罐底设计的本身特点，其安装也就具有一定的特性，本文旨在与广大同行共同商榷施工现场的常规安装方法问题，以起到抛砖引玉的作用。

　　图2 锥底罐底排版结构

　　图3 罐底板空鼓

　　图6 锥底罐底板焊接顺序