拱顶油罐安装施工的变形控制
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摘 要：拱顶油罐在制安施工时，罐顶、包边角钢与罐壁组焊过程中，易发生焊接变形。文章根据拱顶油罐工艺要求，经认真探讨，改进施工工艺，调整焊接顺序，能有效控制焊接变形。
关键词：拱顶油罐 制作安装 变形控制
交通运输的迅速发展，使其载体对石油能源需求量增大，同时贮存液态石油、石油产品的各种油罐建造量也随之增多。地面大型立式拱顶钢制焊接油罐，因其罐体特殊的使用要求，国家相关标准有明确的施工及验收规范。在具体制作安装过程中，因其体形大、重量高、几何形状及尺寸成形控制难，在安装焊接时易产生应力和变形等问题，给施工造成困难。
一、油罐结构及传统安装施工方法
拱顶油罐基本结构均由罐底、罐壁、罐顶及油罐附件组成，其罐体多是钢制焊接结构。在成形过程中，底板、壁板、顶板均需绘制排板图、预制拼接及组装焊接等几道工序，制造安装顺序一般先底板后顶板，最后采取倒装法，从上而下逐圈制安提升壁板直至整体成形。
在拼接组装过程中，由于焊缝多且多是双面连续焊，焊接胀缩所引发的几何变形及应力集中则难以避免，因此，油罐各部分在制安过程中，就必须在排板预制尺寸、防止吊运装变形以及控制焊缝胀缩造成的几何变形和消除或减少应力产生方面采取有效防范措施，以满足设计规范要求，消除应力破坏隐患，否则将会带来工程返工或油罐使用寿命缩短等经济损失。
通常，拱顶油罐安装，不管是采用充气顶升、起重机械提升、还是人工拉葫芦顶升方式，均采用倒装法，即从罐壁顶圈开始向底圈逐层组装、焊接、顶升的施工方法。
二、罐体制安方法及变形控制
罐体各环节施工方法、工艺及变形控制，按照先底板后顶板再壁板的制安程序。
1.罐底预制加工及组装焊接
罐体底板由对称矩形中幅板、条形边缘板通过搭接方式组成。预制前，应先绘制排板图，然后由设计尺寸及板材实际规格，合理算出每块中幅板和边缘板下料尺寸，以免产生边角料造成浪费。每块底板下料后，编上与排板图相应的号码，以便组对时“对号入座”，防止出现混乱和差错。
罐底板安装焊接过程中，底板定位时，因点焊处数很多，整体施焊后便极易引发底板起拱现象；处数太少，在施焊时又容易崩裂，从而达不到整体控制目的。因此，为有效控制施焊时因焊缝胀缩造成局部凹凸度，除采用正确的施焊施工顺序外，还应采取一些辅措施以避免或减少几何变形，来达到有效控制变形的目的。
2.罐壁预制加工及组装焊接
罐壁制安时，除顶层第1 圈壁板应组装成圈来满足罐顶组装要求外，其余各层应预留一块1m多长的“活口板”，待上层顶升到位之后再补装成圈。这样，既能消除或减少在壁板焊接时因胀缩产生的应力，又能大大提高罐内通风采光的效果，施工人员能更便捷安全的进出油罐。
壁板预制加工。油罐壁板排板相对简单，即根据设计直径、层数、壁厚要求和板材规格，确定各层壁板的长、宽及所需块数，但各圈壁板的纵向焊缝应延同一方向逐圈错开，其间距应为板长的1/3 ，且不得小于500mm 。壁板预制前，须先准备好卷弧胎具，用作堆放卷制后的壁板。
壁板组装焊接。壁板组装时，为避免吊装过程中弧度变异，应采用弧形吊具，即用50mm左右的钢管做成与壁板相一致的弧度作为横担，装设吊钩，然后把壁板立靠于弧形钢管横担上以进行吊装。壁板进行组装焊接时，其搭接宽度的允许误差为±5mm ，间隙≤1mm，丁字焊接搭接处的局部间隙≤2mm ，焊接时，除遵守正确施焊顺序外，还应注意：a、焊接时，先纵向焊缝，后环向焊缝，焊工均匀分布，并沿着同一方向施焊；b、纵向焊缝采用气电立焊时，自下而上焊接；c、环向搭接焊缝，应先焊罐壁内侧焊缝，后焊罐壁外侧焊缝。
如何有效控制焊缝胀缩变形，特别是对于炭弧气割清根两面焊接的纵向对接缝的变形，对油罐制安质量，外观成形非常重要。变形严重，除影响美观外，还极易受应力干扰破坏。为有效控制焊缝胀缩变形，一方面，应按要求严格进行壁板的预弯曲、卷制、吊装并按正确的焊接顺序施焊；另一方面，在补“活口板”成圈时，对活口板的下料尺寸要作认真探索，尽量避免因尺寸出现长短造成凹凸变形。同时，在纵、横向焊缝进行焊接时，应采用弧形楔具卡紧边缘，以便取得良好成形效果。
3.罐顶预制加工及组装焊接
油罐顶板及包边角钢的制安，应发生在壁板顶层第1圈层制安成形后第2圈制安开始前，以便在尽可能低位的情形下操作，来减少施工量。
油罐的拱形顶板通常为球盖形，即“西瓜帽”，是由一块中心伞形顶板及一定数量的扇形弧板所组成。中心板和扇形弧板的内侧均焊有纵向及周向加强钢肋，以巩固加强整个罐顶。按规定，罐顶成形后不应该有明显凹凸，用样板测量，焊接前间隙应≤6mm ，焊接成形后间隙应≤10mm ，而且，经过严密性、强度及稳定性试验后，罐顶应该无异常变形、残余变形和其他破坏现象产生，因此，罐顶制作和组装难度就比罐壁、罐底的制安较大。另外，中心板的扇形弧度通常是拼接而成的，另外加上加强肋，其焊缝就明显增多，变形的可能性加大。
如何在顶板预制及组装焊接过程中来有效控制其发生变形，做到美观又耐压，是罐顶制安施工的关键。
重视顶板和加强肋的成型加工。加强肋成型以后的几何形状及尺寸对扇形板的成型效果很重要，因此，在进行加强肋成型加工时，应用标准样板来进行检查，其间隙要求不得≤2mm 。中心板成型预制时，在泥土上挖一个和中心板几何形状相同的圆形土坑，采用气烤方法，在加热中心圆板后放于坑中，用自制的圆弧形重锤将其锻打成弧形后，焊上加强肋。各扇形板经过卷板机卷制成一定弧度后，放于预制的顶板成型胎具上，因为顶板的钢板厚度较薄，通常只有5mm ，因此，叠置于胎具上面，然后利用其自重作用即可完成成型，然后首先向加强肋组焊径，后向加强肋组焊周，逐块成型后，扇形弧板的凹凸间隙一般≤6mm。
在顶板组装前，应尽可能仔细架设好顶板组装构架，该构架通常用槽钢弯制成支撑圆圈，各支撑圆圈的架设高度需符合扇形弧板的弧度要求，以便使支撑到位。在吊装组合扇形弧板时，应按事先画好的等分线的对称方向（通常为4个方向）依次来增加组装，直至整体顶板初步成形后，调整间隙同时点焊固定，其搭接宽度的允许误差为±5mm。
油罐顶板的组装焊接。其正确的焊接顺序及方法是：a、先焊内侧后焊外侧；b、进行顶板和包边角钢的焊接时，焊工应呈对称均匀分布，并沿同一方向来分段退焊。然而除遵守正确的焊接顺序及方法外，也应采用楔形夹具来分段卡紧焊缝，在焊接前使之成为相对整体。
总结： 对于大型立式拱顶焊接油罐，在安装施工时，为使所造产品成形优良并满足标准要求，除严格遵守标准规范按设计要求施工，做好罐体等各部分预制加工工作，并按每个部分各自焊接顺序及方法施焊外，同时积极利用成形胎具和工卡具来加以控制，这对减少变形量及避免或减少应力集中来说至关重要。在采取上述措施后，整个油罐安装过程将会产生极小变形，这便能有效解决拱顶油罐制安时变形产生的问题。
参考文献
[1]白世贞.石油储运与安全管理.北京：化学工业出版社，2004.
[2]郭光臣，董文兰等.油库设计与管理[M].东营：石油大学出版社.