5 000 m3常壓低溫液氨儲槽安裝過程中質量控制要點

靳藝東

(安陽化學工業集團有限責任公司 , 河南 安陽 455133)

5 000 m3常壓低溫液氨儲槽由內罐和外罐兩部分組成,儲罐所用鋼板厚度相對較薄,其頂板、底板、吊頂板及壁板等焊接后會因局部受熱和韌性而產生變形,冷卻后也會發生一定程度的應力變形,進而影響其使用安全和壽命。內罐采用耐低溫設計,用于盛裝液氨,外罐也采用耐低溫設計,用于盛裝液氨蒸發氣,內外罐間距為1～2 m。正常操作工況下,鋼制內罐為低溫態,鋼制外罐為常溫態。

1 常壓低溫液氨儲槽概況

5 000 m3常壓低溫液氨儲槽主要介質為液氨和液氨蒸發氣,設備主體材質為16MnDR,外罐直徑為24 m,內罐直徑22 m,設計溫度-39 ℃,設計壓力為-0.5～15 kPa,充裝容量3 300 t。外罐壁板按照9圈設計,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。內罐壁板按照8圈設計,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

裝置儲罐施工采用電動葫蘆提升內立柱倒裝法進行施工。倒裝法相對正裝法具有設備簡單、操作簡便、造價低廉等優點,且勞動效率高,施工人員便于在平臺上低空工作,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,作為電動葫蘆提升柱,掛設40臺10 t倒鏈,均勻布置于靠近壁板400 mm處,于22#槽鋼脹圈上均勻對應焊接40個承重10 t吊耳。該立柱須保證處于垂直狀態,可使用水平尺進行找平,如立柱底與罐底出現縫隙,使用墊鐵找平,并進行間斷焊,以保證接觸牢固。在電葫蘆提升柱1/2～2/3處設置2～3根斜撐,罐底與斜撐間角度按照45°進行設置。

②脹圈采用22#槽鋼卷弧制成,槽鋼卷制后弧度應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都需增加加強板,吊耳應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力導致罐壁變形,同時也不能讓吊耳離得太遠,否則可能造成脹圈扭矩過大而引起罐壁變形。

3 對焊接質量控制

3.1 儲罐底板焊接質量控制

罐底板中受力最苛刻的是邊緣板與罐壁板的焊接結構,采用加強型焊接結構以降低焊接應力和應力集中,因此須遵從定位焊固定,再全面焊接,待焊接全部完成后進行檢驗。用于定位焊與正式焊接的焊接工藝和焊條必須相同,焊接應按焊接工藝指導書規定的工藝參數進行施焊。底部中幅板焊接時,應先焊儲罐中央,依次向外推出,首先焊接短焊縫,然后焊接長焊縫。定位焊接采用分段退焊和間斷焊,焊接下邊緣板時,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接焊縫?；⌒伟鍖雍缚p的頭遍焊接必須均勻分布,并由多名持證熟練的焊工同時進行對稱焊接,定位焊同樣應采用分段退焊或間斷焊法。

底板在組對完成后應首先對中幅板進行焊接,為防止出現變形,每塊中幅板之間都采用夾具用于夾緊后的點焊固定,點焊后夾具不能拆除,以防止變形。橫向布置時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,使其形成同一個方向上的收縮應力,以便于控制。

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

3.2 儲罐壁板焊接質量控制

安裝前,必須檢查儲罐壁板的切割成型尺寸。在焊接過程中對每一圈縱向焊縫進行點焊后,內壁板縱焊縫被內弧板強制固定,初步變形由斜鐵調節。首先,內壁板側進行第一層封底焊接,外側壁板采用填充焊。內側要進行清根,增加弧度板位置留下暫不清根,外側蓋面層焊接。在焊接過程中嚴格控制焊接熱輸入量,以防止在環縫焊接過程中發生較大變形,使脹圈沿罐壁內側均勻分布在立柱上,其底面距離罐壁板底邊緣200～300 mm,脹圈外側緊靠內壁板,然后用多臺千斤頂將脹圈固定。

在施工過程中產生的表面缺陷修補,應符合以下規定：①焊接修復前,應檢測缺陷的嵌入深度,以確定缺陷清除面。清除深度不得超過板材厚度的1/3。②修補后的焊縫必須按原設計規定的探傷方法進行RT檢測,并滿足設計規定的三級要求。③焊接缺陷的修補要按照焊接工藝評定進行,但是修補的長度須≥50 mm。④缺陷清除后,必須首先進行PT檢測,確認缺陷已排除,然后才能進行新的修復焊接。修復位置經打磨、焊接完成后,再做PT或MT探傷檢測,需滿足設計規定的一級要求。⑤如果修補深度>3 mm時,應對該部位進行RT檢測,并滿足設計規定的三級要求。⑥出現問題,修理部位須≤2處,如果該部位檢測仍未合格,須將該部位切開進行重新焊接,修補完成后還要對該部位進行RT檢測,并且達到設計規定的三級要求。⑦對每處焊縫修補的部位、次數和檢驗結果做好記錄。

4 做好罐體幾何形狀和尺寸預檢查

罐壁組焊后,應采用弧形樣板及鉛垂等測量工具對儲罐幾何形狀和尺寸進行多次預檢查,每一圈鋼板焊接完成后要測量罐壁的高度,高度偏差不能超過50 mm。之后再測量壁板的垂直度,垂直度的測量值偏差不能超過50 mm。

采用弧形樣板對每一圈內罐壁的弧度進行測量,測量值應≤13 mm。采用盒尺對底圈壁板內表面半徑進行測量,測量值偏差≤19 mm,儲罐底板焊接完成后,底板部分凹坑變形量尺寸不能超過變形長度的2%,并且最大值≤50 mm。通過對施工過程中的預檢以保證最終結果符合圖紙要求。

5 儲罐保冷施工注意事項

5.1 儲罐底部保冷施工順序要求

罐底保冷層由內圈與外圈組成,外圈半徑為9 475～11 450 mm組成的圓環,內圈半徑9.475 m的圓形區域。在外罐底板上依次由10層組成,共計400 mm厚。外圈主要由珍珠巖混凝土塊和混凝土找平層組成;內圈主要由3層DH800型620 mm×480 mm×100 mm泡沫玻璃磚構成。儲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→珍珠巖混凝土預制塊施工→預制塊上表面SBS瀝青氈施工→SBP氣液隔離層施工→外圈輕質圈梁混凝土施工→內圈范圍內第一層SBS瀝青氈施工→第一層泡沫玻璃磚鋪設→第二層SBS瀝青氈施工→第二層泡沫玻璃磚鋪設→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→第四層SBS瀝青氈施工→干沙找平層施工。

5.2 罐底保冷技術注意要點

①輕質混凝土找平層,采用輕骨料混凝土進行澆筑,澆筑厚度為50 mm,2 m范圍內允許標高偏差±3 mm,整體任意兩點之間高差≤±6 mm,為保證表面的平整度,澆筑前可在周圈每間隔1 m用水泥砂漿提前設置標高點。②珍珠巖混凝土采用成品預制塊鋪設,施工按照圖紙規定半徑沿圓周鋪設,每兩塊預制塊之間縫隙為8 mm,用15 mm厚玻璃棉壓縮至8 mm后進行填實。③敷設SBP氣液隔離層首先將環梁上凸起的混凝土打磨剔除,認真清掃基層表面上殘留的水泥砂漿殘渣、灰塵及雜物。SBP氣液隔離層設計厚度為3 mm,使用時先鋪設一層600 g玻纖短切,接縫搭接50 mm,然后配置樹脂(按照廠家指導書配比)進行涂刷;待干燥后再鋪設一層300 g玻纖短切,做法同第一層一致。④SBS瀝青氈設計厚度為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,瀝青氈鋪貼前首先要準確測量施工的防水面積,然后根據材料尺寸合理使用材料,鋪設時將卷材壓實壓平,接茬部分保證對接平整,滾動時防止接觸到異物和空氣,以防止起褶、鼓泡、傾斜,檢查完后進行下一步工序。⑤本工程中罐底內圈采用泡沫玻璃作為保冷層,罐底保冷層厚度設計為400 mm;找平層施工完畢,經水平度驗收合格,且保冷材料外觀質量滿足要求開始擺放泡沫玻璃磚,規格620 mm×480 mm×100 mm,共計3層,層與層之間單獨擺放。確定好中心線和高度線,以控制施工過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,以及兩個排列方向及上下層磚之間錯縫準確。應確定儲罐東西(或南北)徑向為中心線,各層泡沫玻璃磚的標高線,泡沫玻璃磚塊間縫隙≤2 mm,磚的兩個排列方向及上下層磚之間錯邊應≥100 mm,且相鄰兩層泡沫玻璃塊應相互跨中交錯鋪設。最上層泡沫玻璃磚上表面鋪設一層SBS瀝青氈,在靠近環梁處要盡量貼合環梁內側的輪廓,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干沙找平層施工應將干沙鋪設均勻,并用刮桿將表面刮平。干沙施工鋪設壓實后達到45 mm厚度,且與外圈的環梁結合密切。表面平面度在3 000 mm范圍內≤3 mm,光面光滑、無起毛、起砂、起層現象。

6 水壓及氣壓實驗

6.1 水壓實驗

通過配置注水管線對儲罐進行注水實驗,注水速度≤1 m/h,注水過程中應觀察儲罐沉降,從開始到水位實驗高度的時間段內跟蹤觀察內罐底板沿周情況,每隔4 h進行觀測1次。

6.2 氣壓實驗

將空氣通入罐內,當壓力緩慢上升到3/4實驗壓力(14.1 kPa)時,保壓15 min,繼續加壓至實驗壓力(18.75 kPa),至少保壓60 min;壓力實驗期間應每隔15 min記錄1次壓力。實驗結束后將氣壓降低到儲罐設計壓力15 kPa,用皂泡法檢查罐頂所有套管與蓋板間的角焊縫。

7 結論

通過對5 000 m3常壓低溫液氨儲槽制作、施工過程中的質量控制,在預制過程、組裝過程、焊接過程、儲罐幾何檢查及充水實驗的每一道工序中做好質量控制,實現了安裝后儲罐質量良好,順利通過驗收并安全投入使用。