- 相關(guān)推薦
浮頂儲罐
1 前 言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，能源消耗急劇增長，石油和成品油的需求劇增。目前我國已變成石油進(jìn)口大國，石油已成為國家重要的戰(zhàn)略物資，它直接關(guān)系到我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定和國家安全，增加原油儲備迫在眉睫，因此，我國對國家石油儲備庫和成品油庫的建設(shè)給予了高度重視，我國規(guī)劃中到2010年將建成數(shù)千萬立方米的石油戰(zhàn)略儲備能力，分期進(jìn)行建設(shè)，大連國家石油儲備庫30臺10萬罐群已開始建設(shè)，我國大型儲罐的施工建設(shè)進(jìn)入了一個新的高速發(fā)展期。
大型立式鋼制儲罐是石油化工行業(yè)非常重要的儲運(yùn)設(shè)備，越來越多地用于原油、成品油等儲運(yùn)工程。焊接是儲罐建造的主要工序，對儲罐的施工質(zhì)量具有決定性意義。儲罐的類型有很多，但在各類油庫的建造中，廣泛應(yīng)用的是大型立式鋼制圓筒形拱頂儲罐和浮頂儲罐，它引領(lǐng)著當(dāng)今大型儲罐建造技術(shù)的第一文庫網(wǎng)發(fā)展。本文以此為例，在簡要介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝方法的基礎(chǔ)上，分析大型儲罐焊接技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。僅供交流參考。
2 儲罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與安裝方法
儲罐有很多種類，按其形狀可分為立式、臥式和球形儲罐；按容積有大型和小型的區(qū)別（大型儲罐是指公稱容積為100～30000平底、固定頂儲罐和公稱容積為1萬以上浮頂儲罐；小型儲罐大多是公稱容積小于100的儲罐，一般為臥式的小型容器）。在各類大型儲罐中，絕大多數(shù)是建在地上的，用于儲運(yùn)原油、成品油、液態(tài)化工產(chǎn)品及水等其它液體的立式圓筒形鋼制儲罐。
立式圓筒形鋼制儲罐由罐底、罐壁和罐頂及附件等部分構(gòu)成，按罐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)可分為：無力矩頂儲罐、拱頂儲罐、錐頂儲罐、浮頂儲罐和內(nèi)浮頂儲罐等，其中以拱頂儲罐（包括內(nèi)浮頂拱頂儲罐）和浮頂儲罐應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)成熟。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與安裝方法如下：
2.1 儲罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.1.1 拱頂儲罐的結(jié)構(gòu)
拱頂儲罐是指罐頂為球冠狀，罐體為圓柱形的一種容器，其結(jié)構(gòu)見圖1所示。拱頂儲罐除了罐頂板的制作較復(fù)雜外，其他部位的制作較容易，造價較低，故在國內(nèi)外石油化工部門應(yīng)用較為廣泛。國內(nèi)最大容積的拱頂罐為3萬網(wǎng)殼拱頂儲罐，最常用的容積為1萬或再小些。
（1）罐底：由多塊薄鋼板拼裝而成，其排列方式一般由設(shè)計給定。罐底中部鋼板稱為中幅板，采用搭接焊縫形式；周邊的鋼板稱為邊緣板（邊板），要采用對接焊縫形式。邊緣板可采用條形板，也可采用弓形板，依儲罐的直徑、容量及與底板相焊接的第一節(jié)壁板的材質(zhì)而定。
（2）罐壁：由多圈鋼板組對焊接而成，鋼板厚度沿罐壁的高度自下而上逐漸減少，最小厚度為4～6mm。目前，由于安裝工藝的進(jìn)步，罐壁板主要采用對接焊縫形式，已很少采用搭接。罐壁板底部與罐底板采用角接焊縫形式，雙面連續(xù)焊接。
（3）罐頂：由多塊厚度為4～6mm的壓制薄鋼板和加強(qiáng)筋（通常用角鋼或扁鋼）組成的扇形罐頂板構(gòu)成，或由構(gòu)架和薄鋼板構(gòu)成，各扇形罐頂板之間采用搭接焊縫。
2.1.2 內(nèi)浮頂儲罐的結(jié)構(gòu)
內(nèi)浮頂儲罐是在拱頂儲罐內(nèi)部加上一個浮動頂蓋，使儲液與空氣隔離，減少蒸發(fā)和污染。其結(jié)構(gòu)見圖2所示，除了多一個內(nèi)浮頂之外，其它與拱頂儲罐結(jié)構(gòu)基本相同。
2.1.3浮頂儲罐的結(jié)構(gòu)
浮頂儲罐是由浮在罐內(nèi)液體介質(zhì)表面的浮頂和立式圓筒形罐壁、罐底及附件所構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)見圖3和圖4所示。浮頂直接浮在液面上，隨著罐內(nèi)儲液量的增加或減少而上下浮動。浮頂儲罐的容積都比較大，國外已建成容積為20萬的巨型儲罐，我國最大的儲罐容積為1
2.5萬。
（1）罐底：浮頂儲罐的罐底排板方式與拱頂儲罐基本相同，但邊緣板不采用條形板。對于10萬及以上浮頂儲罐的罐底中幅板，采用帶墊板的對接焊縫形式。
（2）罐壁：采用對接焊縫，焊縫內(nèi)表面要打磨光滑，防止劃損浮頂密封裝置。浮頂儲罐上部為敞口，為增加壁板剛度，提高抗風(fēng)載能力，罐壁頂部需設(shè)置抗風(fēng)圈和加強(qiáng)圈。
（3）浮頂：常見的結(jié)構(gòu)形式是單盤式和雙盤式。單盤式浮頂是由環(huán)形船艙和圓形單盤頂板所構(gòu)成。雙盤式浮頂是由上盤板、下盤板和環(huán)形船艙所組成，均由鋼板拼焊而成。
2.2 儲罐的安裝方法
大型立式儲罐主體安裝方法有正裝法和倒裝法兩種。正裝法是指以罐底為基準(zhǔn)平面，罐壁板從底層第一節(jié)開始，逐塊逐節(jié)向上安裝。倒裝法是指以罐底為基準(zhǔn)平面，先安裝頂圈壁板和罐頂，然后自上而下，逐圈壁板組裝焊接與頂起，交替進(jìn)行，依次直到底圈壁板安裝完畢。國外施工企業(yè)大都采用正裝法；國內(nèi)企業(yè)大都是拱頂儲罐采用倒裝法，浮頂儲罐采用正裝法。
2.2.1拱頂儲罐的安裝方法
拱頂儲罐是最常見的固定頂儲罐，國內(nèi)普遍采用倒裝法安裝。正裝法除了用于組裝某些特殊結(jié)構(gòu)的拱頂儲罐外，在普通的立式拱頂儲罐施工中極少采用。實(shí)際應(yīng)用的倒裝法有中心柱提升、空氣頂升、手動倒鏈起升、電動倒鏈群體起升、液壓提升等多種倒裝法。目前，采用較
多的是手動倒鏈起升和電動倒鏈群體起升倒裝法，液壓提升倒裝法正在逐步推廣。
2.2.2浮頂儲罐的安裝方法
5萬及以上大型浮頂儲罐的安裝主要采用正裝法，其優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用大型吊裝設(shè)備，加大預(yù)制深度，易于掌握，便于推廣儲罐的自動焊接技術(shù)，其缺點(diǎn)則是要求有較大的施工場地，技術(shù)難度大，高空作業(yè)多，不安全等。2萬及以下大型浮頂儲罐也有施工企業(yè)采用倒裝法。
3 儲罐的焊接工藝程序
儲罐建造對焊接的質(zhì)量要求是：焊接強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求，焊接變形控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，焊縫外觀及內(nèi)在質(zhì)量符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等。
3.1 拱頂儲罐的焊接程序
3.1.1罐底板的焊接
（1）罐底中幅板為搭接焊縫，采用焊條電弧焊施焊。先焊短焊縫，后焊長焊縫。焊接長焊縫時，由中心開始向兩側(cè)分段退焊。
（2）邊緣板焊接，采用焊條電弧焊施焊。先焊外邊緣300mm部位的焊縫，外端加引弧板，由罐內(nèi)向外施焊，采用隔縫對稱施焊法，焊工對稱均布。
（3）焊接順序?yàn)椋哼吘壈逋?00mm焊接(在第一圈壁板安裝之前焊完) → 罐底中幅板焊接 → 邊緣板焊接（待大角縫焊接完） → 龜甲縫（指罐底邊緣板與中幅板之間焊縫）焊接。
3.1.2壁板對接焊縫的焊接
（1）先焊縱焊縫，后焊環(huán)焊縫。當(dāng)焊完相鄰兩圈壁板的縱焊縫后，再焊其間的環(huán)焊縫；先焊外側(cè)焊縫，后焊內(nèi)側(cè)焊縫，在焊接內(nèi)側(cè)前，應(yīng)清焊根(使用碳弧氣刨清根并砂輪打磨)。
（2）壁板縱縫焊接：采用焊條電弧焊或氣體保護(hù)焊工藝，分段退焊。壁板縱縫下端留出50～100mm，在環(huán)縫組對后焊接。
（3）壁板環(huán)縫焊接：主要采用焊條電弧焊，多層多道焊。對于板厚1Omm以上的環(huán)縫，也可采用埋弧自動橫焊工藝，由多臺焊機(jī)沿罐壁圓周對稱均布（參見圖6），同一方向施焊。自動焊前，內(nèi)側(cè)用焊條電弧焊進(jìn)行封底焊接。
3.1.3大角縫焊接
（1）大角縫（指底圈罐壁與罐底邊緣板之間角焊縫）應(yīng)在壁板焊縫全部焊接完、龜甲縫焊接前進(jìn)行焊接。先焊內(nèi)側(cè)焊縫，后焊外側(cè)焊縫。
（2）焊條電弧焊施焊時，采用分段退焊法，焊工對稱均布，沿同一方向施焊；當(dāng)采用自動焊時，多臺焊機(jī)應(yīng)沿罐圓周均布，同一方向施焊。
3.1.4拱頂組裝焊接
罐頂為分片組裝，搭接焊縫采用焊條電弧焊施焊，先焊內(nèi)側(cè)焊縫，后焊外側(cè)焊縫。拱頂外側(cè)徑向的長焊縫，由多名焊工均布，采用隔縫對稱施焊方法，由中心向外分段退焊。
3.2 浮頂儲罐的焊接程序
3.2.1罐底板的焊接
與拱頂儲罐罐底的焊接程序基本相同。但當(dāng)罐底中幅板為帶墊板對接焊縫時，一般采用焊條電弧焊或CO2氣體保護(hù)焊打底、埋弧自動焊或碎絲填充埋弧自動焊蓋面焊接工藝。打底焊采用分段退焊法；自動焊蓋面焊接采用隔縫同向焊。
3.2.2壁板對接焊縫的焊接
（1）與拱頂儲罐壁板對接焊縫的焊接順序基本相同。
（2）壁板縱縫焊接：見圖5所示，壁板厚度1Omm以上縱縫采用氣電立焊工藝，自下向上焊，縱縫上端加熄弧板。小于25mm的壁板為V型坡口，可一次焊接成型；25mm及以上縱縫為X型坡口，雙面焊接。為防止焊接熔池內(nèi)的鐵水從下部流失，焊接前需在第一節(jié)壁板縱縫下端300mm和其它各圈縱縫下端50～70mm范圍采用焊條電弧焊焊接一段作為托底焊道。壁板厚度1Omm以下縱縫采用焊條電弧焊或CO2氣體保護(hù)焊。
（3）壁板環(huán)橫縫焊接：壁板厚度1Omm以上環(huán)縫，采用埋弧自動橫焊工藝，K型坡口，多層多道雙面焊，由多臺埋弧橫焊機(jī)沿罐壁圓周對稱均布，同一方向施焊，見圖6所示。壁板環(huán)縫在罐內(nèi)側(cè)坡口點(diǎn)焊，組對間隙大于1mm時，內(nèi)側(cè)進(jìn)行封底焊接。
3.2.3大角縫焊接
大角縫焊接在第三～四（或二～三）圈壁板焊縫全部焊接完、龜甲縫焊接前進(jìn)行。其余與拱
頂儲罐大角縫的焊接程序基本相同
3.2.4浮頂焊接
（1）浮頂?shù)装鍨閹О褰Y(jié)構(gòu)，呈“人”字形排布，為搭接接頭形式，采用焊條電弧焊或半自動CO2氣體保護(hù)焊。施焊原則與罐底基本相同。
（2）焊接順序：浮頂?shù)装?→ 中間環(huán)板、外邊緣板 → 隔板 → 浮頂框架、桁架 → 由中心向四周逐艙焊接 → 浮頂頂板 → 支柱套管、附件。
4 儲罐焊接技術(shù)現(xiàn)狀
國內(nèi)外在大型浮頂儲罐的建造中，罐體普遍采用自動焊工藝，技術(shù)已相當(dāng)成熟。我國在上世紀(jì)80年代初就引進(jìn)了大型儲罐自動焊接技術(shù)及設(shè)備，部分技術(shù)裝備也實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。但在拱頂儲罐的施工中，國內(nèi)主要采用的焊條電弧焊，自動焊應(yīng)用較少。目前，儲罐施工應(yīng)用最多的焊接方法是焊條電弧焊和埋弧自動焊（包括橫焊、平焊、角焊），其次是CO2氣電立焊。此外，實(shí)芯或藥芯焊絲的CO2/MAG氣體保護(hù)自動焊和半自動焊也得到應(yīng)用，但應(yīng)用范圍還比較窄。
4.1儲罐的焊條電弧焊
國內(nèi)拱頂儲罐的焊接目前仍以焊條電弧焊為主，尤其是1萬及以下儲罐的焊接，各施工單位普遍采用。其主要原因是：這類儲罐鋼板相對較薄，且多采用倒裝法組裝，采用焊條電弧焊不僅施工方便、靈活，而且焊接變形小，焊接設(shè)備成本投入低，輔助工作量小。與自動焊相比，總體經(jīng)濟(jì)效益較好，但人員投入多，勞動強(qiáng)度大，人員成本高。
對于大型浮頂儲罐的焊接施工，焊條電弧焊仍占有很大的比例，尤其浮頂焊縫、壁板的點(diǎn)固以及附件的焊接等，自動焊還不能代替焊條電弧焊。
4.2 儲罐的埋弧自動焊
埋弧自動焊是大型儲罐建造中應(yīng)用最早的自動焊方法。主要應(yīng)用在正裝法施工的浮頂儲罐的
罐壁環(huán)焊縫，罐底對接焊縫和大角縫等方面。近年來，國內(nèi)一些科研單位和技術(shù)開發(fā)公司，在借鑒正裝儲罐自動焊技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了倒裝儲罐自動焊設(shè)備及工藝，國內(nèi)一些主要儲罐施工企業(yè)相繼引進(jìn)并積極推廣應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)，焊接倒裝拱頂儲罐罐壁環(huán)焊縫，取得了較好效果。
4.2.1 普通型倒裝儲罐埋弧自動橫焊裝置
拱頂儲罐的埋弧自動橫焊主要應(yīng)用在罐壁的環(huán)焊縫，焊接效率高，是焊條電弧焊的4倍。但這種方法適合10mm以上中厚板，當(dāng)板較薄時，一是焊縫收縮變形較大，儲罐環(huán)焊縫形成比較明顯的掐腰，二是焊縫要采用焊條電弧焊或CO2半自動焊進(jìn)行打底后，焊縫剩余焊接量較少，采用自動橫焊不經(jīng)濟(jì)，效率沒有明顯的提高。
圖7是中石油工程技術(shù)研究院研制的倒裝儲罐環(huán)焊縫專用的埋弧自動橫焊機(jī)（普通型）。它由焊接電源、自動送絲機(jī)、焊接機(jī)頭、焊接行走機(jī)架及控制箱、焊劑循環(huán)系統(tǒng)、軌道等部分組成。各個部分合理地集成在焊接行走機(jī)架上，電氣綜合控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)各部分統(tǒng)一工作。操作時，在儲罐基礎(chǔ)四周鋪設(shè)一條與罐壁板環(huán)縫平行的圓形軌道，橫縫自動焊裝置置于軌道之上，并靠著罐壁板沿軌道行走，啟動焊機(jī)，進(jìn)行焊接。
（l）焊接電源 儲罐環(huán)縫采用細(xì)絲埋弧焊工藝，焊絲直徑為φ2.0～3.2mm，焊接電流不宜過大，因此，可以選擇額定電流為600～800A的焊接電源，如林肯公司的DC－600可控硅多用途直流弧焊電源，它具有恒壓和恒流特性外，還具有焊條電弧焊和碳弧氣刨所需的下降外特性，可以充當(dāng)儲罐施工多面手，提高設(shè)備的利用率，降低成本。在施工現(xiàn)場，要制作專用的電焊機(jī)房放置焊接電源，配置配電箱和漏電保護(hù)裝置，作好防風(fēng)防雨措施。根據(jù)儲罐現(xiàn)場的具體條件，連接焊接電源與機(jī)架之間的焊接和控制電纜長度應(yīng)為50～100m。
（2）焊接機(jī)頭和對中裝置 埋弧焊機(jī)頭與機(jī)頭位置調(diào)節(jié)器一起安裝在焊接機(jī)架上，具有上下左右調(diào)節(jié)功能。操作者在焊接過程中隨時調(diào)節(jié)焊槍位置，保證焊接對中，滿足橫焊縫多層多道焊接工藝的要求。由于軌道的水平度與罐體的同心度不易保證，所以該裝置采用光斑式跟蹤方法，即：焊接前，在距被焊環(huán)縫上部一定距離，畫一條與被焊環(huán)縫平行的細(xì)線，并在焊接機(jī)頭上安裝跟蹤用光斑燈。焊接過程中，焊工通過手工上下調(diào)節(jié)機(jī)頭調(diào)節(jié)器，使光斑跟蹤此細(xì)線，實(shí)現(xiàn)焊接對中。
（3）焊接行走機(jī)架和軌道 焊接行走機(jī)架由型鋼、鋼管制作，并配有升降調(diào)整機(jī)構(gòu)及驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)與底板裝配，升降調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)焊接機(jī)頭和焊劑托架位置，以適應(yīng)不同板幅的焊接施工（倒裝罐自動橫焊適應(yīng)的板幅，一般在1400～2400mm之間即可）。在罐基礎(chǔ)外圍安裝環(huán)形軌道供機(jī)架行走，軌道由三角架、調(diào)節(jié)螺栓和環(huán)形路軌（一般用角鋼或扁鋼制作）組成，驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動焊接機(jī)架行走，機(jī)架的行走速度即是焊接速度。
（4）焊劑循環(huán)系統(tǒng) 焊劑循環(huán)系統(tǒng)多采用吸壓式焊劑回收器。安裝在機(jī)架頂部，焊接前先
將焊劑桶吸滿焊劑。焊接中，焊劑托輪靠機(jī)架自身的重量緊貼壁板，隨著焊接機(jī)架的行走，焊劑依靠重力作用沿導(dǎo)管下落到焊劑托帶上的焊接電弧區(qū)，實(shí)現(xiàn)對電弧的保護(hù)。托帶上剩余的焊劑下落到機(jī)架下部的焊劑箱中，焊接后，再吸入焊劑桶中，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。由于焊接機(jī)頭與焊劑桶都處于機(jī)架上部，焊劑輸送管長度短，管內(nèi)焊劑的重力無法克服焊劑桶內(nèi)的負(fù)壓作用，所以，焊劑的回收和輸送不能做到同步。
4.2.2 帶有自動跟蹤的倒裝儲罐埋弧自動橫焊裝置
上述的普通型倒裝儲罐埋弧自動橫焊裝置，在實(shí)際使用中主要存在以下兩個問題：
（1）焊接對中不易控制，容易跑偏。因?yàn)槭┕r，環(huán)形軌道不僅要承擔(dān)操作人員和自動焊設(shè)備的自重，而且還要作為儲罐施工的工作平臺，雖然軌道有足夠的剛度，但因?yàn)檩^長，施工過程中，軌道水平度經(jīng)常出現(xiàn)較大誤差，軌道與所焊環(huán)縫很難保證平行，所以必須解決焊接過程的焊縫對中問題。圖7橫焊裝置所采用的焊縫對中方式實(shí)際應(yīng)用不太理想，一是畫線有誤差，二是焊工的注意力過度集中，易疲勞，經(jīng)常出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。
（2）焊接過程中，焊劑沒有實(shí)現(xiàn)回收/送給的自動循環(huán)，容易造成焊劑浪費(fèi)，操作較麻煩。 為解決以上兩個問題，2004年大慶石油管理局立項(xiàng)開展了“可自動跟蹤的倒裝儲罐埋弧自動橫焊機(jī)”研制工作，目前已成功研制出了樣機(jī)，申報了國家專利。它與上述的普通型倒裝儲罐埋弧自動橫焊裝置的主要不同如下：
（1）研制了接觸式焊接自動對中裝置，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。該裝置成本低，跟蹤精度高，使用簡便、可靠。
（2）改進(jìn)了焊劑回收和送進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了焊劑的輔助自動循環(huán)利用。
（3）焊接機(jī)頭和焊劑托架系統(tǒng)不僅可以上下調(diào)整，而且也可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，運(yùn)輸和使用安全、方便。
4.2.3 正裝儲罐環(huán)焊縫的埋弧自動橫焊裝置
大型浮頂儲罐由于壁板較厚，焊接量大，非常適合自動焊，所以各施工單位普遍采用埋弧自動橫焊工藝進(jìn)行罐壁板環(huán)縫的焊接。目前所使用的焊接設(shè)備多數(shù)為國外進(jìn)口。近年來，國內(nèi)一些公司開發(fā)出了一些不同型號的正裝儲罐環(huán)焊縫埋弧自動焊機(jī)，但結(jié)構(gòu)原理與國外設(shè)備基本相同，而且焊接電源與送絲機(jī)構(gòu)大都選用國外產(chǎn)品。浮頂儲罐所使用的自動焊設(shè)備與倒裝儲罐用的自動焊設(shè)備在其工作原理和系統(tǒng)組成方面是相同的，但結(jié)構(gòu)上有以下主要區(qū)別：
（1）行走驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝在行走框架的上部。焊接時，焊接機(jī)架通過行走機(jī)構(gòu)懸掛在罐壁板上端，并以壁板上端作為焊接行走軌道，焊縫對中容易。由于偏心作用，焊劑托送機(jī)構(gòu)將被緊貼在壁板上。圖8所示為正裝儲罐環(huán)縫埋弧自動橫焊示意圖。
（2）焊劑實(shí)現(xiàn)了回收/送給自動循環(huán)。由于所采用的負(fù)壓式焊劑桶安裝在機(jī)架頂部，焊接部位在機(jī)架的下部，兩者距離很容易控制在1.6m以上，所以焊劑回收器向上吸焊劑的同時，筒內(nèi)的焊劑可以依靠重力作用沿導(dǎo)管下落到焊劑托帶上，形成自動循環(huán)。而倒裝儲罐自動焊裝置不易實(shí)現(xiàn)。
（3）機(jī)架一般制作成伸縮式，來適應(yīng)不同的板寬需要，且機(jī)架整體較倒裝儲罐自動焊體積大。
（4）先焊接焊縫外側(cè)，外側(cè)焊接結(jié)束后，即進(jìn)行內(nèi)側(cè)焊前處理；采用同樣的焊接方式焊接內(nèi)側(cè)。倒裝儲罐內(nèi)側(cè)則不能進(jìn)行自動焊接。
為減少焊接機(jī)架的內(nèi)外吊裝次數(shù)，提高焊接效率，目前一些開發(fā)公司研制出了雙面焊正裝儲罐環(huán)焊縫埋弧自動焊機(jī)，一套裝置，內(nèi)外各設(shè)置了一套焊接系統(tǒng)。
4.2.4 罐底板的埋弧自動焊
埋弧自動焊用于儲罐底板的焊接，主要是針對對接接頭（包括對接式中幅板、對接式龜甲縫）、搭接接頭（搭接式中幅板）和罐底大角縫（邊板與壁板的角焊縫）等。
罐底板對接接頭的焊接有兩種焊接工藝：一種是普通埋弧自動平焊，見圖9所示。另一種是碎絲填充埋弧自動平焊，見圖10所示。碎絲填充埋弧自動平焊在焊接前，先在坡口內(nèi)放置一定厚度的碎焊焊絲，以提高焊接熔敷速度。
埋弧自動焊進(jìn)行罐底板的焊接時，由于自動焊的熱輸人比較高，穿透力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于手工焊，雖然罐底板接頭下都有墊板，但也很容易焊穿，所以自動焊接之前，必須進(jìn)行手工焊封底。 罐底大角縫的埋弧自動焊接，其工作原理見圖11所示。焊接小車依靠行走在罐底邊緣板上的三個支撐輪支撐，依靠緊貼罐壁的兩對磁吸附輪定位并驅(qū)動行走，進(jìn)行焊接。搭接接頭的罐底也可采用此方法進(jìn)行焊接。
4.3 浮頂儲罐的氣電立焊
氣電立焊是由普通熔化極氣體保護(hù)焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法，焊縫一次成形，是一種高效焊接技術(shù)。它利用類似于電渣焊所采用的水冷滑塊擋住熔融的金屬，使之強(qiáng)迫成形，以實(shí)現(xiàn)立向位置的焊接。通常采用外加單一氣體（如CO2）或混合氣體（如Ar＋CO2）作保護(hù)氣體。在焊接電弧和熔滴過渡方面，氣電立焊類似于普通熔化極氣體保護(hù)焊（如CO2焊，MAG焊），而在焊縫成形和機(jī)械系統(tǒng)方面又類似于電渣焊。圖12所示為典型的氣電立焊原理圖，其焊接過程如下：
（1）焊接時，罐壁板的背面要墊上玻璃帶和水冷銅襯墊，焊縫表面采用滑動水冷銅塊；
（2）彎曲成形的焊槍深入到由滑動水冷銅塊和水冷銅襯墊所圍成的坡口內(nèi)，并沿板厚方向進(jìn)行簡諧振動，振動頻率為50～80次/分往復(fù)；
（3）焊絲采用φ1.6mm的氣電立焊用藥芯焊絲；焊絲的干伸長度保持在40mm左右；
（4）保護(hù)氣體采用100%的CO2，從滑動水冷銅塊上部的套管內(nèi)導(dǎo)入；
（5）焊槍、滑動水冷銅塊和簡諧振動裝置都隨焊接的進(jìn)行而同步自動上升。
氣電立焊通常焊接的板材厚度在12～80mm最適宜。單面焊厚度一般在25mm以下，帶擺動時可焊接到35mm左右，超過35mm應(yīng)采用雙面焊。當(dāng)板材厚度大于80mm時，難獲得充分良好的保護(hù)效果，導(dǎo)致焊縫中產(chǎn)生氣孔、熔深不均勻和未焊透。大型浮頂儲罐的壁板厚度一般在10～40mm之間，并且采用正裝法，氣電立焊非常適合。
目前，氣電立焊在大型立式浮頂儲罐建造中被廣泛應(yīng)用，主要焊接壁板的縱縫。它焊接生產(chǎn)率高，質(zhì)量好，成本低。其焊接速度約是藥芯焊絲氣體保護(hù)自動立焊的1.5倍，是焊條電弧焊的15倍。氣電立焊采用的坡口角度比之其他焊接方法要小得多，其熔敷效率相當(dāng)高，非常節(jié)約焊材。相同條件下，其焊材的用量只有MAG焊的三分之一，是一種非常有潛力的焊接方法。
4.4 儲罐的CO2半自動焊
熔化極CO2氣體保護(hù)焊在20世紀(jì)70年代末期就開始應(yīng)用于大型儲罐的焊接，最初主要應(yīng)用在角焊縫上。近年來，國內(nèi)一些施工單位將CO2半自動焊應(yīng)用到儲罐的罐底板、壁板、罐頂板、浮頂和附件等部位的焊接施工中，均取得了較好效果。不僅焊縫美觀，質(zhì)量好，變形小，而且減少了打磨量，效率高，在儲罐施工中應(yīng)進(jìn)一步推廣。
儲罐的CO2半自動焊主要采用實(shí)芯焊絲，成本低，但也有采用藥芯焊絲的，以進(jìn)一步提高焊接效率。但CO2焊對風(fēng)非常敏感，施工現(xiàn)場常年存在風(fēng)的襲擾，因此野外使用時，焊接
區(qū)域需增加防風(fēng)設(shè)施。另外，CO2焊的輔助機(jī)具較多，搬運(yùn)麻煩，增加了輔助工作量，特別是高空作業(yè)不適用。
4.5 拱頂儲罐的CO2氣體保護(hù)自動焊
拱頂儲罐壁板較薄，且采用倒裝法安裝，縱縫不適合CO2氣電立焊。近年來，國內(nèi)一些施工單位嘗試采用CO2氣體保護(hù)自動焊進(jìn)行中薄板拱頂儲罐壁板縱縫的焊接。與焊條電弧焊相比，可提高工效2倍，但應(yīng)用不是很普遍。
CO2氣體保護(hù)自動立焊機(jī)由焊接電源、自動送絲機(jī)、焊接小車及軌道、供氣系統(tǒng)和行走機(jī)架等部分組成。各個部分合理地集成在焊接機(jī)架上，將機(jī)架進(jìn)行整體封閉防風(fēng)，并與環(huán)縫埋弧自動橫焊機(jī)共用一條圓形軌道。操作時，機(jī)架置于軌道之上，并靠著罐壁板沿軌道行走至被焊立縫處，然后安裝焊接軌道，并使之與縱縫平行，在焊接軌道上安裝焊接小車，啟動焊機(jī)，進(jìn)行焊接。焊接小車在立式儲罐上的安裝結(jié)構(gòu)如圖13。立焊機(jī)操作室如圖14所示。
在實(shí)際使用時，焊接電源和氣瓶可以安置在操作室內(nèi)，也可安置在專門制作的電焊機(jī)房內(nèi)，并配置配電箱和漏電保護(hù)裝置，但連接焊接電源與機(jī)架之間的焊接和控制電纜的長度應(yīng)達(dá)到50m。
（1）焊接電源可選用CO2氣體保護(hù)焊專用電源或多功能電源，送絲機(jī)應(yīng)選擇推絲式送絲機(jī)。
（2）焊接小車是實(shí)現(xiàn)自動焊接過程的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，它安裝在焊接軌道上，帶著焊槍沿罐壁上下運(yùn)動，是實(shí)現(xiàn)罐壁自動立焊的重要環(huán)節(jié)之一。核心部分是行走機(jī)構(gòu)和焊槍擺動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。它的焊槍姿態(tài)（即焊槍的位置）應(yīng)能在立式儲罐的環(huán)向、軸向、徑向上調(diào)整，還應(yīng)能在立式儲罐橫截面和縱截面內(nèi)調(diào)整角度。擺動機(jī)構(gòu)可使焊槍按直線形、鋸齒形、梯形、矩形等波形擺動，通過對其參數(shù)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)各種擺動方式，以滿足焊接工藝的要求。焊接小車應(yīng)體積小、重量輕、操作方便。目前，國內(nèi)外開發(fā)出的多種型號的焊接小車均可用于儲罐縱縫的焊接。
（3）軌道是通過某種方式（如永久磁鐵、電磁鐵）吸附在罐壁上供焊接小車行走和定位的專用機(jī)構(gòu)。軌道的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量直接影響到焊接小車行走的平穩(wěn)程度和位置的準(zhǔn)確性，即影響到焊縫質(zhì)量及外觀成形。可采用鋁合金剛性軌道。
（4）立焊機(jī)操作室可以自行設(shè)計制作。要做到既要保證人員和設(shè)備的安全，又要防風(fēng)，以保證焊接質(zhì)量。
4.6 藥芯焊絲MAG氣體保護(hù)焊
藥芯焊絲富氬保護(hù)焊可以用在焊接工作溫度－33℃～－60℃左右的大型低溫儲罐，由于受焊接材料及熱輸入的限制，尚未見到有關(guān)闡述采用該方法進(jìn)行低于該溫度工況儲罐的焊接的資料。對于工作在－60℃以下的儲罐。如采用9Ni鋼建造的儲罐，自動焊的方法首選MIG焊或自動TIG焊。
富氬保護(hù)氣的組成，一般為80％Ar十20％CO2，提高氬氣的混合比例，可相應(yīng)提高焊縫的低溫沖擊性能。
4.7 儲罐建造的其它焊接技術(shù)
有些用于儲存液態(tài)化工產(chǎn)品的內(nèi)浮頂儲罐，為了防止原料污染，儲罐建造后，還要進(jìn)行儲罐內(nèi)壁不銹鋼襯里或有色金屬材料（如鋁）防護(hù)等。薄壁（0.5～2mm）不銹鋼襯里的安裝主要采用焊接方法，常用的方法有：焊條電弧焊、TIG焊和MIG焊等。鋁金屬的防護(hù)層可采用熱噴涂的方法，實(shí)際應(yīng)用有：線材火焰噴涂和電弧噴涂方法等。
5 儲罐焊接技術(shù)發(fā)展趨勢
5.1 儲罐建造的發(fā)展趨勢
最近三四十年來，儲罐向大型化發(fā)展的趨勢已成定局，1962年美國首先建成了10萬m3浮頂儲罐，1967年在委內(nèi)瑞拉建成了15萬m3的浮頂儲罐。1971年日本建成了16萬m3的浮頂儲罐，其直徑達(dá)109m、高17.8m，沙特阿拉伯建成20萬m3巨型儲罐，其直徑達(dá)1
10m、高22.5m。我國自1985年從日本引進(jìn)10萬m3浮頂儲罐的設(shè)計和施工技術(shù)并在秦皇島建造之后，在全國各地相繼建成10萬m3大型儲罐近30臺；于2003年在茂名石化公司建成兩座12.5萬m3浮頂儲罐，目前在儀征已開始建設(shè)國內(nèi)最大的15萬m3原油儲罐。此外，儲存石油液化氣和天然氣（液化）的低溫儲罐也是儲罐建造的發(fā)展方向，在國外已較普遍應(yīng)用，我國目前還是處于剛起步階段。
大型儲罐建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)成為人們?nèi)找嬷匾暤恼n題，根據(jù)有關(guān)資料分析：儲罐容積越大，單位容積的鋼材耗用量指標(biāo)越低，建罐投資相應(yīng)節(jié)省，同時罐區(qū)總占地面積也越小。但最為經(jīng)濟(jì)的是12.5萬m3浮頂儲罐，15萬m3和10萬m3次之，容積5萬m3儲罐的經(jīng)濟(jì)性最差。從目前我國現(xiàn)有儲罐來看，絕大部分原油儲罐的容積不超過5萬m3，因此，我國的儲罐必須向大型化方向發(fā)展，應(yīng)以12.5萬m3為首選對象，盡可能避免建造5萬m3及其以下的小容積原油浮頂儲罐。
建造大容積儲罐，需用高強(qiáng)度鋼板。目前我國建造5萬m3及以上儲罐所使用的高強(qiáng)鋼板，大多是日本產(chǎn)SPV490Q鋼，極少部分是國產(chǎn)鋼材。國產(chǎn)鋼材主要是16MnR，因其強(qiáng)度較低，使5萬m3浮頂儲罐下部第一節(jié)壁板厚達(dá)34mm，給大型儲罐的建造帶來了很大困難。由武漢鋼鐵設(shè)計院、北京燕山石化公司、合肥通用機(jī)械廠、中國石化北京設(shè)計院組成的攻關(guān)小組，對07MnCrMoVR鋼進(jìn)行研究開發(fā)，并用于北京燕山石化公司3臺10萬m3浮頂儲罐。今后，為了滿足我國大型儲罐建設(shè)發(fā)展的需要，應(yīng)進(jìn)一步研制高強(qiáng)度鋼材，提高國產(chǎn)高強(qiáng)度鋼材的質(zhì)量和產(chǎn)量。
5.2 儲儲焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢
根據(jù)我國石油及化工企業(yè)的發(fā)展需求，今后儲罐的發(fā)展方向是大容積、國產(chǎn)化、自動焊（包括與國產(chǎn)鋼材、進(jìn)口鋼材焊絲匹配以及焊接設(shè)備）。在儲罐施工方面，盡管我們根據(jù)日本及有關(guān)國家的規(guī)范，結(jié)合我國具體情況，首創(chuàng)了各種大型儲罐的施工方法，近幾年我國的儲罐
施工隊(duì)伍也不斷發(fā)展，但總的來看，目前我國的儲罐建設(shè)，不論是儲罐的容積、數(shù)量還是國產(chǎn)化水平，均處于起步的初級階段。
（1）埋弧自動橫焊技術(shù)國內(nèi)經(jīng)過十多年的攻關(guān)，已取得了突破性進(jìn)展，單絲埋弧焊技術(shù)已基本成熟，操作簡單，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，將在大型儲罐焊接中發(fā)揮重要作用。今后，要開展雙絲或多絲埋弧橫焊技術(shù)的研究，進(jìn)一步提高焊接效率。雙絲埋弧焊應(yīng)用于大型儲罐焊接的歷史很短，實(shí)際應(yīng)用的例子很少，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行研究。
（2）在大型儲罐的自動焊設(shè)備與焊材方面，國產(chǎn)化程度還不夠高，特別是與引進(jìn)的高強(qiáng)鋼板相匹配的自動焊焊絲，尚依賴進(jìn)口，價格高，這是今后我國建造大型儲罐所必須解決的課題。
1）盡快使儲罐自動焊機(jī)國產(chǎn)化，相關(guān)焊機(jī)制造業(yè)廠商應(yīng)該將研制儲罐自動焊機(jī)作為一種重要的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來發(fā)展。
2）盡快使儲罐自動焊配套焊材國產(chǎn)化，相關(guān)焊材制造業(yè)重點(diǎn)開發(fā)適應(yīng)不同鋼材焊接的CO2氣保藥芯焊絲、自保護(hù)藥芯焊絲、實(shí)芯焊絲、焊劑等，并提供相應(yīng)的指導(dǎo)工藝參數(shù)。
（3）用于縱縫焊接的氣電立焊的研究，國內(nèi)尚處于起步階段。應(yīng)研究開發(fā)用于儲罐縱縫焊接的氣電立焊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，對打破國外技術(shù)壟斷，降低工程成本，滿足儲罐建設(shè)的需要具有重要意義。此外，應(yīng)解決目前所采用的氣電立焊的焊機(jī)結(jié)構(gòu)改造，使之能適用于儲罐倒裝施工工藝，進(jìn)一步提高拱頂儲罐的焊接質(zhì)量和建造速度，縮短施工周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。
（4）倒裝儲罐埋弧自動橫焊的研究和應(yīng)用歷史不長，還有許多問題需要解決，如：
1）應(yīng)進(jìn)一步研究帶有自動跟蹤功能的埋弧自動橫焊機(jī)，適應(yīng)倒裝儲罐的焊接特點(diǎn)要求。采用的跟蹤方法和裝置，要做到成本低，使用方便，跟蹤可靠。
2）應(yīng)進(jìn)一步研究焊劑自動循環(huán)系統(tǒng)，在不增加輸送管長度的情況下，實(shí)現(xiàn)焊劑的回收與輸送同步。埋弧自動橫焊機(jī)均配有焊劑回收系統(tǒng)，其工作原理是依靠重力作用來輸送焊劑，依
靠負(fù)壓作用來回收焊劑。但這種傳統(tǒng)系統(tǒng)要做倒焊劑的回收和輸送應(yīng)能同步進(jìn)行，則焊劑桶內(nèi)必須要有一定數(shù)量的焊劑，以保證焊劑輸送口不受負(fù)壓作用的影響，如果焊劑桶內(nèi)焊劑較少時，桶內(nèi)焊劑由于負(fù)壓作用，會處于懸浮狀態(tài)而影響焊劑的順利輸送。為保證焊劑的順利輸送，目前常用的方法是增加焊劑輸送管的長度，來增加管內(nèi)焊劑的壓力，克服負(fù)壓作用的影響。這種方法對于倒裝儲罐施工，自動焊機(jī)頭處于機(jī)架的上部，靠增加焊劑輸送管長度的方式已經(jīng)不可行。因此，可以研究應(yīng)用一種新型的焊劑回收系統(tǒng)，可以根據(jù)焊劑桶內(nèi)焊劑的多少，自動調(diào)節(jié)回收的吸力，使焊劑的回收和輸送保持最佳的動態(tài)平衡，同時不需要調(diào)整焊劑輸送管的長度，實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)。
3）應(yīng)開展研究具備雙向焊接功能的橫焊機(jī)和焊接工藝。由于倒裝儲罐施工中，焊接機(jī)頭、控制箱、焊劑桶、焊絲盤等均位于自動焊機(jī)架的上部，會導(dǎo)致自動焊機(jī)重心的提高而影響快速回車的穩(wěn)定性。研究具備雙向焊接功能的橫焊機(jī)和焊接工藝，就可避開快速回車操作，同時能縮短工時，減少自動焊輔助人員的拖拉焊接電纜的工作量。
（5）CO2半自動氣體保護(hù)焊接技術(shù)相對于傳統(tǒng)的焊條電弧焊無疑有著明顯的優(yōu)勢，但這種方法要大面積推廣應(yīng)用在室外，還有許多問題需要解決。一是輔助配套機(jī)具要輕便、靈活，配線要有足夠的長度。根據(jù)不同的焊件或部位，要研制相應(yīng)的防風(fēng)輔助裝置等�？梢灶A(yù)測，CO2氣體保護(hù)焊接技術(shù)在石油化工等焊接領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
（6）藥芯焊絲的氣體保護(hù)焊將是大型儲罐建造的發(fā)展方向。在低溫儲罐焊接中，采用自動焊有利于保證熱影響區(qū)低溫沖擊性能的穩(wěn)定。
（7）自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊成功用于大口徑長輸管道的焊接。這種方法焊接效率高，質(zhì)量好，抗風(fēng)能力強(qiáng)，非常適合野外環(huán)境下的焊接作業(yè)，也是今后大型儲罐建造應(yīng)深入研究應(yīng)用的焊接方法，重點(diǎn)解決的問題是焊絲的國產(chǎn)化和降低焊接材料成本。焊絲的價格高是目前儲罐焊接領(lǐng)域沒有推廣應(yīng)用這種方法的關(guān)鍵所在。
總之，在我國大型儲罐建造中，焊條電弧焊還將長期存在，自動焊是今后的發(fā)展方向。國外大型儲罐的建造已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，我國趕上發(fā)達(dá)國家的水平還有很多的路要走。
【浮頂儲罐】相關(guān)文章：
對油罐內(nèi)浮頂一起塌陷事故的分析及內(nèi)浮頂?shù)母倪M(jìn)04-26
對油罐內(nèi)浮頂一起塌陷事故的分析及內(nèi)浮頂?shù)母倪M(jìn)05-02
儲罐滅火05-01
浮頂儲油罐密封泄漏機(jī)理與泄漏控制04-28
浮穢（浮穢）詞語釋義02-06
淺談大型儲罐安全附件的設(shè)計05-02
淺談大型儲罐安全附件的設(shè)計04-26
浮木04-28