靳藝東

(安陽(yáng)化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 , 河南 安陽(yáng) 455133)

5 000 m3常壓低溫液氨儲(chǔ)槽由內(nèi)罐和外罐兩部分組成,儲(chǔ)罐所用鋼板厚度相對(duì)較薄,其頂板、底板、吊頂板及壁板等焊接后會(huì)因局部受熱和韌性而產(chǎn)生變形,冷卻后也會(huì)發(fā)生一定程度的應(yīng)力變形,進(jìn)而影響其使用安全和壽命。內(nèi)罐采用耐低溫設(shè)計(jì),用于盛裝液氨,外罐也采用耐低溫設(shè)計(jì),用于盛裝液氨蒸發(fā)氣,內(nèi)外罐間距為1～2 m。正常操作工況下,鋼制內(nèi)罐為低溫態(tài),鋼制外罐為常溫態(tài)。

1 常壓低溫液氨儲(chǔ)槽概況

5 000 m3常壓低溫液氨儲(chǔ)槽主要介質(zhì)為液氨和液氨蒸發(fā)氣,設(shè)備主體材質(zhì)為16MnDR,外罐直徑為24 m,內(nèi)罐直徑22 m,設(shè)計(jì)溫度-39 ℃,設(shè)計(jì)壓力為-0.5～15 kPa,充裝容量3 300 t。外罐壁板按照9圈設(shè)計(jì),最上部一圈為外罐承壓圈,高度640 mm,厚度20 mm;余下8圈高度均為2 170 mm,厚度由上至下分別為10 mm六圈、12 mm一圈、14 mm一圈,底板邊緣板厚度10 mm,中幅板厚度8 mm。內(nèi)罐壁板按照8圈設(shè)計(jì),高度均為2 170 mm,壁板厚度由上至下分別為8 mm四圈、10 mm兩圈、12 mm兩圈。

2 安裝方案要點(diǎn)

裝置儲(chǔ)罐施工采用電動(dòng)葫蘆提升內(nèi)立柱倒裝法進(jìn)行施工。倒裝法相對(duì)正裝法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn),且勞動(dòng)效率高,施工人員便于在平臺(tái)上低空工作,人身安全能得到可靠保障。

①底板組焊合格后,在底板上豎立40根立柱,作為電動(dòng)葫蘆提升柱,掛設(shè)40臺(tái)10 t倒鏈,均勻布置于靠近壁板400 mm處,于22#槽鋼脹圈上均勻?qū)?yīng)焊接40個(gè)承重10 t吊耳。該立柱須保證處于垂直狀態(tài),可使用水平尺進(jìn)行找平,如立柱底與罐底出現(xiàn)縫隙,使用墊鐵找平,并進(jìn)行間斷焊,以保證接觸牢固。在電葫蘆提升柱1/2～2/3處設(shè)置2～3根斜撐,罐底與斜撐間角度按照45°進(jìn)行設(shè)置。

②脹圈采用22#槽鋼卷弧制成,槽鋼卷制后弧度應(yīng)與罐壁卷弧度保持相同。在槽鋼脹圈上焊接吊耳,此處需注意焊接吊耳位置應(yīng)與電葫蘆提升柱位置保持一致。該脹圈每隔1 m都需增加加強(qiáng)板,吊耳應(yīng)與脹圈焊接為一整體,不許與罐壁有所牽連。罐壁與脹圈采用卡具相連,該卡具的位置不得貼緊吊耳,否則容易使罐四周受到不均勻應(yīng)力導(dǎo)致罐壁變形,同時(shí)也不能讓吊耳離得太遠(yuǎn),否則可能造成脹圈扭矩過(guò)大而引起罐壁變形。

3 對(duì)焊接質(zhì)量控制

3.1 儲(chǔ)罐底板焊接質(zhì)量控制

罐底板中受力最苛刻的是邊緣板與罐壁板的焊接結(jié)構(gòu),采用加強(qiáng)型焊接結(jié)構(gòu)以降低焊接應(yīng)力和應(yīng)力集中,因此須遵從定位焊固定,再全面焊接,待焊接全部完成后進(jìn)行檢驗(yàn)。用于定位焊與正式焊接的焊接工藝和焊條必須相同,焊接應(yīng)按焊接工藝指導(dǎo)書規(guī)定的工藝參數(shù)進(jìn)行施焊。底部中幅板焊接時(shí),應(yīng)先焊儲(chǔ)罐中央,依次向外推出,首先焊接短焊縫,然后焊接長(zhǎng)焊縫。定位焊接采用分段退焊和間斷焊,焊接下邊緣板時(shí),必須先在距離外邊緣250 mm的位置焊接焊縫。待連接罐底和罐壁的角焊縫焊接完成后,邊緣板和中間板之間的收縮縫焊接完成前,必須焊接邊緣板的剩余對(duì)接焊縫。弧形板對(duì)接焊縫的頭遍焊接必須均勻分布,并由多名持證熟練的焊工同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱焊接,定位焊同樣應(yīng)采用分段退焊或間斷焊法。

底板在組對(duì)完成后應(yīng)首先對(duì)中幅板進(jìn)行焊接,為防止出現(xiàn)變形,每塊中幅板之間都采用夾具用于夾緊后的點(diǎn)焊固定,點(diǎn)焊后夾具不能拆除,以防止變形。橫向布置時(shí)中幅板也必須要間隔焊接,并且讓橫向布置的中幅板形成一個(gè)整體,然后再焊接橫向布置底板與縱向布置底板的縱向焊縫,使其形成同一個(gè)方向上的收縮應(yīng)力,以便于控制。

縱向布置板長(zhǎng)縫焊接時(shí),由中心向外同時(shí)分段退焊,將每一橫向、縱向底板連接成一體。底板所有的T型焊接對(duì)接接頭位置均應(yīng)留有朝向第一道焊縫約100 mm的預(yù)留段,到最后再進(jìn)行焊接。原因是接頭處的應(yīng)力最大,容易形成變形,留到最后一次焊接的方式有利于焊接應(yīng)力的抵消,減少變形和殘留應(yīng)力。

3.2 儲(chǔ)罐壁板焊接質(zhì)量控制

安裝前,必須檢查儲(chǔ)罐壁板的切割成型尺寸。在焊接過(guò)程中對(duì)每一圈縱向焊縫進(jìn)行點(diǎn)焊后,內(nèi)壁板縱焊縫被內(nèi)弧板強(qiáng)制固定,初步變形由斜鐵調(diào)節(jié)。首先,內(nèi)壁板側(cè)進(jìn)行第一層封底焊接,外側(cè)壁板采用填充焊。內(nèi)側(cè)要進(jìn)行清根,增加弧度板位置留下暫不清根,外側(cè)蓋面層焊接。在焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制焊接熱輸入量,以防止在環(huán)縫焊接過(guò)程中發(fā)生較大變形,使脹圈沿罐壁內(nèi)側(cè)均勻分布在立柱上,其底面距離罐壁板底邊緣200～300 mm,脹圈外側(cè)緊靠?jī)?nèi)壁板,然后用多臺(tái)千斤頂將脹圈固定。

在施工過(guò)程中產(chǎn)生的表面缺陷修補(bǔ),應(yīng)符合以下規(guī)定：①焊接修復(fù)前,應(yīng)檢測(cè)缺陷的嵌入深度,以確定缺陷清除面。清除深度不得超過(guò)板材厚度的1/3。②修補(bǔ)后的焊縫必須按原設(shè)計(jì)規(guī)定的探傷方法進(jìn)行RT檢測(cè),并滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的三級(jí)要求。③焊接缺陷的修補(bǔ)要按照焊接工藝評(píng)定進(jìn)行,但是修補(bǔ)的長(zhǎng)度須≥50 mm。④缺陷清除后,必須首先進(jìn)行PT檢測(cè),確認(rèn)缺陷已排除,然后才能進(jìn)行新的修復(fù)焊接。修復(fù)位置經(jīng)打磨、焊接完成后,再做PT或MT探傷檢測(cè),需滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的一級(jí)要求。⑤如果修補(bǔ)深度>3 mm時(shí),應(yīng)對(duì)該部位進(jìn)行RT檢測(cè),并滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的三級(jí)要求。⑥出現(xiàn)問(wèn)題,修理部位須≤2處,如果該部位檢測(cè)仍未合格,須將該部位切開進(jìn)行重新焊接,修補(bǔ)完成后還要對(duì)該部位進(jìn)行RT檢測(cè),并且達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的三級(jí)要求。⑦對(duì)每處焊縫修補(bǔ)的部位、次數(shù)和檢驗(yàn)結(jié)果做好記錄。

4 做好罐體幾何形狀和尺寸預(yù)檢查

罐壁組焊后,應(yīng)采用弧形樣板及鉛垂等測(cè)量工具對(duì)儲(chǔ)罐幾何形狀和尺寸進(jìn)行多次預(yù)檢查,每一圈鋼板焊接完成后要測(cè)量罐壁的高度,高度偏差不能超過(guò)50 mm。之后再測(cè)量壁板的垂直度,垂直度的測(cè)量值偏差不能超過(guò)50 mm。

采用弧形樣板對(duì)每一圈內(nèi)罐壁的弧度進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量值應(yīng)≤13 mm。采用盒尺對(duì)底圈壁板內(nèi)表面半徑進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量值偏差≤19 mm,儲(chǔ)罐底板焊接完成后,底板部分凹坑變形量尺寸不能超過(guò)變形長(zhǎng)度的2%,并且最大值≤50 mm。通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中的預(yù)檢以保證最終結(jié)果符合圖紙要求。

5 儲(chǔ)罐保冷施工注意事項(xiàng)

5.1 儲(chǔ)罐底部保冷施工順序要求

罐底保冷層由內(nèi)圈與外圈組成,外圈半徑為9 475～11 450 mm組成的圓環(huán),內(nèi)圈半徑9.475 m的圓形區(qū)域。在外罐底板上依次由10層組成,共計(jì)400 mm厚。外圈主要由珍珠巖混凝土塊和混凝土找平層組成;內(nèi)圈主要由3層DH800型620 mm×480 mm×100 mm泡沫玻璃磚構(gòu)成。儲(chǔ)罐底板保冷施工順序：外圈混凝土找平層施工→找平層上方SBS瀝青氈施工→珍珠巖混凝土預(yù)制塊施工→預(yù)制塊上表面SBS瀝青氈施工→SBP氣液隔離層施工→外圈輕質(zhì)圈梁混凝土施工→內(nèi)圈范圍內(nèi)第一層SBS瀝青氈施工→第一層泡沫玻璃磚鋪設(shè)→第二層SBS瀝青氈施工→第二層泡沫玻璃磚鋪設(shè)→第三層SBS瀝青氈施工→SBP氣液隔離層施工→第三層泡沫玻璃磚鋪設(shè)→第四層SBS瀝青氈施工→干沙找平層施工。

5.2 罐底保冷技術(shù)注意要點(diǎn)

①輕質(zhì)混凝土找平層,采用輕骨料混凝土進(jìn)行澆筑,澆筑厚度為50 mm,2 m范圍內(nèi)允許標(biāo)高偏差±3 mm,整體任意兩點(diǎn)之間高差≤±6 mm,為保證表面的平整度,澆筑前可在周圈每間隔1 m用水泥砂漿提前設(shè)置標(biāo)高點(diǎn)。②珍珠巖混凝土采用成品預(yù)制塊鋪設(shè),施工按照?qǐng)D紙規(guī)定半徑沿圓周鋪設(shè),每?jī)蓧K預(yù)制塊之間縫隙為8 mm,用15 mm厚玻璃棉壓縮至8 mm后進(jìn)行填實(shí)。③敷設(shè)SBP氣液隔離層首先將環(huán)梁上凸起的混凝土打磨剔除,認(rèn)真清掃基層表面上殘留的水泥砂漿殘?jiān)?、灰塵及雜物。SBP氣液隔離層設(shè)計(jì)厚度為3 mm,使用時(shí)先鋪設(shè)一層600 g玻纖短切,接縫搭接50 mm,然后配置樹脂(按照廠家指導(dǎo)書配比)進(jìn)行涂刷;待干燥后再鋪設(shè)一層300 g玻纖短切,做法同第一層一致。④SBS瀝青氈設(shè)計(jì)厚度為3 mm,施工方法采用熱鋪法,基層必須干燥,含水率要求在9%以內(nèi),瀝青氈鋪貼前首先要準(zhǔn)確測(cè)量施工的防水面積,然后根據(jù)材料尺寸合理使用材料,鋪設(shè)時(shí)將卷材壓實(shí)壓平,接茬部分保證對(duì)接平整,滾動(dòng)時(shí)防止接觸到異物和空氣,以防止起褶、鼓泡、傾斜,檢查完后進(jìn)行下一步工序。⑤本工程中罐底內(nèi)圈采用泡沫玻璃作為保冷層,罐底保冷層厚度設(shè)計(jì)為400 mm;找平層施工完畢,經(jīng)水平度驗(yàn)收合格,且保冷材料外觀質(zhì)量滿足要求開始擺放泡沫玻璃磚,規(guī)格620 mm×480 mm×100 mm,共計(jì)3層,層與層之間單獨(dú)擺放。確定好中心線和高度線,以控制施工過(guò)程中的直線性和水平性。在罐底找平層平面上,保證各層泡沫玻璃磚的直線度和水平度,以及兩個(gè)排列方向及上下層磚之間錯(cuò)縫準(zhǔn)確。應(yīng)確定儲(chǔ)罐東西(或南北)徑向?yàn)橹行木€,各層泡沫玻璃磚的標(biāo)高線,泡沫玻璃磚塊間縫隙≤2 mm,磚的兩個(gè)排列方向及上下層磚之間錯(cuò)邊應(yīng)≥100 mm,且相鄰兩層泡沫玻璃塊應(yīng)相互跨中交錯(cuò)鋪設(shè)。最上層泡沫玻璃磚上表面鋪設(shè)一層SBS瀝青氈,在靠近環(huán)梁處要盡量貼合環(huán)梁內(nèi)側(cè)的輪廓,搭接處要加熱壓緊粘牢,防止SBS瀝青氈接縫開裂和干沙的滲入。 ⑥干沙找平層施工應(yīng)將干沙鋪設(shè)均勻,并用刮桿將表面刮平。干沙施工鋪設(shè)壓實(shí)后達(dá)到45 mm厚度,且與外圈的環(huán)梁結(jié)合密切。表面平面度在3 000 mm范圍內(nèi)≤3 mm,光面光滑、無(wú)起毛、起砂、起層現(xiàn)象。

6 水壓及氣壓實(shí)驗(yàn)

6.1 水壓實(shí)驗(yàn)

通過(guò)配置注水管線對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行注水實(shí)驗(yàn),注水速度≤1 m/h,注水過(guò)程中應(yīng)觀察儲(chǔ)罐沉降,從開始到水位實(shí)驗(yàn)高度的時(shí)間段內(nèi)跟蹤觀察內(nèi)罐底板沿周情況,每隔4 h進(jìn)行觀測(cè)1次。

6.2 氣壓實(shí)驗(yàn)

將空氣通入罐內(nèi),當(dāng)壓力緩慢上升到3/4實(shí)驗(yàn)壓力(14.1 kPa)時(shí),保壓15 min,繼續(xù)加壓至實(shí)驗(yàn)壓力(18.75 kPa),至少保壓60 min;壓力實(shí)驗(yàn)期間應(yīng)每隔15 min記錄1次壓力。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將氣壓降低到儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力15 kPa,用皂泡法檢查罐頂所有套管與蓋板間的角焊縫。

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)5 000 m3常壓低溫液氨儲(chǔ)槽制作、施工過(guò)程中的質(zhì)量控制,在預(yù)制過(guò)程、組裝過(guò)程、焊接過(guò)程、儲(chǔ)罐幾何檢查及充水實(shí)驗(yàn)的每一道工序中做好質(zhì)量控制,實(shí)現(xiàn)了安裝后儲(chǔ)罐質(zhì)量良好,順利通過(guò)驗(yàn)收并安全投入使用。