大型低温常压LPG储罐现场安装工法.docx

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大型低温常压LPG储罐现场安装工法

大型低温常压LPG储罐

现场安装工法

大型低温常压LPG储罐现场安装工法

前言

石油液化气（简称LPG）在低温常压时能以液态存在，使用低温常压方法储存石油液化气（……此处看不清）方法，特点是可以经济地大容量储存液化气。

使用地上式园筒形拱顶双层金属结构（即双壁、双顶、双底）储罐是储存方法之一。

内罐为平底、平吊顶，用于储存介质；外罐为平底拱顶，用作保冷保护罐。

储罐保冷结构为内罐壁和顶的外侧贴玻璃棉，内外罐壁之间填膨胀珍珠岩颗粒，内罐底和外罐底之间衬垫水泥珍珠岩保冷材料。

储罐内壁钢板具有良好的耐低温性能，能承受低温状态下介质的静压和罐体自重。

本工法编写是遵循美国国家标准API620（“大型焊接低压储罐设计和建造”）和ASME有关要求进行。

储罐结构和技术参数见表1和图1。

表140000吨低温常压LPG储罐主要技术参数

设计

内罐

外罐

规范

API620第八版1990

容量

40000吨

——

介质

种类

丙烷/丁烷

蒸发气体

比重

0.582/0.601

——

设计温度

-45℃/-10℃

环境温度

设计压力

-490～14.7KPa

负载

——

1.20KPa

风载

——

40m/s

抗震等级

里氏7级

腐蚀裕量

焊缝系数

100%（壁板）

——

蒸发率

最大0.065/0.045%/天（35℃5m/s）

材料

壁板

A537CI.2,A516Gr.60

A283Gr.C,A516Gr.60

A131Gr.B,A573Gr.70

顶结构

——

A36

接管

A537CI.2,A516Gr.60

A333Gr.3,A333Gr.6

A283Gr.C,A53Gr.B

法兰

A537CI.2,A516Gr.60

A350Gr.LF3,

A350Gr.LF2

A283Gr.C,A105

螺栓、螺母

A320Gr.L7/A194Gr.4

A307Gr.B

保冷

吊顶

玻璃棉

壁

玻璃棉毡和珍珠岩粉

底

珍珠岩水泥

检验

射线探伤

按API620

磁粉探伤

按API620

着色探伤

按API620

真空试验

底板（21.4KPa）

气压试验

——

18.6KPa

水压试验

27100mm（水位）

——

重量吨/台（未包括保冷）

罐体

1838.5

人孔和接管

13.4

附件和钢结构

254.3

总重量

2106.1

罐顶气升部分

460

1工艺原理及程序

储罐特点：

直径大、高度高、重量重、双层壁及外拱顶。

如何又快、又好、又经济安装罐顶是一个难题。

本工法介绍的是采用正装法同时安装内外罐壁板（即内外罐壁交叉着层层加高），采用气顶法安装罐顶，即在罐内底板上将罐顶组装成一体（外罐顶板、顶结构、内罐吊顶），再用气顶法单独将罐顶整体沿着内罐壁顶升到罐顶部，再与内外罐壁在高空连接。

这是一种安装新工艺。

气顶需用的气体压力由下列式子计算：

P=（Q+f）/S（毫米水柱）

式中：

P为气体压力，单位毫米水柱

Q为被气顶部件总重量（罐顶整体及工装组件重量），单位吨

S为被气顶部件横截面积，单位平方米

f为气升时存在的磨擦力（密封件与壁板、钢丝绳与滑轮等产生磨擦力），f值是经验数值，与气升结构有关，f值与Q值相比很小，一般取Q值1%～3%，单位吨。

由于罐直径很大，所以S值也很大，即使数百吨重的罐顶，需要气压也很小，一般大风量鼓风机额定风压达到360毫米水柱，就可以实现将大重量罐顶气升起来的目的。

LPG储罐的安装采用内外壁板交替正装，埋弧自动焊焊接环缝；手工电弧焊焊接纵缝，当内罐壁板安装至第四层，外罐壁板安装至第五层时，开始在罐内安装顶部钢结构及顶板，进行内外罐底板之间的保冷，安装内罐底板及吊顶板。

当内外罐其余壁板及外罐壁上部承压圈安装完成后，采用气升法将顶结构连同顶板、吊顶板气升至顶部，与承压圈连接，再完成附件安装。

进行压力试验及完成内外壁板之间及吊顶板上的保冷，最后充氮、表面油漆。

LPG储罐安装工艺流程图见图2。

图2.双壁金属低温常压LPG储罐主要安装工艺流程图

基础尺寸检查

罐体安装方位的确定

罐地脚栓位置检查

外罐底边缘板安装和焊接

外罐底板安装和焊接

外罐底板排水孔的焊接

外罐底板检查

外罐底圈壁板的安装和焊接

外罐底圈壁板检查

底层珍珠岩混凝土圈的浇注

检验

内罐边缘板的安装和焊接

检验

内罐底层壁板的安装和焊接

检验

内罐、外罐壁板的安装和焊接

（内罐至第四层，外罐至第五层）

检验

外罐顶结构及顶板的组装和焊接

检验

完成内外罐其余壁板组装和焊接

检验

内罐吊顶的铺设和焊接

检验

内罐项角钢、外罐承压圈的安装和焊接

检验

用气升法将内外罐顶升到顶部并焊接

内罐底部保冷施工

检验

内罐底板的铺设和焊接

检验

内外罐壁预留通道口的封闭、焊接

检验

罐梯子及内外附件的安装

外罐地脚螺栓的安装

内罐水压试验、基础沉降测量

检查

外罐气压试验

检查

罐顶阀门的调试

内外罐壁间保冷材料的填装、外罐油漆

用N2置换罐内空气

注：

以上施工程序可根据实际情况作适当的变更

2特点

2.1本工法采用预制厂深度预制，交叉作业施工，现场省时省工省力。

2.2本工法罐壁采用正装法，重要的壁板对接缝可以使用自动焊。

2.3本工法采用气升法仅单独气升大型双罐顶。

2.4本工法能保证低温钢焊接质量，同时便于全面质量控制。

2.5本工法施工作业面大、设备、机具利用率高。

3适用范围

本工法适用于大型焊接双层金属储罐、大型冷藏产品低压储罐、大型立式园筒形钢制焊接油罐正装法施工。

4安装施工

4.1焊接工艺评定

根据API6204.6对所焊板材的焊接工艺（WPS）进行焊接工艺评定（PQR），评定程序及标准按ASME第IX篇中规定进行。

4.1.1材料的认定

根据罐体使用参数，内罐壁板采用A537CI.2，A516Gr.60，外罐壁板采用A283Gr.C，内罐板厚为6.4～27.6mm不等，外罐板厚为4.8～42mm不等。

按ASME标准A573CI.2属P1和G3，A516Gr.60属P1和G1，这些钢材的技术指标必须符合API620.2和附录R中R.2的要求，按钢厂的钢材质量证明书对钢材进行验收，必须时尚应进行复验。

焊接材料需符合ASME第二卷C篇中的要求。

4.1.2焊接方法及焊接材料的确定

选用焊接方法应根据罐体结构、尺寸、材质、组装方法及利于保证质量提高效益等因素确定，再根据图纸要求、主体材质和焊接方法确定焊接材料。

内罐钢材A537CI.2，A516Gr.60，属铁素体型低温钢，供货状态为调质，通过加入细化晶粒的合金元素以及采用热处理方法来提高低温韧性。

焊接时，如果选用过大的焊接线能量，高温停留时间过长，冷却速度减慢，至使焊接热影响区的组织和性能发生不良影响，原有的热处理效果受到损害，过热区晶粒长大，导致低温韧性的下降。

根据低温钢的特性，在选择焊接方法时除考虑经济、效率外，应考虑选择的焊接方法的线能量不能过大并能加以调节，故现场对环缝选用埋弧自动焊（SAW），用较细焊丝、小规范、多焊道，纵缝选用手工电弧焊（SMAW）。

焊接材料的选择根据LPG储罐的工作条件，应选配相应的能满足使用要求的焊接材料，焊缝金属要满足在工作温度下，对低温韧性的基本要求，且不低于母材经焊接加工后的最低韧性水平，所选用的焊接材料见表2

表2焊接工艺评定（PQR）项目表

序号

材质

板厚（mm）

接头型式

填充

金属

焊接

方法

试验

项目

焊接

位置

A537C1.2

-A537c1.2

6×6

对接

NB-1SJ

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A537C1.2

-A537c1.2

38×38

对接

US-49A

MF-33H

SAW

拉伸

弯曲

冲击

A537C1.2

-A537c1.2

16×16

对接

NB-1SJ

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A516Gr.60

-A516Gr.60

6×6

对接

LB-47

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A516Gr.60

-A537c1.2

9×9

对接

LB-52NS

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A333Gr.3

-A333Gr.3

3.91×3.91

对接

TGS-3N

GTAW

拉伸

弯曲

冲击

A350LF3

-A333Gr.3

5.54×5.54

对接

TGS-3N

LB-52NS

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A333Gr.3

-A333Gr.3

6.35×6.35

对接

TGS-3N

LB-52NS

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A333Gr.1

-350LF2

5.5×5.5

对接

TGS-1N

NB-1SJ

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A516C1.2

-A333Gr.3

9.0×9.0

对接

TGS-2N

LB-52NS

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A537C1.2

A333Gr.3

9.0×9.0

对接

TGS-1N

LB-52NS

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A283C

-A283C

12×12

对接

B-14

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A131B

-A131B

17×17

对接

US-36

MF-33H

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A573Gr.70

-A573Gr.70

21×21

对接

LB-47

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A285Cr.c

-Sus304

8×8

对接

NC-39

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

A537C1.2

-A516Gr.60

8×8

对接

US-49A

MF-33H

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

4.1.3焊接工艺评定的标准及项目

按ASME第IX篇《焊接和钎焊评定》，施焊试件，检验和测定试样性能，内容包括重要参数、附加重要参数和非重要参数。

根据低温常压LPG储库的钢材、接头和坡口型式、焊接方法、焊接材料、焊接位置、焊接设备、焊接线能量和层间温度、焊后热处理、环境条件等，由技术熟练的焊工，按预先制订的焊接工艺规程焊接试件，并按标准进行各项检测，直到评定合格，从而确定所拟定的焊接工艺能否保证焊接接头具有所要求的使用性能。

焊接工艺评定项目见附表2。

4.1.4主要焊接工艺

主要焊接工艺参数见表3。

表3主要焊接工艺参数一览表

材料

焊接

方法

焊接材料

电流特性

电流A

电压V

焊接速度

（cm/min）

备注

A537C1.2

-A537C1.2

（A516Gr.60）

SAW

MF-33H

/US49A

350-480

26-28

30-55

层间温度小于200℃；每层焊缝厚度不超过12mm。

A537C1.2

-A537C1.2

SMAW

NB-1SJ

90-180

21-26

4-10

同上

A537C1.2

-516Gr.60

SMAW

LB-52NS

100-180

21-26

4-10

同上

A516Gr.60

-516Gr.60

SMAW

LB-47

100-180

21-26

4-10

同上

A573Gr.70

-573Gr.70

SMAW

MF-33H

US-36

100-180

21-26

4-10

同上

A131Gr.B

-A131Gr.B

A283Gr.C

-A283Gr.C

SAW

B-14

360-480

26-28

30-55

同上

A283Gr.C

-A283Gr.C

A131Gr.B

-A131Gr.B

SMAW

100-190

21-26

4-10

同上

4.2焊工资格考试

按API620要求，所有被选作手工焊接的焊工和选作自动焊的焊接操作工，都要经过ASME第IX关于焊工评定的规定进行考试。

考试试样经外观检查后，按ASMEIX篇射线检查标准探伤和评定，外观检验需符合《锅炉压力容器焊工考试规则》要求。

对考试合格的焊工或焊接操作工，指定一号码、字母或符号以资识别，具体考试项目见表4。

考试合格的焊工和焊接操作工，在现场焊接中所焊项目必须符合其考试合格项目。

4.3罐体的预制

为了保证安装质量，要求罐体在工厂车间预制，建立质量控制体系、编制生产工艺和检验纲要，合格部件才能运往现场安装。

表4焊工考试项目

焊接方法

焊接位置

材质

板厚

填充金属

SMAW

A283Cr.C

-A283Cr.C

14×14

NB-1SJ

SAW

A283Cr.C

-A283Cr.C

14×14

MF-33H

/US-49A

SMAW

A283Cr.C

-A283Cr.C

14×14

NB-1SJ

SMAW

A283Cr.3

-A283Cr.3

14×14

NB-1SJ

GTAW+SMAW

A333Gr.3

-A333Gr.3

2"管5.5×5.5

TGS-3N

+NB-1SJ

GTAW+SMAW

A333Gr.3

-A333Gr.3

4"管8.6×8.6

TGS-3N

+NB-1SJ

图3预制加工程序

阅图纸编工艺

材料确认划线

切割和坡口加工

打磨

尺寸检查

标记标记标记焊接焊接

（边缘板卷板开孔标记标记

扇形吊顶板弧度检查预装配机加

扇形顶板）（壁板承压圈等）（顶结构）（人孔）（接管）

钢板的切割和焊缝的坡口,宜采用机械加工或半自动火焰切割加工,板的园弧边缘,可采用手工火焰切割加工,剪切加工只限于9mm以下厚度钢板。

焊接坡口表面应平整光滑，不得有夹渣、分层、裂纹、溶渣表面硬化层等缺陷。

必要时对板材的焊接坡口表面进行磁粉或渗透着色探伤。

热煨成型的构件，不得有过烧、变质现象，其厚度减薄量不应超过1mm，具体预制加工程序见图3。

材料在预制时，要认真做好材料标记移植，对于低温钢材料，不宜采用打钢印方法进行材料标记移植。

所有部件按编制的标记方案明显标记，方便现场取用。

预制加工完成按图纸要求进行喷砂除锈，喷涂防锈底漆。

运输时应有防止变形损坏措施。

4.4主要组装和焊接工艺

4.4.1基础尺寸和地脚螺栓间距检查以及确定定位用中心线（0°、90°、180°、270°和中心点）。

4.4.2外罐底部边缘板的安装

将每块外罐边缘板安放在预先划有的基准线上，焊接前测量边缘板半径、检查坡口和防变形工装安装情况，见图4。

4.4.3外罐底板的铺设和焊接

沿参考线从中心向四周铺设底板，用定位块保持搭接间距，然后用点焊临时固定底板见图6。

外底板焊接顺序见图7：

在完成外罐壁板和边缘板焊接后，再进行外罐底板和边缘板之间的点焊和焊接。

用锤击使三层钢板重叠部分的配合平滑园整，如图8。

使用工装定位，固定点焊的长度最小50mm，固定点焊的间距在500mm左右，见图9。

在正式焊接前，采取一些必要的防变形措施，参见图10。

焊接工作完成后，按标准进行外观检查和抽真空检查。

4.4.4外罐第一层壁板的安装和焊接

4.4.4.1在外罐边缘板上以图纸上罐内径尺寸划基准园周线，再划一小于该园内径200mm的检查园周线。

4.4.4.2按图纸方位在基准园周线找出各壁板对接缝（即纵焊缝）定位点，使壁板的纵缝均匀分布在基准园上，从基准壁板开始吊装壁板，见图11。

4.4.4.3底圈壁板的纵向焊缝与罐底边缘板对接焊缝之间的距离不得小于200mm。

4.4.4.4在内表面点焊固定，按规范要求检查垂直度、水平度、椭园度、错边和坡口间隙。

4.4.4.5完成壁板纵缝焊接，预留通道口处焊缝暂不焊。

（内外罐壁在同一方位要留一块壁板不焊，待安装罐顶、内罐底板和询问保冷层时暂进移开作材料和人员进出通道）。

4.4.4.6将壁板点焊固定在边缘板上，焊接壁板和边缘板角焊缝，战火时固定应焊在最终焊接一面的反面。

焊接时要注意壁板垂直度的变化，随时准备要用工装纠正变形，完成焊接后按检验标准检查。

4.4.4.7按图纸在外罐底板上开排水孔，开孔时，严格注意开孔位置和开孔的大小，防止外底板和排水管的连接处焊缝开裂。

待安装顶板后再用堵板焊接密封该排水孔，排水管由土建预埋。

见图12。

4.4.5内罐底层珍珠岩混凝土圈的浇注、养护、检查。

4.4.5.1内罐底层珍珠岩混凝土的基本结构如图13。

模板内表面需涂刷油质脱模剂采用连续浇注，第一层用木抹抹平，第二层用铁抹抹平，模板在浇注后三天才可撤去，珍珠岩混凝土上的表面应用塑膜覆盖以防快干。

在珍珠岩混凝土完工两天后，开始浇注加固混凝土承压环，并在中间加入径向和环向钢筋，见图14。

4.4.5.2珍珠岩混凝土圈采用如图15的防水措施。

4.4.6内罐边缘板的安装和焊接

将每两块内罐边缘板为一组，在平台上采用工装固定及反变形措施，见图16。

焊好正面后，反面清根进行PT检查，再完成反面焊接，RT检查合格后，将每级边缘板放在珍珠岩混凝土圈上，焊接剩余的焊缝。

首先焊接正面，待焊接完成后，临时架起进行背面清根及PT检查，完成反面焊接，RT检查合格，再对焊缝进行抽真空检查。

4.4.7内罐第一层壁板的安装和焊接

参照外罐底圈壁板安装和焊接方法，并采用如图17的防倾斜和弯曲工装，在通道口处采用工字钢或槽钢加固。

4.4.8内外罐其余壁板及加强圈的安装、焊接

4.4.8.1各圈壁板的纵向焊缝向同一方向逐圈错开，其间距为板长的1/3，且不得小于500mm。

4.4.8.2采用工装夹具固定壁板位置并调节错边和坡口间隙，参见图18，点焊固定。

4.4.8.3壁板焊接顺序按图19进行。

焊接时手工焊和埋弧自动焊先焊外侧，完成后，清根检查，再完成内侧的焊接。

焊接时，层间温度必须小于200℃，焊接完成后，按API620要求进行外观和无损探伤检查。

无损探伤检查在焊接完成24小时后进行。

和边缘板焊接

图19壁板焊接顺序

4.4.8.3产品焊接试板

按API620的要求，根据现场施工的焊接工艺、材料、板厚等，每台LPG储罐应制作3块焊接试板，并对试板的焊缝和HAZ分别进行3个试样低温百夏比V型缺口冲击试验，按ASME标准验收，具体参数见表6。

表6LPG储罐焊接试板参数

序号

试板位置

材质

板厚（mm）

焊接位置

焊接方法

填充金属

试验温度

第4层壁板纵缝

A537C1.2

18.2

SMAW

NB-1SJ

-45℃

第7层壁板纵缝

A537C1.2

8.7

SMAW

NB-1SJ

-45℃

第9层壁板纵缝

A516Gr.60

8.0

SMAW

LB-52NS

-45℃

4.4.9顶部承压圈和顶角钢的安装、焊接

4.4.9.1采用工装夹具将承压圈和顶角钢安装好，见图20。

调整好接口间隙和错边，点焊固定，焊接程序焊接。

因承压圈厚度达42mm，焊接应力大，焊接时，要检查点焊处是否开裂，彻底清除已开裂的点焊，焊接完成后，按API620进行外观和无损探伤。

4.4.9.2将气升用的临时工装焊在承压圈上。

4.4.10顶结构和吊顶板的组装、焊接。

4.4.10.1在外罐底板上进行顶结构的组装和焊接，如图21。

4.4.10.2顶结构上所有永久螺栓与螺母都用点焊固定，以防松动。

4.4.10.3顶板铺设和焊接。

顶板的焊接顺序按图22进行。

4.4.10.4通过预留通道口运进内罐吊顶板，在临时支架上铺设内罐吊顶板，焊接完成后，用吊带将吊顶和顶部结构连接起来。

4.4.11防雨措施

为防止在施工中下雨，雨水渗入保冷材料，影响大罐质量和保冷效果，采取如图23的防雨措施。

4.4.12顶部气升

气升示意图见图24

向罐内鼓气，达一定气压时，顶板、顶结构连同吊顶板将沿着内罐壁被托起并随着不断鼓进空气体积增大而开始上升，直到被气升到顶部。

4.4.12.1气升密封装置

气升密封简图见图25

围一圈的尼龙垫要足够宽，当罐内气压上升后，尼龙垫将紧贴导向板和罐内壁，起密封作用。

由于外罐顶高过内罐，需在内罐顶角钢上临时加一圈壁板（壁板厚度t8～t10，高度距外罐承压圈约100mm），当罐顶气升脱离内罐壁时，可以沿临时壁板继续上升，气升完成后去除临时壁板。

4.4.12.2平衡装置

气升平衡装置主要采用预紧钢丝绳来控制顶部在上升时的旋转位移和倾斜，钢丝绳的拉紧状况可通过钢丝绳下垂的挠度来判断和钢丝绳端头的花兰螺栓（固定在底板上）调节，见图26，其中导向钢丝8根，平衡钢丝16根。

在四个方向（0°、90°、180°、270°）设置标尺观察上升高度及平衡状况。

4.4.12.3动力装置

风机2套（额定风压350mmAq，500m3/min），发电机2台，控制柜、仪表等。

正常使用一台风机一台发电机，另一台备用。

内罐壁预留通道口临时用钢板封上，在封板上开进风口，用风管与风机出口连接。

风管应安装闸阀和旁通阀，用以调节进入罐内风压。

用U形玻璃管与罐内连通，测量罐内风压。

4.4.12.4气升过程

a.检查密封装置、平衡装置、动力装置、人员是否符合要求，密封尼龙布是否用胶带粘贴在壁板上，清除密封装置和罐壁之间的杂物。

b.进行试气升。

在试气升时，进一步检查罐顶启动时压力，停止上升时的压力、顶部平衡状态、密封状态、平衡和导向装置。

c.确认各项工作正常后，开始气升，

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