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20000m


静设备   

石油化工设备技术 , 2007 , 28( 5)· 19 · Petr o -Chemical Equipment T echnology

20000m3 常压低温立式圆筒形储罐的建造
张林林 , 崔文勇
( 北京化工大学 , 北 京 100029)   摘  要 : 常压低温立式圆筒形储罐在石化 行业

被广泛的 使用 , 其 存储介质 独特 , 建 造工艺 要求严 格 。 结 合广西某能源公司一台 20000m 3 低温储罐( 单壁 ) 建造过 程 , 归 纳了该 类储罐 的施工 方法和 技术特点 , 为 该 类低温储罐的建造提供参考 。 关键词 : 低温储罐( 单壁) ; 施工方法 ; 技术特点 中图分类号 : T E988  文献标识码 : B  文章编号 : 1006 -8805( 2007) 05-0019-03

  随着科学技术的不断发展 , 在常压下利用低 温储罐储存物料的技术日臻成熟 , 目前国内低温 储罐的建设日益增多 。 常压低温储罐具有许多优 点: 存储压力低 , 安全性能好 ; 易实现大型化 , 占地 面积少 , 降低储存成本 ; 结构简单 , 施工容易 , 降低 建设成本 。 本文以广西某能源公司建造的一台 20000m
3

宽度为 190mm , 立板 高 度为 140m m , 板厚 均为 10m m , 材质为 09M nNiDR , 焊接 在壁板内 侧 , 总 重 5. 7t 。 拱顶板由材质为 Q235 -A 、 板厚为 8mm 的拱顶中 心板和 22 块材质 为 09M nNiDR 、板厚 为 24m m 、板 宽为 600mm 的罐顶 弧形边 缘板组 成。 为了减少脚手架工作量和高空作业机会 , 本 储罐采用液压顶升倒装法 。 所有焊缝焊接采用手 工电弧焊 。 2  焊接工艺评定 09M nNiDR 钢的焊接工艺评定按 JB 4708 — 2000《钢制压力容器焊接工艺评定》 的有关规定进 行 , 评定焊接接头中焊缝金属和热影响区的低温 韧性 。 试板的焊接采用手工电弧焊 。 焊接试板选

常压低温立式圆筒形储罐为例 , 介绍该类储罐建 造的技术特点 。 储罐依照 API 620 《大型低压储 罐设计与建造》 及附录 R 、HG 20584 — 1998《 钢制 化工容器 制 造技 术 要求 》 和 SH / T 3537 — 2002 《立式圆筒低温储罐施工技术规程》 等相关标准规 范设计 、 建造 、 验收 。 1  概况 该储 罐 容 积 为 20000m , 罐 体 内 径 为 34000mm , 设计温度为 -45 ℃, 设计压力为0 . 018 MP a 。 罐壁为单层 , 采用聚氨酯泡沫做保冷层 , 厚 度 150m m 。 设备总重 586 . 36t 。 设计储存物料为 液氨和气氨 。 壁板高度为 24260m m , 拱顶高度为 5990mm , 储罐总 高度 为 30712m m , 储 液高 度为 22112mm 。 罐底板 为搭接 , 材质 为 09MnNiDR , 搭接宽度均为 50mm , 中幅板板厚 10m m , 边缘板 板厚 12mm , 底板铺 设直径 为 34200mm , 底板总 重为 78t 。 壁板 共 10 圈 , 材 质均为 09MnNiDR , 壁板由第一圈至最顶圈依次为 P-1 、P-2 ~ P-9 , 其 中 P-1 ~ P-9 的板厚依次为 22 、20 、18 、16 、14 、12 、 10 、 24mm , 其中 P-7 有两圈 , P-9 为罐壁 承压圈 , 壁板总重为 317 . 4t 。 罐壁设加强圈两圈 , 分别安 装在 14460m m 和 20860mm 高度处 , 加强圈环板
3

用 20m m 厚的板材( 舞阳钢铁公司生产) , 供货状 态为 正 火 态 , 组 织 为 铁 素 体 + 少 量 珠 光 体 , 09M nNiDR 钢板符合 GB 3531 —1996《低温压力 容器用低合金钢板》 的要求 。 其化学成分及力学 性能见表 1 和表 2 。
表 1  09MnNiDR 钢的化学成分
C 0. 09 Si 0. 26 Mn 1. 4 S 0. 003 P 0. 009 Ni 0. 45 Nb 0. 02

w,%
Al 0. 38

收稿日期 : 2007-05 -10 ; 修改稿收到日期 : 2007 - 06-18 。 作者简介 : 张林林 ( 1980 ) , 男 , 安 徽绩 溪人 。 2003 年毕 业 于北京化工大学 , 获工 学学士学 位 。 2003 — 2004 年 , 就职 于 合肥通用机械研究院 , 从事石 化设备设 计 。 2004 年至今 , 北 京化工大学硕士研究生在读 , 主要从事大型储罐抗震研究 工 作。

· 20 ·

石  油   化  工  设  备  技  术 表 2  09MnNiDR 钢的力学性能

2007 年  

施:
冷弯 D =2t α = 180° 合格

σ s/ M Pa 395 , 412 , 109

σ b/ M Pa 505 , 513 , 123

δ ,% 30 , 38 , 31

A KV / J ( -70 ℃ ) 109 , 156 , 137

( 1)采用较小的线能量 , 焊接时采用快速多 道焊以减少过热 , 通过多层焊的重熔作用细化晶 粒[ 1] ; ( 2)底层第一道焊接电流稍小些 , 避免龟裂 ; 层间温度控制在 100 ~ 200 ℃; ( 3)适当加大坡口角度 , 以便增加焊道数 ; ( 4)为了控制焊道厚度 , 选用了直径较小的 焊条( 3 . 2m m ~ 4 . 0mm ) 。 焊接试 板经 检验合 格后 , 按 JB 4744 — 2000 标准的规定进行力学性能试验( 包括拉伸 、 弯曲和 低温冲击试验) , 试验结果合格 , 见表 5 。
表 5  焊接试样的 力学性能试验结果

  试验采用 W707Ni 焊条( 天津大桥焊条厂生 产) , 符合 GB/ T 5118 —1995 , 其化学成分及力学 性能见表 3 和表 4 。
表 3  W707Ni 焊条的化学成分
直径/ mm 3. 2 4. 0 C 0. 07 0. 08 Si 0. 31 0. 38 Mn 0. 89 0. 69 S 0. 007 0. 008 P 0. 014 0. 016

w,%
Ni 2. 75 2. 62

表 4  W707Ni 焊条的力学性能
直径/ mm 3. 2 4. 0 σ s/ M Pa 512 478 σ b/ M Pa 627 573 δ ,% 30 28 A KV / J( -70 ℃ ) 73 58

焊接 位置 横焊 立焊

拉伸试验 σ b / M Pa 555 , 550 540 , 550

冲击值( -70 ℃ ) A KV / J 焊缝区 热影响区

180 ° 弯曲试验

161 , 125 , 133 227 , 239 , 245 无裂纹 , 合格 103 , 135 , 120 239 , 221 , 250 无裂纹 , 合格

   试 验 用 母 材 及 焊 材 选 定 后 , 考 虑 到 09M nNiDR 低温 钢 的焊 接特 点 , 采 取了 以 下措

  经过试验 , 筛选出了合适的焊接工艺参数 , 见 表 6。

表 6  对接接头焊接工 艺参数
焊接位置 层间位置 第1层 2~ 5 层 第1层 2~ 5 层 手工焊 W707N i 焊接方法 焊条 牌号 直径/ mm 3. 2 4. 0 3. 2 4. 0 电流/ A 90 ~ 95 120 ~ 130 90 ~ 95 145 ~ 150 22 ~ 24 电压/ V 焊接速度 / 线能量/ ( cm · min -1 ) ( k J · cm -1) 7~ 8 6~ 7 7~ 8 15 ~ 20 12 . 2 18 . 0 12 . 2 18 . 0 100 ~ 200 层间温度/ ℃

横焊

立焊

3  低温储罐的建造施工 3. 1  罐底板的安装 底板焊接要充分考虑到焊接变形因素 , 采用 变形量小的焊接工艺和焊接顺序 。 根据需要 , 罐 底板安装制定如下焊接顺序
[ 3 , 4]

头; 焊缝距边板 600m m 段做封闭焊缝处理 , 在最 后焊接 。 壁板与边缘板之间的大角焊缝由两组工人在 罐内外沿同一方向同时分段焊接 , 为了减少热输 入 , 罐内焊接的焊工超前约 500m m , 大角焊缝第 一道采用跳焊或退焊法 。 3. 2  罐壁板的安装 此次罐体壁板安装 , 因其位置在海边 , 风大 , 不适合用气吹倒装法施工 , 故采用液压提升倒装 法施工 。 经过现场实际施工验证 , 此施工方法质 量好 , 操作简单方便 , 施工进度快 , 安全可靠 , 施工 成本低 。 操作方法 : 在已经安装好的两圈壁板内侧 , 均 布 36 个液压顶升动作机构 , 在需顶升的壁板底部 安装胀圈 , 并将胀圈与壁板焊接固定 , 再将顶升装

:

边缘板间对接焊缝径向外段焊接长 300mm 左右 —中幅板搭接短缝焊接 , 采用隔缝跳焊 —中 幅板搭接长焊缝焊接 , 采用隔缝跳焊 —龟甲区焊 缝焊接 — 纵向板和环向板焊接 , 采用隔缝跳焊 — 边缘板对接焊缝收尾 —龟甲缝的焊接 — 龟甲区剩 余焊缝收尾 。 在焊接中幅板时 , 应由中心向四周焊接短焊 缝 , 再焊接长焊缝 。 短焊缝第一道采用退焊法 ; 长 焊缝第一道由中间向外 400m m 左右的长度进行 跳焊 , 第二道仍采用跳焊法 , 但应注意避开焊接接

 第 28 卷第 5 期

张林林等 .20000m 3 常压低温立式圆筒形储罐的建造

· 21 ·

置的下部分与底板焊接加固 , 将液压顶升动作机 构下部的中心拉柱与胀圈连接牢靠 , 启动液压站 , 液压顶升装置将整个罐顶部分向上顶升 , 直到预 定的高度( 比下一圈壁板略高) , 再组对安装完下 一圈壁板后 , 松开胀圈胀紧装置 , 使胀圈与罐体分 离即可 , 通过液压控制系统 , 使液压装置拉杆和胀 圈向下运行回程到下一圈壁板位置 , 胀紧胀圈 , 焊 好传力筋板 , 再进行顶升 。 如此反复 , 使已装好的 罐体上升 , 直到最后一圈板组焊完成 。 壁板焊接 : 罐体每带有 11 道纵缝 , 由 11 名焊 工同时施焊 。 打底焊采用直径 3 . 2mm 的焊条由 下向上跳焊 , 填充盖面焊道和封底焊道应根据每 带壁板厚度采用直径 3 . 2mm 或直径 4 . 0m m 的 焊条焊接 。 采用单面坡口型式 , 正面填充层焊接 完后 , 在背面清根 、 打磨后焊接封底焊道 , 最后再 焊接盖面层 。 壁板环焊缝分成 11 段 , 由 11 名焊 工沿同一方向同时施焊 , 焊接方法及坡口型式与 纵缝相同 。 3. 3  罐顶的安装 拱顶骨架安装 : 先安装罐顶中心圈立柱 。 待 中心圈立柱安装完毕 , 再对称吊装已预制好的拱 顶骨架 , 并且螺栓连接 。 拱顶骨架吊装完毕 , 并检 查组合尺寸合格后 , 对称分区焊接骨架 。 拱顶板安装 : 拱顶骨架焊接完毕后 , 安装拱顶 板 。 拱顶板采用扇形板 , 这样方便安装 。 缺点是 这样排板比较费料 。 平吊顶板安装 : 顶骨架及承压圈安装完后 , 搭 设平台 、 脚手架至安装平吊顶板高度 。 在脚手架 上组对板和角钢圈 , 平吊顶边缘板不组装 , 留作液 压顶升装 、工机具设备 、人员进出通道 , 待平吊顶 边缘板不影响液压顶升装正常工作后 , 再将边缘 板安装完毕 。 吊顶板吊架 、 角钢圈预制安装于顶 骨架上 。 4  检验检测 大型常压低温储罐的检验 、 检测方法有 : X射 线无损检测 、 真空试漏和水压试验三种 。 罐顶 、 罐 底、 大角焊缝及罐壁板的焊接等重要工序 , 需在焊 接完成后立刻进行检验检测工作 。 钢板的检查 : 所有低温用钢板应逐张进行超 声波探伤 , 并应符合 JB 4730 — 1994 《压力容器无 损检测》 中 Ⅱ级的规定 。 焊缝的外观检查 : 符合 AP I 620《大型低温焊
[ 2]

接储罐设计与结构》 、 H G 20584 — 1998《钢制化工 容器制造技术要求》 、SH / T 3537 —2002《立式圆 筒形低温储罐施工技术规程》 中的要求 。 壁板检查 : 壁板焊接完毕后 , 进行外观尺寸检 查 , 结果都在要求范 围内 。 罐壁 A 类 、B 类焊缝 按焊接工艺评定进行 X 射线检测 , 一次合格率在 98 %以上( 按拍片总数记) 。 大角焊缝检查 : 采用 100 %磁粉检查 , 应全部 合格 。 底板检 查 : 底 板焊 接 完 毕 , 搭接 焊 缝 进 行 100 %真空试漏检测 , 应全部合格 。 水压试验 : 充水分阶段进行 , 分别在 1/ 2 , 3/4 和水压试验高度( 22100m m ) , 观察各阶段基础沉 降 , 均合格 。 封闭放空口继续缓慢进水 , 罐顶压力 ( 表) 达到 0 . 018M Pa 时停止进水 , 对罐顶进行检 查 , 罐顶无异常变形 , 焊缝无泄漏 。 稳定性试验 : 气密性试验合格后 , 用放水的方 法进行稳定性试验 。 试验时应缓慢降压 , 达到 490P a( 50mm H 2 O ) 时 , 罐顶无异常变形 。 试验 后 , 立即打开放空口 , 使罐内压力恢复到常压状 态。 试验工作结束后 , 将罐内试压水放净 , 待罐内 完全风干后 , 开始安装密封装置 。 对储罐进行保 冷工作 , 最后对罐体充氮气保护 。 5  结论 由于常压低温立式圆筒形储罐相对于其他的 储存设备有其独特的优越性 , 因此国内外兴起建 设该类低温储罐 。 本次低温储罐的成功建造 , 说明我国完全有 能力设计 、 建造低温储罐 , 为国内各单位今后建造 该类低温储罐提供了经验 。 同时也说明国内生产 的低温用钢材和焊接材料能够满足大型低温储罐 的建造要求 。 参考文献 :
1   王厚 军 .09M nN iD R 20000m 3 丙 烷低 温 储 罐的 焊 接 [ J] .石油工程建设 , 2002 ,( 10): 37 ~ 40 2  彭京旗 .大型 L NG 低温储罐 施工技术[ J] .石油工 程 建设 , 2005 , ( 8) : 37 ~ 40 3  贺贵仁 .低温罐 现场 主体安 装工 艺[ J] .石油 工程 建 设 , 2005 , ( 10): 30 ~ 33 4  董新 .液化气低 温罐 及其施 工技 术[ J] .石油 工程 建 设 , 1996 , ( 5) : 37 ~ 40


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