5 000 m3常压低温液氨储槽安装过程中质量控制要点

靳艺东

(安阳化学工业集团有限责任公司 , 河南 安阳 455133)

5 000 m3常压低温液氨储槽由内罐和外罐两部分组成,储罐所用钢板厚度相对较薄,其顶板、底板、吊顶板及壁板等焊接后会因局部受热和韧性而产生变形,冷却后也会发生一定程度的应力变形,进而影响其使用安全和寿命。内罐采用耐低温设计,用于盛装液氨,外罐也采用耐低温设计,用于盛装液氨蒸发气,内外罐间距为1～2 m。正常操作工况下,钢制内罐为低温态,钢制外罐为常温态。

1 常压低温液氨储槽概况

5 000 m3常压低温液氨储槽主要介质为液氨和液氨蒸发气,设备主体材质为16MnDR,外罐直径为24 m,内罐直径22 m,设计温度-39 ℃,设计压力为-0.5～15 kPa,充装容量3 300 t。外罐壁板按照9圈设计,最上部一圈为外罐承压圈,高度640 mm,厚度20 mm;余下8圈高度均为2 170 mm,厚度由上至下分别为10 mm六圈、12 mm一圈、14 mm一圈,底板边缘板厚度10 mm,中幅板厚度8 mm。内罐壁板按照8圈设计,高度均为2 170 mm,壁板厚度由上至下分别为8 mm四圈、10 mm两圈、12 mm两圈。

2 安装方案要点

装置储罐施工采用电动葫芦提升内立柱倒装法进行施工。倒装法相对正装法具有设备简单、操作简便、造价低廉等优点,且劳动效率高,施工人员便于在平台上低空工作,人身安全能得到可靠保障。

①底板组焊合格后,在底板上竖立40根立柱,作为电动葫芦提升柱,挂设40台10 t倒链,均匀布置于靠近壁板400 mm处,于22#槽钢胀圈上均匀对应焊接40个承重10 t吊耳。该立柱须保证处于垂直状态,可使用水平尺进行找平,如立柱底与罐底出现缝隙,使用垫铁找平,并进行间断焊,以保证接触牢固。在电葫芦提升柱1/2～2/3处设置2～3根斜撑,罐底与斜撑间角度按照45°进行设置。

②胀圈采用22#槽钢卷弧制成,槽钢卷制后弧度应与罐壁卷弧度保持相同。在槽钢胀圈上焊接吊耳,此处需注意焊接吊耳位置应与电葫芦提升柱位置保持一致。该胀圈每隔1 m都需增加加强板,吊耳应与胀圈焊接为一整体,不许与罐壁有所牵连。罐壁与胀圈采用卡具相连,该卡具的位置不得贴紧吊耳,否则容易使罐四周受到不均匀应力导致罐壁变形,同时也不能让吊耳离得太远,否则可能造成胀圈扭矩过大而引起罐壁变形。

3 对焊接质量控制

3.1 储罐底板焊接质量控制

罐底板中受力最苛刻的是边缘板与罐壁板的焊接结构,采用加强型焊接结构以降低焊接应力和应力集中,因此须遵从定位焊固定,再全面焊接,待焊接全部完成后进行检验。用于定位焊与正式焊接的焊接工艺和焊条必须相同,焊接应按焊接工艺指导书规定的工艺参数进行施焊。底部中幅板焊接时,应先焊储罐中央,依次向外推出,首先焊接短焊缝,然后焊接长焊缝。定位焊接采用分段退焊和间断焊,焊接下边缘板时,必须先在距离外边缘250 mm的位置焊接焊缝。待连接罐底和罐壁的角焊缝焊接完成后,边缘板和中间板之间的收缩缝焊接完成前,必须焊接边缘板的剩余对接焊缝。弧形板对接焊缝的头遍焊接必须均匀分布,并由多名持证熟练的焊工同时进行对称焊接,定位焊同样应采用分段退焊或间断焊法。

底板在组对完成后应首先对中幅板进行焊接,为防止出现变形,每块中幅板之间都采用夹具用于夹紧后的点焊固定,点焊后夹具不能拆除,以防止变形。横向布置时中幅板也必须要间隔焊接,并且让横向布置的中幅板形成一个整体,然后再焊接横向布置底板与纵向布置底板的纵向焊缝,使其形成同一个方向上的收缩应力,以便于控制。

纵向布置板长缝焊接时,由中心向外同时分段退焊,将每一横向、纵向底板连接成一体。底板所有的T型焊接对接接头位置均应留有朝向第一道焊缝约100 mm的预留段,到最后再进行焊接。原因是接头处的应力最大,容易形成变形,留到最后一次焊接的方式有利于焊接应力的抵消,减少变形和残留应力。

3.2 储罐壁板焊接质量控制

安装前,必须检查储罐壁板的切割成型尺寸。在焊接过程中对每一圈纵向焊缝进行点焊后,内壁板纵焊缝被内弧板强制固定,初步变形由斜铁调节。首先,内壁板侧进行第一层封底焊接,外侧壁板采用填充焊。内侧要进行清根,增加弧度板位置留下暂不清根,外侧盖面层焊接。在焊接过程中严格控制焊接热输入量,以防止在环缝焊接过程中发生较大变形,使胀圈沿罐壁内侧均匀分布在立柱上,其底面距离罐壁板底边缘200～300 mm,胀圈外侧紧靠内壁板,然后用多台千斤顶将胀圈固定。

在施工过程中产生的表面缺陷修补,应符合以下规定：①焊接修复前,应检测缺陷的嵌入深度,以确定缺陷清除面。清除深度不得超过板材厚度的1/3。②修补后的焊缝必须按原设计规定的探伤方法进行RT检测,并满足设计规定的三级要求。③焊接缺陷的修补要按照焊接工艺评定进行,但是修补的长度须≥50 mm。④缺陷清除后,必须首先进行PT检测,确认缺陷已排除,然后才能进行新的修复焊接。修复位置经打磨、焊接完成后,再做PT或MT探伤检测,需满足设计规定的一级要求。⑤如果修补深度>3 mm时,应对该部位进行RT检测,并满足设计规定的三级要求。⑥出现问题,修理部位须≤2处,如果该部位检测仍未合格,须将该部位切开进行重新焊接,修补完成后还要对该部位进行RT检测,并且达到设计规定的三级要求。⑦对每处焊缝修补的部位、次数和检验结果做好记录。

4 做好罐体几何形状和尺寸预检查

罐壁组焊后,应采用弧形样板及铅垂等测量工具对储罐几何形状和尺寸进行多次预检查,每一圈钢板焊接完成后要测量罐壁的高度,高度偏差不能超过50 mm。之后再测量壁板的垂直度,垂直度的测量值偏差不能超过50 mm。

采用弧形样板对每一圈内罐壁的弧度进行测量,测量值应≤13 mm。采用盒尺对底圈壁板内表面半径进行测量,测量值偏差≤19 mm,储罐底板焊接完成后,底板部分凹坑变形量尺寸不能超过变形长度的2%,并且最大值≤50 mm。通过对施工过程中的预检以保证最终结果符合图纸要求。

5 储罐保冷施工注意事项

5.1 储罐底部保冷施工顺序要求

罐底保冷层由内圈与外圈组成,外圈半径为9 475～11 450 mm组成的圆环,内圈半径9.475 m的圆形区域。在外罐底板上依次由10层组成,共计400 mm厚。外圈主要由珍珠岩混凝土块和混凝土找平层组成;内圈主要由3层DH800型620 mm×480 mm×100 mm泡沫玻璃砖构成。储罐底板保冷施工顺序：外圈混凝土找平层施工→找平层上方SBS沥青毡施工→珍珠岩混凝土预制块施工→预制块上表面SBS沥青毡施工→SBP气液隔离层施工→外圈轻质圈梁混凝土施工→内圈范围内第一层SBS沥青毡施工→第一层泡沫玻璃砖铺设→第二层SBS沥青毡施工→第二层泡沫玻璃砖铺设→第三层SBS沥青毡施工→SBP气液隔离层施工→第三层泡沫玻璃砖铺设→第四层SBS沥青毡施工→干沙找平层施工。

5.2 罐底保冷技术注意要点

①轻质混凝土找平层,采用轻骨料混凝土进行浇筑,浇筑厚度为50 mm,2 m范围内允许标高偏差±3 mm,整体任意两点之间高差≤±6 mm,为保证表面的平整度,浇筑前可在周圈每间隔1 m用水泥砂浆提前设置标高点。②珍珠岩混凝土采用成品预制块铺设,施工按照图纸规定半径沿圆周铺设,每两块预制块之间缝隙为8 mm,用15 mm厚玻璃棉压缩至8 mm后进行填实。③敷设SBP气液隔离层首先将环梁上凸起的混凝土打磨剔除,认真清扫基层表面上残留的水泥砂浆残渣、灰尘及杂物。SBP气液隔离层设计厚度为3 mm,使用时先铺设一层600 g玻纤短切,接缝搭接50 mm,然后配置树脂(按照厂家指导书配比)进行涂刷;待干燥后再铺设一层300 g玻纤短切,做法同第一层一致。④SBS沥青毡设计厚度为3 mm,施工方法采用热铺法,基层必须干燥,含水率要求在9%以内,沥青毡铺贴前首先要准确测量施工的防水面积,然后根据材料尺寸合理使用材料,铺设时将卷材压实压平,接茬部分保证对接平整,滚动时防止接触到异物和空气,以防止起褶、鼓泡、倾斜,检查完后进行下一步工序。⑤本工程中罐底内圈采用泡沫玻璃作为保冷层,罐底保冷层厚度设计为400 mm;找平层施工完毕,经水平度验收合格,且保冷材料外观质量满足要求开始摆放泡沫玻璃砖,规格620 mm×480 mm×100 mm,共计3层,层与层之间单独摆放。确定好中心线和高度线,以控制施工过程中的直线性和水平性。在罐底找平层平面上,保证各层泡沫玻璃砖的直线度和水平度,以及两个排列方向及上下层砖之间错缝准确。应确定储罐东西(或南北)径向为中心线,各层泡沫玻璃砖的标高线,泡沫玻璃砖块间缝隙≤2 mm,砖的两个排列方向及上下层砖之间错边应≥100 mm,且相邻两层泡沫玻璃块应相互跨中交错铺设。最上层泡沫玻璃砖上表面铺设一层SBS沥青毡,在靠近环梁处要尽量贴合环梁内侧的轮廓,搭接处要加热压紧粘牢,防止SBS沥青毡接缝开裂和干沙的渗入。 ⑥干沙找平层施工应将干沙铺设均匀,并用刮杆将表面刮平。干沙施工铺设压实后达到45 mm厚度,且与外圈的环梁结合密切。表面平面度在3 000 mm范围内≤3 mm,光面光滑、无起毛、起砂、起层现象。

6 水压及气压实验

6.1 水压实验

通过配置注水管线对储罐进行注水实验,注水速度≤1 m/h,注水过程中应观察储罐沉降,从开始到水位实验高度的时间段内跟踪观察内罐底板沿周情况,每隔4 h进行观测1次。

6.2 气压实验

将空气通入罐内,当压力缓慢上升到3/4实验压力(14.1 kPa)时,保压15 min,继续加压至实验压力(18.75 kPa),至少保压60 min;压力实验期间应每隔15 min记录1次压力。实验结束后将气压降低到储罐设计压力15 kPa,用皂泡法检查罐顶所有套管与盖板间的角焊缝。

7 结论

通过对5 000 m3常压低温液氨储槽制作、施工过程中的质量控制,在预制过程、组装过程、焊接过程、储罐几何检查及充水实验的每一道工序中做好质量控制,实现了安装后储罐质量良好,顺利通过验收并安全投入使用。