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[摘 要]介绍了石油储罐建设中常应用的储罐安全及焊接技术，分析了储罐焊接应力的产生、焊接过程中出现变形原因，并提出了储罐焊接变形对策及底板焊接变形控制措施，为今后石油储罐的安全建设提供参考指导。
[关键词]石油储罐；安全技术；焊接原因；对策
中图分类号：G44T0 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2018）19-0359-01
石油储罐是存储和运输原油及其相关制品的重要设施。石油储罐的建设一般工作量较大，技术应用也普遍较多，其中最为常见的安全设计、储罐焊接技术等。这些技术的应用使储罐建设日渐完善，但是在实际操作过程中也存在不足，有待于我们去进一步创新和完善。
一、储罐的安全设计
（1）储罐材质的选择。我国各大油田的原油储罐通常选用铸铁、不锈钢和铝合金作为安全附件。但铸铁材质不适用于硫化氢含量高的原油储集，因为会产生硫化亚铁，而硫化亚铁化学性质不稳定，易氧化而且自然点低，极易造成安全隐患。铝合金材质通常用于呼吸阀阻火器、液压安全阀等安全附件，但其在高含硫的情况下也易造成腐蚀，且能通过一系列化学过程置换出单质硫，会导致硫化亚铁自燃，造成破坏。因此也不宜在富含硫化氢的环境中应用。不锈钢表面存在铬，可行形成氧化膜，起到耐腐蚀的作用。在钢材的选择过程中要对其平整度和内应力以及质量稳定性进行分析，然后进行选择。
（2）消防系统的设计。储罐消防系统应围绕应急处置能力进行设计，一旦有火灾事故发生，能够及时防止火灾的进一步扩大和蔓延，从而控制火情。让消防系统实现一级负荷供电的要求，一旦出现紧急情况可立即进行消防泵对启动，确保储罐区域的安全。火灾发生后要对着火区域周围的油罐和浮顶罐进行降温，在此过程中极易为扑救火灾造成一定的阻碍，因此增加防火堤的有效容量和设计等级，合理分布储罐间距，从而降低发生火灾后热辐射的影响。对罐壁式泡沫灭火系统进行改进，降低环境因素所造成的影响，将泡沫装置安装在储罐底部，利用泡沫的上浮后将燃烧液面进行覆盖，既有利于灭火又能实现原油的冷却，从而保证储罐的安全。
二、储罐焊接变形原因
2.1 焊接应力的产生
在大型立式储罐焊接过程中，残余应力和残余应力场产生的主要原因是，焊接后冷却时，热影响区冷却快，很快进入弹性状，而焊接区温度高处于塑性状态，此时焊接区收缩较热影响区慢，焊接区阻碍热影响区收缩，焊接区仍受压力热影响区受拉应力，但焊接区处于塑性状态，焊接处的塑性墩粗，松弛了此应力。随着热影响区温度不断降低，冷却速度变慢。当焊接区冷却速度高于热影响区时，焊接区收缩较快，热影响区阻碍它的收缩，应力方向发生变化，焊接区受拉应力，热影响区受压应力。当焊接区也进入弹性状态后，因没有塑性变形，焊接区随着温度的降低所受的拉应力越来越大。当储罐工作时，外加应力与焊接残余应力叠加，很容易造成叠加应力超过屈服极限而破坏。尤其是大型立式储罐的接管、清扫孔、人孔部位往往发生几次焊接过程叠加，如罐壁与管线焊接，罐壁与加强板焊接，这些部位所产生的残余应力及应力场最大，这种应力在一定的条件下影响着储罐的使用性能、疲劳强度及尺寸稳定性，有时甚至导致裂纹和应力腐蚀，对盛装成品油的立式容器，其危害性更大，往往造成意想不到的后果。
2.2 储罐焊接变形
石油储罐是一种管壁相对较薄的容器，这种容器的焊接方法较多，但是在实际操作中也会遇到较多问题，其中焊接变形是最常见的技术问题之一。特别是在罐底部位，底板薄、焊缝多，是焊接变形问题的高发区。储罐焊接过程中出现变形问题的原因：
（1）径向收缩使中幅板应力发生变化或导致底边板角变形；
（2）接缝在焊接后沿着横方向收缩会直接对储罐壁产生应力导致变形。
（3）接缝焊接以后沿着纵向方向收缩产生应力造成变形。
（4）上述三种应力共同出现造成波浪变形，变形效果严重。
2.3 大角焊缝承受集中应力
大角焊缝指的是原油储罐的底圈壁与底边缘板之间的内角焊缝，其通常为T型。大角焊缝往往承受着集中的应力，是应力峰值区，无论液压引起的拉伸应力、弯矩，还是风载、地震等引起的剪切力和弯矩，都需要大角焊缝来承受。一般随着原油储罐内液体位置的上升和下降，大角焊缝周围底板会形成一定弹性变形，并且还可能会致使高应力循环疲劳破坏。所以在大角焊缝的设计中，不能将其设计成为全焊透结构，并且节点的刚性也不能设计得过大，而是应当从焊接工艺、焊缝结构以及探伤检测方法上来采取相应措施，从而尽量将大角焊缝处的峰值应力降到最低，并增加其柔韧性。
三、储罐焊接变形对策
（1）优化排板方式。排板方式的优化能有效减少焊接变形。在对石油储罐的焊接中，我们可以选择板幅较大的储罐建材，使焊缝以分散、对称的形式分布，最大程度上减少石油储罐焊接中出现的变形问题，保证焊接质量。
（2）提高焊接工人职业素质及操作技能，增强其质量意识。在石油储罐焊接中，通过优化提高相关焊接人员的自身技术水平，可以有效的降低石油储罐焊接中出现的变形问题。
（3）优化焊接设备。高性能的焊接设备能在一定程度上降低焊接变形几率，设备的使用也最好做到专机专用。木材和焊材的选择。为确保材料的可焊性好，专业的技术人员需要经过专门的计算、试验来进行确定。焊接环境和焊接工艺对储罐的焊接质量也有着重要影响，一些特殊的焊接材料需要在特定的环境下保存以营造良好焊接环境。焊接工艺的选择也需要综合考虑相关参数等信息。
（4）罐底板中幅板对接焊缝的焊接顺序，按隔条焊接原则，先焊接中、长焊缝，其次焊接短焊缝，然后焊接其问的廊板缝，依此类推。罐底板的焊接原则：先焊短焊缝，后焊中长焊缝，然后焊接通长焊缝（即廊板缝），预留收缩缝（即龟甲缝），待罐底大角焊缝焊接完毕再进行收缩缝的焊接。罐底板的焊接顺序：由于排板时中幅板由中心向四周对称排列，因此，焊接时应由中心向四周对称焊接，采用分段退焊，焊接时焊工均匀分布，等速、等参数同步施焊。中幅板与边缘板的焊接方法：底板中幅板与边缘板对接焊缝的焊接采用焊条电弧焊打底，埋弧焊盖面。打底焊采用焊条LB一62，盖面焊采用焊丝US一49、焊剂MF一38A。中幅板对接焊缝的焊接：中幅板每条焊缝焊接前，沿焊缝长度方向用12m长的12#工字钢进行加固，待焊接完毕拆除。焊条电弧焊打底的起始点距丁字缝500mm（这部分暂不焊，待大角焊缝焊后、焊接龟甲缝之前再完成），埋弧焊起始点距打底焊的起始点100mm。
（5）底板焊接变形控制。由于合理的焊接方法减小了焊接热输入，同时在中幅板焊缝焊接前，采取了沿焊缝长度方向进行，刚性固定以及在所有焊缝两端加防翘曲的垫板等措施，另外，焊接每条焊缝之前，每隔3m，垂直于焊缝方向用长度约为800mm的背杠进行加固，待整条焊缝全部焊完并彻底冷却后拆除背杠，可有效地减小了中幅板焊接后的波浪变形。
三、结束语
石油储罐安全设计、防焊接变形是石油储罐建设中的关键问题。伴随着油田的发展，储罐建设技术确实有很大的进步，但在因素分析、材质选择、设备检测以及措施防护方面与国际的先進技术还有一定的差距，要想实现先进性要求还要合理提升储罐建设标准，从选质、储罐及安全附件设计、消防系统以及安全设施等方面进行改进，采用了有效的防变形措施，严格执行焊接工艺规范，严格控制焊接顺序，从而保障原油存储的安全。
[关键词]石油储罐；安全技术；焊接原因；对策
中图分类号：G44T0 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2018）19-0359-01
石油储罐是存储和运输原油及其相关制品的重要设施。石油储罐的建设一般工作量较大，技术应用也普遍较多，其中最为常见的安全设计、储罐焊接技术等。这些技术的应用使储罐建设日渐完善，但是在实际操作过程中也存在不足，有待于我们去进一步创新和完善。
一、储罐的安全设计
（1）储罐材质的选择。我国各大油田的原油储罐通常选用铸铁、不锈钢和铝合金作为安全附件。但铸铁材质不适用于硫化氢含量高的原油储集，因为会产生硫化亚铁，而硫化亚铁化学性质不稳定，易氧化而且自然点低，极易造成安全隐患。铝合金材质通常用于呼吸阀阻火器、液压安全阀等安全附件，但其在高含硫的情况下也易造成腐蚀，且能通过一系列化学过程置换出单质硫，会导致硫化亚铁自燃，造成破坏。因此也不宜在富含硫化氢的环境中应用。不锈钢表面存在铬，可行形成氧化膜，起到耐腐蚀的作用。在钢材的选择过程中要对其平整度和内应力以及质量稳定性进行分析，然后进行选择。
（2）消防系统的设计。储罐消防系统应围绕应急处置能力进行设计，一旦有火灾事故发生，能够及时防止火灾的进一步扩大和蔓延，从而控制火情。让消防系统实现一级负荷供电的要求，一旦出现紧急情况可立即进行消防泵对启动，确保储罐区域的安全。火灾发生后要对着火区域周围的油罐和浮顶罐进行降温，在此过程中极易为扑救火灾造成一定的阻碍，因此增加防火堤的有效容量和设计等级，合理分布储罐间距，从而降低发生火灾后热辐射的影响。对罐壁式泡沫灭火系统进行改进，降低环境因素所造成的影响，将泡沫装置安装在储罐底部，利用泡沫的上浮后将燃烧液面进行覆盖，既有利于灭火又能实现原油的冷却，从而保证储罐的安全。
二、储罐焊接变形原因
2.1 焊接应力的产生
在大型立式储罐焊接过程中，残余应力和残余应力场产生的主要原因是，焊接后冷却时，热影响区冷却快，很快进入弹性状，而焊接区温度高处于塑性状态，此时焊接区收缩较热影响区慢，焊接区阻碍热影响区收缩，焊接区仍受压力热影响区受拉应力，但焊接区处于塑性状态，焊接处的塑性墩粗，松弛了此应力。随着热影响区温度不断降低，冷却速度变慢。当焊接区冷却速度高于热影响区时，焊接区收缩较快，热影响区阻碍它的收缩，应力方向发生变化，焊接区受拉应力，热影响区受压应力。当焊接区也进入弹性状态后，因没有塑性变形，焊接区随着温度的降低所受的拉应力越来越大。当储罐工作时，外加应力与焊接残余应力叠加，很容易造成叠加应力超过屈服极限而破坏。尤其是大型立式储罐的接管、清扫孔、人孔部位往往发生几次焊接过程叠加，如罐壁与管线焊接，罐壁与加强板焊接，这些部位所产生的残余应力及应力场最大，这种应力在一定的条件下影响着储罐的使用性能、疲劳强度及尺寸稳定性，有时甚至导致裂纹和应力腐蚀，对盛装成品油的立式容器，其危害性更大，往往造成意想不到的后果。
2.2 储罐焊接变形
石油储罐是一种管壁相对较薄的容器，这种容器的焊接方法较多，但是在实际操作中也会遇到较多问题，其中焊接变形是最常见的技术问题之一。特别是在罐底部位，底板薄、焊缝多，是焊接变形问题的高发区。储罐焊接过程中出现变形问题的原因：
（1）径向收缩使中幅板应力发生变化或导致底边板角变形；
（2）接缝在焊接后沿着横方向收缩会直接对储罐壁产生应力导致变形。
（3）接缝焊接以后沿着纵向方向收缩产生应力造成变形。
（4）上述三种应力共同出现造成波浪变形，变形效果严重。
2.3 大角焊缝承受集中应力
大角焊缝指的是原油储罐的底圈壁与底边缘板之间的内角焊缝，其通常为T型。大角焊缝往往承受着集中的应力，是应力峰值区，无论液压引起的拉伸应力、弯矩，还是风载、地震等引起的剪切力和弯矩，都需要大角焊缝来承受。一般随着原油储罐内液体位置的上升和下降，大角焊缝周围底板会形成一定弹性变形，并且还可能会致使高应力循环疲劳破坏。所以在大角焊缝的设计中，不能将其设计成为全焊透结构，并且节点的刚性也不能设计得过大，而是应当从焊接工艺、焊缝结构以及探伤检测方法上来采取相应措施，从而尽量将大角焊缝处的峰值应力降到最低，并增加其柔韧性。
三、储罐焊接变形对策
（1）优化排板方式。排板方式的优化能有效减少焊接变形。在对石油储罐的焊接中，我们可以选择板幅较大的储罐建材，使焊缝以分散、对称的形式分布，最大程度上减少石油储罐焊接中出现的变形问题，保证焊接质量。
（2）提高焊接工人职业素质及操作技能，增强其质量意识。在石油储罐焊接中，通过优化提高相关焊接人员的自身技术水平，可以有效的降低石油储罐焊接中出现的变形问题。
（3）优化焊接设备。高性能的焊接设备能在一定程度上降低焊接变形几率，设备的使用也最好做到专机专用。木材和焊材的选择。为确保材料的可焊性好，专业的技术人员需要经过专门的计算、试验来进行确定。焊接环境和焊接工艺对储罐的焊接质量也有着重要影响，一些特殊的焊接材料需要在特定的环境下保存以营造良好焊接环境。焊接工艺的选择也需要综合考虑相关参数等信息。
（4）罐底板中幅板对接焊缝的焊接顺序，按隔条焊接原则，先焊接中、长焊缝，其次焊接短焊缝，然后焊接其问的廊板缝，依此类推。罐底板的焊接原则：先焊短焊缝，后焊中长焊缝，然后焊接通长焊缝（即廊板缝），预留收缩缝（即龟甲缝），待罐底大角焊缝焊接完毕再进行收缩缝的焊接。罐底板的焊接顺序：由于排板时中幅板由中心向四周对称排列，因此，焊接时应由中心向四周对称焊接，采用分段退焊，焊接时焊工均匀分布，等速、等参数同步施焊。中幅板与边缘板的焊接方法：底板中幅板与边缘板对接焊缝的焊接采用焊条电弧焊打底，埋弧焊盖面。打底焊采用焊条LB一62，盖面焊采用焊丝US一49、焊剂MF一38A。中幅板对接焊缝的焊接：中幅板每条焊缝焊接前，沿焊缝长度方向用12m长的12#工字钢进行加固，待焊接完毕拆除。焊条电弧焊打底的起始点距丁字缝500mm（这部分暂不焊，待大角焊缝焊后、焊接龟甲缝之前再完成），埋弧焊起始点距打底焊的起始点100mm。
（5）底板焊接变形控制。由于合理的焊接方法减小了焊接热输入，同时在中幅板焊缝焊接前，采取了沿焊缝长度方向进行，刚性固定以及在所有焊缝两端加防翘曲的垫板等措施，另外，焊接每条焊缝之前，每隔3m，垂直于焊缝方向用长度约为800mm的背杠进行加固，待整条焊缝全部焊完并彻底冷却后拆除背杠，可有效地减小了中幅板焊接后的波浪变形。
三、结束语
石油储罐安全设计、防焊接变形是石油储罐建设中的关键问题。伴随着油田的发展，储罐建设技术确实有很大的进步，但在因素分析、材质选择、设备检测以及措施防护方面与国际的先進技术还有一定的差距，要想实现先进性要求还要合理提升储罐建设标准，从选质、储罐及安全附件设计、消防系统以及安全设施等方面进行改进，采用了有效的防变形措施，严格执行焊接工艺规范，严格控制焊接顺序，从而保障原油存储的安全。