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摘 要：不锈钢薄板储罐在安装焊接过程经常会碰到各种变形，结合过去的施工经验及项目现场的实际情况，通过采取有效的防变形措施和严格控制焊接工艺工序，减小变形量。根据项目现场实际情况，应用倒装法施工工艺，降低成本，缩短工期，同时提升安装质量。
关键词：储罐安装;倒装法;不锈钢焊接;变形量控制;防变形措施
不锈钢立式储罐是石油化工装置中常见的一种设备。对于200～1500m?的薄板的不锈钢储罐，现场建造变形的问题是最为突出的。现场建造采用倒装法施工，相对而言成本低，高空作业少，工期短等优点被广泛应用。但是在沙特地区，该方法应用的比较少。
本文结合沙特卡杨NDA项目储罐施工的实际情况，探讨不锈钢薄板储罐安装的施工工艺。不锈钢薄板储罐施工过程中，焊接变形和角变形、棱角度、垂直度、椭圆度超标等问题是经常会碰到的。采取各种措施，制作防变形的工装，优化焊接工艺，严格控制焊接工序等可以达到控制变形以及消除变形的目的。
1 施工实例分析
以沙特卡杨NDA项目直径8.4米，高10米，容积554立方米储罐为例。
该储罐主要参数见下表：
该储罐共6圈壁板，罐顶为自支撑式拱顶，罐底板焊接接头为搭接形式，外边缘300mm 的部位是对接形式。
1.1 不锈钢薄板储罐安装方法及安装顺序
对于这种规格的储罐，本项目采用吊车提升方式的倒装法进行施工。
在罐顶包边角钢处均有对称焊接上4块吊装临时吊耳，供吊车吊装提升进行倒装施工。在储罐倒装施工完成后，将吊耳去除，去除的地方打磨圆滑，需要进行补焊的进行补焊修复，并做渗透检测，确保没有缺陷。
安装顺序如下：
（1）罐底板安装→罐底板焊接→马凳安装（施工工装）;
（2）第一圈壁板安装→包边角钢安装→罐顶板安装→罐顶板焊接→罐顶附件安装;
（3）第二圈板安装→焊接纵缝→与第一圈板组对→立缝收口缝焊接→环缝焊接;
（4）第三～第六圈板安装→焊接纵缝→与第二圈板组对→立缝收口缝焊接→环缝焊接;
（5）大脚缝组对→大脚缝焊接。
1.2 施工过程中的防变形措施
施工过程中，组对安装、吊装和焊接均有可能导致储罐产生超出规范的变形。以下介绍整个安装过程中的所采用的有效措施。
焊接残余变形是焊接后残余结构中的变形。大致可以分为七类：纵向收缩变形、横向收缩变形、翘曲变形、角变形、波浪变形、错边变形、和螺旋变形。角变形和波浪变形是储罐安装焊接过成中特别常见的。角变形发生在堆焊、对接、搭接、和丁字接头的焊接时，其根本原因是横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布造成的。焊缝的正面变形大，背面的变形小，这样就产生了角变形。波浪变形是在薄板在承受压力时，当其中的压应力达到某一临界数值时，薄板将因出现波浪变形而丧失承载能力，即失稳，焊后存在平板中的内应力，一般情况下在焊缝附件的是拉应力，离焊缝较远的区域是压应力，在压应力的作用下，平板产生失稳变形，即波浪变形。
1.2.1 罐底板安装焊接防变形措施
罐底结构型式为搭接接头形式，参见下图。
按照图纸，检查验收基础后，铺设罐顶板。外边缘250mm，切马蹄口后，加垫板，组对焊缝，焊接后进行检测。
其余罐底板，先组对横向短缝，待横向短焊缝焊接完成后，再组对纵向长焊缝。在焊接罐底板的过程中，焊工应分散，不可集中焊接。焊接方式采用间断分布退焊。为保证罐底成型质量，间断距离尽可能短，该罐底板的焊接间断距离要求为500mm-600mm。不锈钢的导热慢，焊接变形量大，在焊接过程中，要求焊工焊接速度快，使得线能量仅可能小。焊接完成第一遍后，待焊缝凉透后再进行第二道焊接。为减小罐底焊接产生的角变形和波浪变形，在焊缝两侧，压上一条H200型钢，待焊缝凉透，再拿开。
罐底安装焊接完成后的实际效果比较理想，在罐底基础是铺沙的情况下，变形量不大，满足规范API650的要求。
1.2.2 罐顶板安装焊接防变形措施
罐顶结构型式为自支撑式拱顶，设计为20片瓜皮板，焊接接头型式是搭接接头，瓜皮板没有加强筋。
在施工为开始前，就认为如果不采取措施，届时变形會很严重。考虑到现场有9台这种规格的罐，采用数控等离子切割机下了140米的加强筋，加强筋弧度与罐顶内壁相同，规格为宽50mm，厚度12mm，。选用这样规格的加强筋一方面结合现场实际板材的情况，另一方面，选用厚一点的加强筋，其刚度大，不容易变形，有利于保证罐顶成型的质量。
具体施工工序如下：
第一圈壁板安装焊接完成→中心立柱安装→顶部槽钢圈安装→根据预先计算值，安装成型加强筋（使加强筋尽量位于搭接板下侧靠近焊缝位置处）→铺设罐顶板→调整尺寸，组对点焊→罐顶板焊接→附件安装→拆除加强筋。
安装过程中，加强筋板的分布要均匀，一定要按照原先计算好的数值进行分布。该罐共设置了20条纵向加强筋，和2圈环向加强筋。纵向加强筋分布位于搭接焊缝下侧板处，距离焊缝中心不超过20mm。环向加强筋距离包边角钢500mm处一圈，另一圈距离包边角钢2000mm，整体上加强筋分布均匀。纵向加强筋中心顶处点焊在顶部的槽钢圈上，下侧点焊在罐壁板上，点焊一定要牢固。加强筋去除后，补焊打磨，凡是与罐体点焊连接的地方均须做渗透检查，确保没有问题再进入下一道工序。
确保成型质量，罐顶板内侧与加强筋进行点焊，约1000mm处点焊接一点。在焊接罐顶板时，为保证焊后变形量最小，安排焊工人数与焊缝数量成比例。该罐安排了4名焊工，一名焊工完成5条焊缝的焊接。焊接顺序是先焊内侧焊缝，后焊外侧焊缝。焊工均匀分布，同一方向施焊，间断分步退焊，间断距离为800mm左右。 1.2.3 罐壁板安装焊接防变形措施
第一圈罐壁板安装以及罐顶安装完成后，后续开始其余5圈罐壁板的安装焊接施工。
考虑到吊装过程中罐壁板较薄，容易产生变形。在罐内壁加了胀力圈，一方面防止吊装过程中产生变形，另一方面保证环缝的组对质量，减小环缝焊接产生的变形，保证罐壁的圆度。胀力圈通常由槽钢制作，并且分段数量尽可能少比较好。该罐采用了[20a的槽钢，分3段。该罐由于是不锈钢罐，胀力圈是碳钢的，故在槽钢胀力圈外侧包上一层不锈钢薄板，保证罐壁板免受铁离子污染。
应用胀力圈时，胀力圈布置的高度以距壁板下边缘的距离越小越好，综合考虑壁板在组对、焊接过程中的阻碍因素，固定在距离壁板下边缘70-80mm的高度。胀力圈放置在紧贴罐壁板的同一高度线上，采用龙门卡板固定在壁板上。该罐采用吊车吊装提升的倒装施工，所以龙门卡板不会受很大的力，只须与罐壁板牢固的焊接固定。胀力圈与胀力圈之前用10吨的千斤顶顶死，保证胀力圈与罐壁紧密贴合。每安装焊接完成一圈板，胀力圈拆下，重新安装到下一圈板上。
罐壁板的具体的安装工序如下：
第一圈罐壁板与罐顶板安装完成后→在第一圈板上安装胀力圈→第二圈板在第一圈板外侧安装，组对纵焊缝→纵焊缝加防变形立背杠→纵焊缝外口焊接（收口的纵焊缝不焊）→吊车提升→组对收口缝→组对环向焊缝→焊接收口缝外口→纵焊缝内部清根，焊接→根据实际情况局部重新组对环焊缝→环焊缝外口焊接→环焊缝内部焊接→下一圈板安装。
在壁板安装过程中，背杠和胀力圈对储罐壁整体的成型有着很重要的作用。背杠保证纵焊缝的焊接成型，减少立焊缝的波浪变形;胀力圈有效保证了环缝的成型外观，防止环缝的角变形过大，使得罐壁环缝处局部内凹或外凸。现场采用14#型钢作为立背杠。
1.2.4 附件安装焊接防变形措施
由于罐壁板，罐顶板厚度较薄，只有5mm后，对于一些较大的开孔接管安装焊接，很容易使得罐壁、罐顶板塌陷。包括一些较大垫板的焊接，容易使得罐壁、罐顶板产生变形。
为确保减小变形，一方面采取防焊接变形的措施，另一方面，要求提高接管部件提高开口质量，尽量减少焊接量。在较大的管口安装点焊上去后，焊接前，在罐内壁接管处，加上弧形板和背杠，减少焊接引起的罐壁变形。
2 施工过程质量控制
施工过程中的质量管理控制主要是施工过程中的一些关键的控制点的检查和焊接质量的检查。关键点的检查对保证罐整体的质量有很重要的作用;焊接质量对储罐本体的强度，使用寿命等有着至关重要的作用。
2.1 严格按照ITP检查点检查控制
在项目前期，编制施工过程中质量控制检查点计划，严格按照批复后ITP文件对现场施工过程进行有效的之间检查。根据现场施工工序和实际情况，报出控制点的检查计划;由EPC检查员和业主PMT的检查员对检查点的质量进行检查，检查合格后进入下一步工序。检查控制点的设置有效保证了现场储罐的安装质量。
2.2 焊接工艺纪律检查管理
现场出现的很多变形问题，质量隐患都与班组焊工没有严格执行焊接工艺纪律有关系。如果罐顶、罐底、罐壁焊缝，焊工没有按照交底的工序进行焊接，会产生很大的焊接残余应力，最终导致罐的成型不好，需要花大力气和时间进行整形，很大程度上不锈钢薄板的罐一次性成型是最好的。
在施焊前，对班组焊工进行焊接工艺工序交底;焊接过程中进行巡视检查。在每天的早会上强调焊接工艺纪律。严格执行焊条发放纪律，焊条存放必须使用焊条保温桶。焊工严格按照编制好的焊接工艺指导书（WPS）提供的参数进行焊接。焊接过程中，及时对焊缝进行清理，以保证焊接质量。
在项目施工过程中，安排质量检查员，项目部施工员进行及时的巡检，检查焊接工艺纪律的执行情况，有效的保证了罐本体及附件的焊接质量。
3 总结
综上所述，通过采取有效的防变形措施和严格控制焊接工艺工序，可以有效的保证倒装法施工的不锈钢薄板储罐的质量。与沙特当地其他项目相近规格的正装法施工的储罐相比，焊接变形和角变形、棱角度、垂直度、椭圆度都有明显的提高。
在沙特卡杨NDA项目上，罐区51台罐，均采用倒装法施工，倒装提升手段为吊车提升和电动葫芦以及部分手拉葫芦提升。通过采取有效的防焊接变形措施和焊接工艺工序的严格控制，不锈钢罐的成型等质量与沙特卡杨上一个项目其他单位施工的罐相比，有很明显的提升，获得了业主的好评，同时罐的倒装法施工也获得了业主的认可！
参考文献：
[1]API 650 钢制焊接石油储罐.
[2]徐英，杨一帆，朱萍.球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社.
[3]中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册 第二卷 材料的焊接[M].北京：机械工业出版社.
[4]吴凤阳，李瑞龙，王锡衡.胀力圈在储罐施工中的应用分析[J].石油化工设备，2009，（38）.
[5]邓建.储罐底板焊接變形的控制方法[J].化工建设工程，2003，（25-3）.
[6]王崇刚.锈钢薄壁容器焊接变形的控制[J].安装工程，2005，（142-2）.
作者简介：
周鹏（1987-），男，汉族，江苏大丰人，本科学历，从事工程技术工作。
关键词：储罐安装;倒装法;不锈钢焊接;变形量控制;防变形措施
不锈钢立式储罐是石油化工装置中常见的一种设备。对于200～1500m?的薄板的不锈钢储罐，现场建造变形的问题是最为突出的。现场建造采用倒装法施工，相对而言成本低，高空作业少，工期短等优点被广泛应用。但是在沙特地区，该方法应用的比较少。
本文结合沙特卡杨NDA项目储罐施工的实际情况，探讨不锈钢薄板储罐安装的施工工艺。不锈钢薄板储罐施工过程中，焊接变形和角变形、棱角度、垂直度、椭圆度超标等问题是经常会碰到的。采取各种措施，制作防变形的工装，优化焊接工艺，严格控制焊接工序等可以达到控制变形以及消除变形的目的。
1 施工实例分析
以沙特卡杨NDA项目直径8.4米，高10米，容积554立方米储罐为例。
该储罐主要参数见下表：
该储罐共6圈壁板，罐顶为自支撑式拱顶，罐底板焊接接头为搭接形式，外边缘300mm 的部位是对接形式。
1.1 不锈钢薄板储罐安装方法及安装顺序
对于这种规格的储罐，本项目采用吊车提升方式的倒装法进行施工。
在罐顶包边角钢处均有对称焊接上4块吊装临时吊耳，供吊车吊装提升进行倒装施工。在储罐倒装施工完成后，将吊耳去除，去除的地方打磨圆滑，需要进行补焊的进行补焊修复，并做渗透检测，确保没有缺陷。
安装顺序如下：
（1）罐底板安装→罐底板焊接→马凳安装（施工工装）;
（2）第一圈壁板安装→包边角钢安装→罐顶板安装→罐顶板焊接→罐顶附件安装;
（3）第二圈板安装→焊接纵缝→与第一圈板组对→立缝收口缝焊接→环缝焊接;
（4）第三～第六圈板安装→焊接纵缝→与第二圈板组对→立缝收口缝焊接→环缝焊接;
（5）大脚缝组对→大脚缝焊接。
1.2 施工过程中的防变形措施
施工过程中，组对安装、吊装和焊接均有可能导致储罐产生超出规范的变形。以下介绍整个安装过程中的所采用的有效措施。
焊接残余变形是焊接后残余结构中的变形。大致可以分为七类：纵向收缩变形、横向收缩变形、翘曲变形、角变形、波浪变形、错边变形、和螺旋变形。角变形和波浪变形是储罐安装焊接过成中特别常见的。角变形发生在堆焊、对接、搭接、和丁字接头的焊接时，其根本原因是横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布造成的。焊缝的正面变形大，背面的变形小，这样就产生了角变形。波浪变形是在薄板在承受压力时，当其中的压应力达到某一临界数值时，薄板将因出现波浪变形而丧失承载能力，即失稳，焊后存在平板中的内应力，一般情况下在焊缝附件的是拉应力，离焊缝较远的区域是压应力，在压应力的作用下，平板产生失稳变形，即波浪变形。
1.2.1 罐底板安装焊接防变形措施
罐底结构型式为搭接接头形式，参见下图。
按照图纸，检查验收基础后，铺设罐顶板。外边缘250mm，切马蹄口后，加垫板，组对焊缝，焊接后进行检测。
其余罐底板，先组对横向短缝，待横向短焊缝焊接完成后，再组对纵向长焊缝。在焊接罐底板的过程中，焊工应分散，不可集中焊接。焊接方式采用间断分布退焊。为保证罐底成型质量，间断距离尽可能短，该罐底板的焊接间断距离要求为500mm-600mm。不锈钢的导热慢，焊接变形量大，在焊接过程中，要求焊工焊接速度快，使得线能量仅可能小。焊接完成第一遍后，待焊缝凉透后再进行第二道焊接。为减小罐底焊接产生的角变形和波浪变形，在焊缝两侧，压上一条H200型钢，待焊缝凉透，再拿开。
罐底安装焊接完成后的实际效果比较理想，在罐底基础是铺沙的情况下，变形量不大，满足规范API650的要求。
1.2.2 罐顶板安装焊接防变形措施
罐顶结构型式为自支撑式拱顶，设计为20片瓜皮板，焊接接头型式是搭接接头，瓜皮板没有加强筋。
在施工为开始前，就认为如果不采取措施，届时变形會很严重。考虑到现场有9台这种规格的罐，采用数控等离子切割机下了140米的加强筋，加强筋弧度与罐顶内壁相同，规格为宽50mm，厚度12mm，。选用这样规格的加强筋一方面结合现场实际板材的情况，另一方面，选用厚一点的加强筋，其刚度大，不容易变形，有利于保证罐顶成型的质量。
具体施工工序如下：
第一圈壁板安装焊接完成→中心立柱安装→顶部槽钢圈安装→根据预先计算值，安装成型加强筋（使加强筋尽量位于搭接板下侧靠近焊缝位置处）→铺设罐顶板→调整尺寸，组对点焊→罐顶板焊接→附件安装→拆除加强筋。
安装过程中，加强筋板的分布要均匀，一定要按照原先计算好的数值进行分布。该罐共设置了20条纵向加强筋，和2圈环向加强筋。纵向加强筋分布位于搭接焊缝下侧板处，距离焊缝中心不超过20mm。环向加强筋距离包边角钢500mm处一圈，另一圈距离包边角钢2000mm，整体上加强筋分布均匀。纵向加强筋中心顶处点焊在顶部的槽钢圈上，下侧点焊在罐壁板上，点焊一定要牢固。加强筋去除后，补焊打磨，凡是与罐体点焊连接的地方均须做渗透检查，确保没有问题再进入下一道工序。
确保成型质量，罐顶板内侧与加强筋进行点焊，约1000mm处点焊接一点。在焊接罐顶板时，为保证焊后变形量最小，安排焊工人数与焊缝数量成比例。该罐安排了4名焊工，一名焊工完成5条焊缝的焊接。焊接顺序是先焊内侧焊缝，后焊外侧焊缝。焊工均匀分布，同一方向施焊，间断分步退焊，间断距离为800mm左右。 1.2.3 罐壁板安装焊接防变形措施
第一圈罐壁板安装以及罐顶安装完成后，后续开始其余5圈罐壁板的安装焊接施工。
考虑到吊装过程中罐壁板较薄，容易产生变形。在罐内壁加了胀力圈，一方面防止吊装过程中产生变形，另一方面保证环缝的组对质量，减小环缝焊接产生的变形，保证罐壁的圆度。胀力圈通常由槽钢制作，并且分段数量尽可能少比较好。该罐采用了[20a的槽钢，分3段。该罐由于是不锈钢罐，胀力圈是碳钢的，故在槽钢胀力圈外侧包上一层不锈钢薄板，保证罐壁板免受铁离子污染。
应用胀力圈时，胀力圈布置的高度以距壁板下边缘的距离越小越好，综合考虑壁板在组对、焊接过程中的阻碍因素，固定在距离壁板下边缘70-80mm的高度。胀力圈放置在紧贴罐壁板的同一高度线上，采用龙门卡板固定在壁板上。该罐采用吊车吊装提升的倒装施工，所以龙门卡板不会受很大的力，只须与罐壁板牢固的焊接固定。胀力圈与胀力圈之前用10吨的千斤顶顶死，保证胀力圈与罐壁紧密贴合。每安装焊接完成一圈板，胀力圈拆下，重新安装到下一圈板上。
罐壁板的具体的安装工序如下：
第一圈罐壁板与罐顶板安装完成后→在第一圈板上安装胀力圈→第二圈板在第一圈板外侧安装，组对纵焊缝→纵焊缝加防变形立背杠→纵焊缝外口焊接（收口的纵焊缝不焊）→吊车提升→组对收口缝→组对环向焊缝→焊接收口缝外口→纵焊缝内部清根，焊接→根据实际情况局部重新组对环焊缝→环焊缝外口焊接→环焊缝内部焊接→下一圈板安装。
在壁板安装过程中，背杠和胀力圈对储罐壁整体的成型有着很重要的作用。背杠保证纵焊缝的焊接成型，减少立焊缝的波浪变形;胀力圈有效保证了环缝的成型外观，防止环缝的角变形过大，使得罐壁环缝处局部内凹或外凸。现场采用14#型钢作为立背杠。
1.2.4 附件安装焊接防变形措施
由于罐壁板，罐顶板厚度较薄，只有5mm后，对于一些较大的开孔接管安装焊接，很容易使得罐壁、罐顶板塌陷。包括一些较大垫板的焊接，容易使得罐壁、罐顶板产生变形。
为确保减小变形，一方面采取防焊接变形的措施，另一方面，要求提高接管部件提高开口质量，尽量减少焊接量。在较大的管口安装点焊上去后，焊接前，在罐内壁接管处，加上弧形板和背杠，减少焊接引起的罐壁变形。
2 施工过程质量控制
施工过程中的质量管理控制主要是施工过程中的一些关键的控制点的检查和焊接质量的检查。关键点的检查对保证罐整体的质量有很重要的作用;焊接质量对储罐本体的强度，使用寿命等有着至关重要的作用。
2.1 严格按照ITP检查点检查控制
在项目前期，编制施工过程中质量控制检查点计划，严格按照批复后ITP文件对现场施工过程进行有效的之间检查。根据现场施工工序和实际情况，报出控制点的检查计划;由EPC检查员和业主PMT的检查员对检查点的质量进行检查，检查合格后进入下一步工序。检查控制点的设置有效保证了现场储罐的安装质量。
2.2 焊接工艺纪律检查管理
现场出现的很多变形问题，质量隐患都与班组焊工没有严格执行焊接工艺纪律有关系。如果罐顶、罐底、罐壁焊缝，焊工没有按照交底的工序进行焊接，会产生很大的焊接残余应力，最终导致罐的成型不好，需要花大力气和时间进行整形，很大程度上不锈钢薄板的罐一次性成型是最好的。
在施焊前，对班组焊工进行焊接工艺工序交底;焊接过程中进行巡视检查。在每天的早会上强调焊接工艺纪律。严格执行焊条发放纪律，焊条存放必须使用焊条保温桶。焊工严格按照编制好的焊接工艺指导书（WPS）提供的参数进行焊接。焊接过程中，及时对焊缝进行清理，以保证焊接质量。
在项目施工过程中，安排质量检查员，项目部施工员进行及时的巡检，检查焊接工艺纪律的执行情况，有效的保证了罐本体及附件的焊接质量。
3 总结
综上所述，通过采取有效的防变形措施和严格控制焊接工艺工序，可以有效的保证倒装法施工的不锈钢薄板储罐的质量。与沙特当地其他项目相近规格的正装法施工的储罐相比，焊接变形和角变形、棱角度、垂直度、椭圆度都有明显的提高。
在沙特卡杨NDA项目上，罐区51台罐，均采用倒装法施工，倒装提升手段为吊车提升和电动葫芦以及部分手拉葫芦提升。通过采取有效的防焊接变形措施和焊接工艺工序的严格控制，不锈钢罐的成型等质量与沙特卡杨上一个项目其他单位施工的罐相比，有很明显的提升，获得了业主的好评，同时罐的倒装法施工也获得了业主的认可！
参考文献：
[1]API 650 钢制焊接石油储罐.
[2]徐英，杨一帆，朱萍.球罐和大型储罐[M].北京：化学工业出版社.
[3]中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册 第二卷 材料的焊接[M].北京：机械工业出版社.
[4]吴凤阳，李瑞龙，王锡衡.胀力圈在储罐施工中的应用分析[J].石油化工设备，2009，（38）.
[5]邓建.储罐底板焊接變形的控制方法[J].化工建设工程，2003，（25-3）.
[6]王崇刚.锈钢薄壁容器焊接变形的控制[J].安装工程，2005，（142-2）.
作者简介：
周鹏（1987-），男，汉族，江苏大丰人，本科学历，从事工程技术工作。