金属储罐的特点与焊接安装方法

摘要：金属储罐是在常压或微内压条件下储存液态物料的非标准设备，在机电安装工程中或石油化工行业中占有很大份额。金属储罐有多种品种和类型，结构复杂，质量要求高，而且不同的焊接工艺及顺序会影响安装技术性能和质量特点。文章对储罐的特点和焊接安装方法及检查验收等方面进行了分析。

关键词：金属储罐；装配精度；焊接安装方法；机电安装；液态物料 文献标识码：A

中图分类号：TG44 文章编号：1009-2374（2016）20-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.036

储罐按其制造材质可以分为金属储罐和非金属储罐。金属储罐介质具有可燃、易燃、有毒、有腐蚀性、危险性大和现场安装施工程序复杂、质量要求高等特点。

1 金属储罐的分类

储罐根据顶部结构的不同，可分为三种类型：固定顶、浮顶和内浮顶储罐。

1.1 固定顶储罐

罐顶周边与罐壁顶端固定连接的储罐，主要包括拱顶罐、锥顶罐、悬链式罐等，后两种现已很少使用。自支承拱顶就是拱顶罐，罐顶结构为球冠形，罐体形状为圆筒形，拱顶中间没有支撑，罐壁四周承受荷载。有带肋壳和网壳拱顶两种结构。带肋壳拱顶罐拱顶球面的曲率半径一般为罐直径的0.8～1.2倍，拱顶由4～6mm的薄钢板和支撑筋组成。罐顶板焊接多采用搭接焊。优点是易施工、低造价。网壳顶拱顶罐由网格状空间杆件系组成的球面网架拱壳承载顶面荷载。网壳顶由网状壳、边环梁、蒙皮三大组成部分。钢制网壳重量较大，大型储罐一般采用铝合金材料网壳。特大型拱顶罐尤其是特大型内浮顶罐已较多采用网壳顶结构。

1.2 浮顶罐

罐顶盖浮在罐壁内的液面上并随液面升降，在罐顶与罐内壁接触的环形空间装有密封装置，目的是可防止或减少罐内液体蒸发损失，也称外浮顶。大型储罐大多采用外浮顶。单盘式和双盘式是浮顶储罐的两种常用类型，各有其不同的结构和特征。浮顶具有较好的稳定性，能承受较大载荷，绝热性能较好，但费钢材。

内浮顶储罐是由拱顶罐内部增设浮顶而成。这种罐主要用来储存航空汽油、航空煤油等，有日趋推广的趋势。漂浮在罐内液面上的浮动顶盖内浮顶，其类型有三种：钢制式、铝制装配式和非金属整体式内浮顶。

2 金属储罐的焊接

2.1 罐底焊接顺序与工艺措施

2.1.1 焊接原则。采用收缩变形最小的焊接工艺及焊接顺序，压力容器焊接同时进行焊接试板制作。

2.1.2 罐底焊接。中幅板焊缝：先焊罐底边缘板靠边缘的300mm处对接焊缝，接着焊壁板与罐底相连的角焊缝，再焊剩余边缘板对接焊缝，最后焊收缩缝（边缘板与中幅板之间）。

2.1.3 焊接顺序与焊接变形控制措施。

中幅板焊接：焊条电弧焊可用在搭接焊接接头上。短焊缝先焊，长焊缝后焊。分段退焊或跳焊法适用于初层焊道。

边缘板焊接：焊工均匀分布、对称施焊这种方法适用于对接焊缝的初层焊；分段退焊或跳焊法适用于中幅板与罐底边缘板之间的第一层收缩缝焊接。

罐壁与罐底焊接：由数对焊工均匀对称分布，从罐内、外沿同一方向进行分段角焊。对于初层焊道采用分段退焊或跳焊法。

2.2 罐壁焊接

2.2.1 焊条电弧焊焊接罐壁的顺序和工艺特点。相邻两圈壁板的纵焊缝先焊，其间的环焊缝后焊。焊工沿同一方向均匀分布施焊。

2.2.2 自动焊接工艺要求。纵焊缝应自下而上气电立焊。埋弧自动焊焊接对接环焊缝，焊机沿同一方向均匀分布施焊。

2.3 金属储罐安装程序和方法

2.3.1 安装方法类型。

正装法：自下而上依次组焊罐壁板，后焊顶面壁板、抗风挡圈及顶端角钢等。大型浮顶罐常用此法焊接。包括水浮正装法、架设正装法（包括外搭脚手架正装法、内挂脚手架正装法）等。

倒装法：先铺设、焊接罐底板，再焊顶面壁板、包边角钢及罐顶，最后自上而下依次组焊各层壁板，直到底层壁板。包括中心柱组装法、边柱倒装法（有液压顶升、葫芦提升等）、充气顶升法和水浮顶升法等。

2.3.2 金属储罐的常用组装方法的基本程序和要求。

第一，外搭脚手架正装法。脚手架随罐壁板升高而逐层搭设；当纵向焊缝采用气电立焊、环向焊缝采用自动焊时，脚手架不得影响焊接操作；采用在壁板内侧挂设移动小车进行内侧施工；采用吊车吊装壁板。这种架设正装法和内挂脚手架正装法适合于大型和特大型储罐，便于自动焊作业。

第二，内挂脚手架正装法。在壁板内侧沿四周挂上一圈铺设跳板的三脚架（组成环形脚手架），操作人员即可在跳板上组对安装上一层壁板；在已安装的最上一层内侧沿圆周按规定间距在同一水平标高处挂上一圈三脚架，铺满跳板，跳板搭头处捆绑牢固，安装护栏；搭设楼梯间或斜梯连接各圈脚手架，形成上、下通道；一台储罐施工宜用2层至3层脚手架，1个或2个楼梯间，脚手架从下至上交替使用；在罐壁外侧挂设移动小车进行罐壁外侧施工；采用吊车吊装壁板。

第三，水浮正装法。一般用于浮顶罐的施工。其程序和要求：罐底板、底圈壁板、第二圈罐壁板施工完毕，底圈壁板与底板的大角缝组焊完毕并检验合格后，把完成的罐体作为水槽。浮船在罐体内组焊，施工完成后检验质量达到合格，利用浮船作为内操作平台；设置罐壁移动小车或弧形吊栏，进行罐壁外侧作业；采用吊车吊装或在浮船上设置吊杆吊装壁板；设置浮船导向装置；向罐内充水，使浮船浮升到需要高度，逐圈组装第三圈及以上各圈壁板；壁板组装前、组装过程中、组装后按设计规定进行沉降观测。

第四，边柱提升倒装法。采用罐壁内侧均匀分布的提升机构的边柱提升临时胀紧固定在罐壁板下部的胀圈，胀圈使上节壁板一同上升到设定高度，组焊第二圈壁板。胀圈然后被松开，降到第二圈壁板下部胀紧、固定后再升起。如此反复，直到组焊完成。

液压倒装法的程序与要求：（1）沿罐壁内侧周向均匀分布提升架，液压千斤顶装在提升架上。提升架高度应比最大提升高度大1000m左右，背向壁板一侧设置防倾覆斜拉杆。千斤顶的总额定起重量应大于提升罐体的最大重量及附加重量（由此确定千斤顶的数量和提升架的间距）；（2）罐内通道人员进出方便；（3）用千斤顶或加紧丝把胀圈与罐壁胀紧；（4）平稳起吊，各起吊点同步上升。

边柱葫芦提升倒装法程序与要求：可采用手拉或电动葫芦提升动力。提升柱设置在罐壁板内侧沿周向均匀分布，在提升柱顶部设置手拉或电动葫芦。根据提升需要的最大重量计算确定提升柱的数量、结构、规格。

3 金属储罐的检查与验收

焊接的残余应力和变形影响金属储罐的承载能力和制造精度。为降低焊接应力和残余变形，应从焊接方法、焊接工艺及装配程序等多个方面来考虑并采取有效的措施。按照安全性、经济性、先进性和适用性的原则，由经验丰富的焊接质量工程师进行焊接工艺评定，再由资质合格有效的焊接人员根据评定合格的焊接工艺操作书施焊。对人、机、料、法、环复合因素进行单项和综合检查，形成焊前、焊中和焊后检查。

3.1 焊前检查

焊前检查包括但不局限于如下五点：（1）焊工资格与实际焊接相匹配并在有效期内。特别强调焊工操作证有效期内中断焊接工作达6个月，需重新进行焊工的资格考试；（2）焊机型号、电源极性符合工艺要求，焊距、电缆、气管和辅助工具、安全防护配备齐全；（3）母材、焊条、焊剂、保护气体、电极符合国家标准；（4）焊接结构设计、技术文件和工艺要求设计合理、齐全、清晰，易于施焊、便于指导，保证质量，新材料、新产品、新工艺施焊前应进行焊接工艺试验；（5）在环境恶劣的焊接场所应采取可靠防护措施。

3.2 焊中检查

（1）焊接过程中应执行焊接工艺相关要求，包括焊接方法、材料性能、规范要求、施焊顺序、变形及温度控制；（2）多层焊层间如果存在裂纹、气泡、夹渣等缺陷，缺陷清除如何；（3）焊接电源、送丝（行走）机构、滚轮架、焊剂托架、冷却装置等焊接设备是否正常运行。

3.3 焊后检查

3.3.1 外观检查。（1）低倍放大镜或肉眼观察表面缺陷：咬边、夹渣、气孔、裂纹等；（2）焊接检验尺检查：焊缝余高、焊瘤、凹陷、错口等；（3）检查焊件变形程度。

3.3.2 灌水试验。灌水试验检验焊件的严密性和泄漏性。利用洁净淡温水试验（≥5℃）（对于不锈钢罐，对水的要求更高，水中氯离子含量≤25PPM）。在试验中应在罐壁下部每隔大约10m观测基础沉降（观测点数宜为4的倍数）。若发生不符合设计文件的沉降，应暂停充水，待处理后可进行下一步试验。

3.4 灌水试验项目、方法及合格标准

3.4.1 罐底。灌水观察罐底周边，检验其严密性，不渗漏为合格。

3.4.2 罐壁。灌水到最高设计液面，保持48h，试验罐壁强度及严密性，不渗漏、不变形为合格。

3.4.3 固定顶。罐内灌水到最高设计液位下1m，封闭所有开孔，慢充水升压到试验压力时，暂停充水，将肥皂水涂在罐顶检査强度及严密性。罐顶无异变、焊头无渗漏为合格。然后放水，缓慢降压，达到负压值时，停止放水，观察罐顶检验稳定性，试验后将罐顶孔通大气，升到常压，无异常变形为合格。

3.4.4 浮顶罐升降试验。充水、放水时检查浮顶升降、导向机构、密封装置及自动通气阀支柱，检査浮顶、内浮顶与液面接触部分。升降、转动和导向机构平稳、灵活和无卡涩为合格。浮顶与液面接触部分无渗漏为合格。

3.5 无损检测

在焊缝检查和验收过程中还会用到无损检测的一些方法：射线探伤、超声波探伤、渗透探伤、磁性探伤、涡流探伤以及超声波衍射时差法等。

无损检测方法的选用原则为：

储罐壁厚≤38mm时，用射线检测对接接头，由于结构因素，无法使用射线检测时，便使用可记录的超声检测。容器壁厚>38mm时，如用射线检测对接接头，对每条焊缝及所有焊缝交叉部位还应附加局部（为原检测比例的20%）超声检测。

对不能进行射线或超声检测的角接接头和T形接头，应全部做表面检测。铁磁性压力容器的表面检测应优选磁粉检测。有色金属制压力容器对接接头应尽量采用射线检测。

安装结束后的金属储罐通过以上检验项，全部合格才可准予使用。

参考文献

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[2] 孙晋坡.大型储罐设计[M].上海：上海科学技术出版社，2009.

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