大型双金属壁LNG低温储罐超厚抗压环预制安装技术

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INSTALLATION
2024.3
李峰
（上海市安装工程集团有限公司 上海 200080）
摘 要：建造安全可靠的液化天然气（LNG）储罐一直是建造企业所面对的难题，而抗压环作为LNG储罐的主要承压部件，其预制及安装质量的控制将成为整个施工过程的重点。

本文针对超厚抗压环的预制焊接、组对安装等施工工艺进行详细描述，可为今后类似的LNG储罐的建造提供参考。

关键词：LNG低温储罐 抗压环 预制焊接 安装技术
中图分类号：TU745.7 文献标识码：B 文章编号：1002-3607（2024）03-0045-03大型双金属壁LNG低温储罐超厚抗压环预制安装技术
天然气作为一种洁净环保的化石能源，在我国能源化工行业快速发展的时代背景下，具有广阔的应用前景[1]， LNG储罐作为一种被广泛使用的液化天然气储运调度设备，目前已经进入大规模建设阶段[2]。

抗压环是储罐的主要承重件，罐顶的重量直接作用于抗压环上，抗压环的施工质量是影响储罐使用时限以及运行安全的关键[3]。

1 工程概况
本项目为目前国内最大的10万m 3
双金属壁LNG低温
储罐，内外罐均为9%Ni钢，其中外罐抗压环所采用的材料为16MnDR，厚度达到55.5mm，同样也是同类储罐中厚度最大的抗压环，其焊接应力明显大于其他传统LNG 储罐。

抗压环是LNG储罐的承压部件，起到支撑拱顶的作用，主要由抗压环1#件和抗压环2#件组成，其结构 见图1。

板材厚度55.5mm，材质为16MnDR，每台罐抗
压环1#件24块、抗压环2#件48块，单台罐抗压环总重210.096t。

在预制场将4块抗压环2#件与2块抗压环1#件组装成一块组合体再进行吊装，单块抗压环组合体重17.508t，具体的施工工艺流程见图2。

图1 抗压环结构示意图
图2 抗压环施工工艺流程
2 抗压环预制安装工艺
2.1 抗压环现场预制焊接
抗压环钢板下料切割前按照设计图纸对钢板编号标识，切割后，采用白色记号笔进行标记移植，标记移植需包括：材质、件号、炉批号，并作好表格式的原始记录。

1#、2#件下料切割完成后，抗压环厚度达到55.5mm，因此需要对齐坡口后才能进行吊装焊接工作。

而2#件坡口也同样具有一定的弧度，采用常规的手动切割无法保证精度，且工作强度非常大，同时自动化切割
ANZHUANG
2024年第3期
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设备由于轨道敷设具有一定难度，因此现场通过设计专用工装，不仅可以满足抗压环2#件以及过渡段等部件的自动化切割，通过调整切割工具的角度，可实现部件的双面切割（见图3）。

充焊接时，采用分段退焊法，分段间距1000mm。

层间接头错开50mm以上，盖面焊缝为连续施焊。

两端500mm范围预留不焊。

注意控制层间温度＜250℃。

（7）在每道焊缝焊完后，必须及时对焊缝进行锤击。

温度处于135~150℃时要求在焊后立即锤击，沿焊缝顶部用小锤轻轻往下依次锤击，打底层和盖面不能锤击，温度达到200~300℃时也不能锤击。

锤击完毕对焊缝进行层间清理，经确认无缺陷后，方可再焊下一道。

（8）焊接完毕后对焊缝表面进行检查，合格后马上进行后热处理，温度在200~250℃，保温时间不少于0.75h，保温结束缓冷。

后热保温使用保温棉，用铁丝固
定于钢板表面需后热区域。

（9）每件抗压环组件角焊缝完成后，焊工自检修补，经质检员验收合格后，进行焊缝表面渗透PT检测。

（10）抗压环对接焊缝无损检测要求：抗压环对接焊缝清根部位应进行渗透检测（PT）；抗压环对接焊缝进行100%UT；抗压环对接焊缝进行100%TOFD；抗压环对接焊缝进行100%MT。

2.2 抗压环现场组装焊接
完成预制焊接之后，在现场对抗压环进行组对安装焊接，抗压环组对安装模型图见图4。

抗压环安装前，外罐
第12圈壁板需经各方验收合格。

抗压环现场组装焊接及焊后的检验步骤如下：
图3 储罐顶部的抗压环和过渡段坡口焊接用预切割加工台
图4 抗压环组对安装模型图
坡口完成后，需要对其1#、2#进行焊接工作，具体的焊接工艺及检验步骤如下：
（1）首先完成两组抗压环2#件对接缝的预制焊接工作，然后与抗压环1#件组合，焊接对接缝和角焊缝。

为减少组对应力，预制组装前用滚板机对抗压环钢板滚弧，校准弧度保证几何尺寸。

（2）抗压环的预制应放在预制胎具上，用型钢作为斜撑来控制焊接变形。

（3）抗压环2#件对接缝的预制，采用手工电弧焊。

组对时在抗压环两端位置安装引熄弧板。

焊接前采用电加热进行预热，预热温度应不低于135℃，先焊接正面大坡口处，打底焊道焊工采用分段跳焊法，要求打底层每隔500mm跳焊，填充层及盖面分两段采用分段退焊的方法。

待大坡口焊接完成，反面焊缝采用碳弧气刨清根，清根后进行渗透（PT）检查，经检测确认合格后，进行反面小坡口的焊接。

（4）2#件对接焊缝完成后，焊工负责打磨焊缝表面及焊道附近区域。

待焊接质检员检查合格后，委托无损检测（UT+TOFD+MT）。

（5）1#件与2#件的组合件组对安装完成后，先焊接1#件、2#件的对接焊缝，焊接完成后再焊接抗压环角焊缝。

（6）抗压环角焊缝预制焊接宜4名焊工均分、同步施工。

焊接前采用电加热进行预热，预热温度应不低于135℃。

由于清根的原因，先焊外侧小坡口处。

分段间断退焊打底，打底焊道同方向施焊，分段间距500mm。

填
度较大，为控制变形量焊接前根据壁板外侧焊接填充量，采用“日”字卡在罐内侧向罐外方向打反变形（部分厚板调整困难的位置可采用小千斤顶适当顶压板头），焊工严格按照焊缝排道图排道焊接。

制备1m长与罐内壁弧度一致的弧度板，焊工根据每一层焊道的变形量动态调整每个卡具的松紧程度及变形量，保证壁板的安装尺寸和角变形数值符合工程规定要求，并做好角变形控制记录。

（2）对接焊缝、角焊缝都采用多层多道焊，焊接质量要求与预制相同。

（3）抗压环对接口焊缝焊接完毕后，各焊工对焊缝
（1）先焊接圈板对口立焊（1#件），后焊接锥板对接口焊缝（2#件），最后焊预留的4000mm角焊缝。

由于抗压环板厚
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图5 抗压板与过渡板组对
图6 抗压板与过渡板焊接
位置两侧钢板表面检查清理不少于600mm范围，如发现组装中产生的锤印、电弧划伤、严重凹坑等，需负责修补并打磨光滑，防止无损检测（UT+TOFD+MT）不合格。

（4）抗压环对接缝两端位置应安装引熄弧板。

（5）抗压环对接焊缝无损检测要求：抗压环对接焊缝清根部位应进行渗透检测（PT）；抗压环对接焊缝进行100%UT；抗压环对接焊缝进行100%TOFD；抗压环对接焊缝进行100%MT。

（6）抗压环角焊缝无损检测要求：抗压环上段和下段之间的全熔透角焊缝背部清根后进行渗透检测（PT）； 角焊缝焊接完成后，内外两侧焊缝表面进行渗透检测（PT）。

2.3 抗压环与外罐壁板对接焊
抗压环整体组装完成后，将抗压环与主罐体进行焊接，具体的焊接工艺及质量检测步骤如下：
（1）抗压环与外罐壁板焊接，抗压环由55.5mm厚削薄到23.5mm，与外罐壁板顶圈厚23.5mm进行环向焊接。

环缝采用手工电弧焊，由9名焊工均匀分布，每人两张板，采用分段退焊的方法，退焊距离为2m，所有的接头错开50mm。

待大坡口焊接完成，内侧焊缝采用砂轮机清根，清根后进行渗透（PT）检查，经检测公司确认合格后，进行反面小坡口的焊接。

（2）无损检测要求：抗压环和外罐壁板之间的环焊缝清根后应进行渗透检测（PT）；抗压环和外罐壁板之间的环焊缝应进行100%射线检测。

2.4 抗压板与过度板焊接
（1）抗压板与过度板组对与焊接，抗压环由55.5mm 厚削薄到30mm与过度板焊接。

过渡板共48块，安排8名焊工均匀分布。

第一步：焊接顶板过渡板纵向短缝，先焊两层。

第二步：焊接顶板过渡板与抗压板的对接环缝打底焊，打底层按跳焊的方法焊接。

焊缝跳焊间距为焊500mm跳500mm。

第三步：焊接顶板过渡板与顶板的对接环缝打底焊，打底层按退焊的方法焊接。

第四步：中间层、盖面都采用分段退焊，退焊距离为1m，待中间层焊接完成后再进行盖面焊接。

拱顶过渡板与抗压板和拱顶过渡板之间的对接焊缝，焊接前需要预热，预热温度80～100℃（见图5、图6）。

（2）无损检测要求：抗压环和过渡板的对接焊缝进行渗透检测（PT）。

2.5 焊接预后热及消应力措施
（1）预热及层间温度控制：抗压环焊接，采用焊条
电弧焊。

焊前应对焊缝进行预热，采用电加热加温，温度为135~150℃，预热范围焊缝每侧不应小于100mm。

焊接时层间温度控制在135~250℃，严格按照焊接作业指导书的参数要求，控制好焊接热输入。

（2）锤击法消应力：在每道焊缝焊完后，必须及时对焊缝进行锤击，要求在焊后立即锤击（温度处于135~150℃时），沿焊缝顶部用小锤轻轻往下依次锤击，打底层和盖面不能锤击，温度达到200~300℃时也不能锤击。

锤击完毕对焊缝进行层间清理，经确认无缺陷后，方可再焊下一道。

（3）后热要求：焊接完毕后对焊缝表面进行检查，合格后马上采用电加热进行后热处理，温度在 200~250℃，保温的时间不少于0.75h，保温结束缓冷。

后热保温使用保温棉，用铁丝固定于钢板表面需后热区域。

（4）预制焊接时，抗压环2#件的对接缝焊接位置为1G/3G，抗压环1#件与2#件之间的角焊缝焊接位置为2F。

3 结语
本文采用超厚钢板作为抗压环材料的LNG储罐，用预切割加工台预制钢板。

抗压环分体部件之间进行组装焊接时，对接焊缝和角焊缝都采用多层多道焊。

抗压环与外罐壁板焊接采用环向焊接。

使用焊条电弧焊焊接抗压环前，采用电加热加温。

焊接完毕后锤击焊缝，检测焊接质量，继续采用电加热进行后热处理。

上述施工方法最终可达到减少焊接应力、控制焊接变形、保证施工质量的目的，进一步保障了储罐施工的安全要求及工程进度。

参考文献：
[1] 宋鹏飞，张超，侯建国，等.碳约束条件下天然气化工技术发展及碳减排量预测[J].低碳化学与化工，2023，48（2）：71-77.
[2] 王军，刘会升.大型薄膜罐抗压环施工工序及控制要点[J].中国石油和化工标准与质量，2022，42（19）：86-88.
[3] 张晨.提高低压储罐抗压环施工质量[J].化工管理，2014（8）：266-268.。