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

中国化学工程总公司建设继续教育用培训教材之一

大型低温常压LPG储罐现场安装工法

二000年十月

1．概述

2．工艺原理

3．特点

4．适用范围

5．安装施工

6．机具设备及劳动组织

7．质量要求

8．主要安全措施

9．效益分析

10．工程实例

大型低温设备常压LPG储罐现场安装工法

1.概述

石油液化气（简称LPG）特性除易燃性外,还用一特性即可液化性.液化条件有两种:

一是常温下加压后能以液态存在；二是在常压时在低温下也能以液态存在。

采用常温下加压储存是使用压力卧罐或球罐,受压力影响,为安全考虑,储罐容量不能太大,几十吨、几百吨至千吨。

使用低温常压方法储存石油液化气（LPG）是国际上先进方法，其特点是可以经济的大容量储存液化气。

因为是常压，便可以建造大型立式圆柱型钢储罐，采用罐外保冷方法，大容量储存，单台可储存数万吨低温液化气。

国内目前最大储罐可储存40，000吨。

使用地上式圆筒型拱顶双层金属结构（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。

储罐内壁钢板具用良好的耐低温性能，能承受低温状态下介质的静压和罐体自重。

还有一种形式是单壳罐，罐外保冷层用金属片保护，或单层罐外建造一个水泥罐作保冷保护罐。

本工法是按双壳钢罐编写。

施工验收按照美国国家标准API620（“大型焊接低压储罐设计和建造”）和ASME有关要求。

储罐结构和技术参数见表1和图1。

2．工艺原理及程序

储罐特点：

直径大、拱顶高、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为气升时存在的摩擦力（密封件与壁板、钢丝绳与滑轮等产生摩擦力），f值是经验数值，与气升结构有关，f值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刚结构及顶板，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

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

-0.490～14.7KPa

负载

—

1.20KPa

风载

—

40m/s

抗震等级

里氏7级

腐蚀余量

0mm

0mm

焊逢系数

100%（壁板）

—

蒸发率

最大0.065/0.045%/天（35℃，5m/s）

材料

壁板

A537Cl.2，A516Gr.60

A283Gr.C，A516Gr.60

A131Gr.B，A573Gr.70

顶结构

—

A36

接管

A537Cl.2，A516Gr.60

A333Gr.3，A333Gr.6

A283Gr.C，A53Gr.B

法兰

A537Cl.2，A516Gr.60

A350Gr.LF3，

A350Gr.LF2，

A283Gr.C，A105

螺栓、螺母

A320Gr.L7/A94Gr.4

A307Gr.B

保冷

吊顶

玻璃棉

壁

玻璃棉毡和珍珠岩颗粒

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

按API620

气压试验

底板（21.4Kpa）

水压试验

—

18.6KPa

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

罐顶气升部分重

460

顶部走台和扶手

喷淋系统

27800

壁板

（A537Gr.60）

壁板

（A131Gr.B）

No.10t12

（A283Gr.C）

No.9t12

（A283Gr.C）

No.8t12

（A283Gr.C）

No.7t12

（A283Gr.C）

No.6t13

No.5t13

No.4t13

No.3t13

No.2t13

No.1t13

No.9t8

（A516Gr.60）

No.8t8.4

（A516Gr.60）

No.7t8.7

No.6t11.9

No.5t15.0

No.4t18.2

No.3t21.3

No.2t24.4

No.1t27.6

No.4t13

No.3t13

No.2t13

No.1t13

39715

R46700

盘梯

27800

底部保冷

加强混凝土t=150

珍珠岩混凝土t=300

地脚螺栓

壁板人孔

底部保冷

［珍珠岩垫层t=450］

壁板人孔

底部加热系统

650

29500

内罐IDΦ58300

外罐IDΦ58300

底部保冷不

最高液位27100

650

承压圈

t42（A516Gr.60）

顶人孔

顶板

t7.4（A573Gr.70）

内罐外罐

吊顶人孔

吊顶板

t4.8（A516Gr.60）

96～顶结构

底板

t6.4（A516Gr.60）底板

t6.4（A283Gr.C）

边缘板边缘板

t8.0（A537Cl.2）t6.4（a283Gr.C）

图1储罐结构

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。

3．特点

3．1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。

3．2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。

3．3本工法采用气升法仅单独气升大型双罐顶。

3，4本工法能保证低温钢焊接质量，同时便于全面质量控制。

3．5本工法施工作业面大，设备、机具利用率高。

4．适用范围

本工法适用于大型焊接双壳金属储罐、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。

其中气升罐顶法是大型拱顶罐安装拱顶最佳方法。

5．安装施工

5．1焊接工艺评定

根据APl620第4．6条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1X篇中规定进行。

5．1．1材料的认定

图2．双壳金属低温常压LPG储罐主要安装工艺流程图

基础尺检查

罐体安装方位的确定

管地脚栓位置检查

外罐底边缘板安装和焊接

外罐底板安装和焊接

外罐底板排水板的焊接

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

地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

外罐顶结构及顶板组和焊接

检验

完成内外罐其余壁余组装和焊接

检验

内罐吊顶的铺设和焊接

检验

内罐顶角钢、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

检查

外罐气压试验

罐顶阀门的调试

检查

内外罐壁间保冷材料的填装、外罐油漆

氮气置换罐内空气

交工

注：

以上施工程序可根据实际情况作适当的变更

根据罐体使用参数，内罐壁板采用A537c1．2，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A537c1．2属P1和G3，A516Gr.60属Pl和G1，这些钢材的技术指标必须符合APl620．2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，必要时尚应进行复验。

焊接材料需符合ASME第二卷C篇中的要求。

5．1．2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A537C1．2，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，故现场对于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。

5．1．3焊接工艺评定的标准及项目

按ASME第1X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，直至评定合格，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。

5．1．4主要焊接工艺

主要焊接工艺参数见表3。

5．2焊工资格考试

按APl620要求，所有被选作手工焊的焊工和选作自动焊的焊接操作工，都要经过ASME第1X篇关于焊工评定的规定进行考试。

考试试样经外观检查后，按ASME第1X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。

5．3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，检验合格部件才能运往现场安装。

钢板切割和焊缝开坡口，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、表面硬化等缺陷。

必要时对板材的焊接坡口表面进行磁粉或着色探伤。

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lmm，具体预制加工程序见图3。

表2．焊接工艺评定（PQR）项目表

序号

材质

板厚

（mm）

接头形式

填充金属

焊接方法

试验项目

焊接位置

1

A537c1.2

-A537c1.2

6×6

对接

NB-1SJ

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

3G

2

A537c1.2

-A537c1.2

38×38

对接

US-49A

MF-33H

SAW

拉伸

弯曲

冲击

2G

3

A537c1.2

-A537c1.2

16×16

对接

NB-1SJ

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

3G

4

A516Gr.60

-A516Gr.60

6×6

对接

A516Gr.60

-A516Gr.60

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

3G

5

A516Gr.60

-A537c1.2

9×9

对接

A516Gr.60

-A537c1.2

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

3G

6

A333Gr.3

-A333Gr.3

3.91×

3.91

对接

A333Gr.3

-333Gr.3

GTAW

拉伸

弯曲

冲击

6G

7

A350LF.3

-A333Gr.3

5.54×

5.54

对接

A350LF3

-A333Gr.3

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

6G

8

A333Gr.3

-A333Gr.3

6.35×

6.35

对接

A333Gr.3

-333Gr.3

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

6G

9

A333Gr.1

-A350LF.2

5.5×5.5

对接

A333Gr.1

-A350LF2

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

6G

10

A516Gr.60

-A333Gr.3

9.0×9.0

对接

A516Gr.60

-A333Gr.3

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

6G

11

A537c1.2

-A333Gr.3

9.0×9.0

对接

A537c1.2

-A333Gr.3

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

6G

12

A283C

12×12

对接

A283C

-A283C

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

3G

13

-A283C

17×17

对接

A131B

-A131B

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

2G

14

A573Gr.70

-A573Gr.70

21×21

对接

A573Gr.70

-A573Gr.70

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

3G

15

A285Cr.c

-Sus304

8×8

对接

A285Cr.c

-Sus304

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

1G

16

A537c1.2

-A516Gr.60

8×8

对接

A537c1.2

-A516Cr.60

GTAW

SMAW

拉伸

弯曲

冲击

2G

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

DC

350-480

26-28

30-55

层件温度小于

200℃；

每层焊逢厚度

不超过12mm

A537c1.2

-A537c1.2

SMAW

N1SJ

AC

90-180

21-26

4-10

同上

A537c1.2

-A516Gr.60

SMAW

LB-52NS

AC

100-180

21-26

4-10

同上

A516Gr.60

-A516Gr.60

SMAW

LB-47

AC

100-180

21-26

4-10

同上

A573Gr.70

-A573Gr.70

SMAW

LB-47

AC

100-180

21-26

4-10

同上

A131Gr.B

-A131Gr.B

A283Gr.C

-A283Gr.C

SAW

MF-33H

US-36

DC

360-480

26-28

30-55

同上

A283Gr.C

-A283Gr.C

A131Gr.B

-A131Gr.B

SMAW

B-14

AC

100-190

21-26

4-10

同上

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

2G

A283Cr.c

-A283Cr.C

14×14

NB-1SJ

SAW

2G

A283Cr.c

-A283Cr.C

14×14

MF-33H/

US-49A

SMAW

3G

A283Cr.c

-A283Cr.C

14×14

NB-1SJ

SMAW

4G

A283Cr.c

-A283Cr.C

14×14

NB-1SJ

GTAW

+SMAW

6G

A333Gr.3

-A333Gr.3

2″管

5.5×5.5

TGS-3N

+NB-1SJ

GTAW

+SMAW

6G

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

材料确认下料

切割和坡口加工

打磨

尺寸检查

焊接

焊接

标记

标记

标记

开孔

卷板

标记

标记

机加

预装配

弧度检查

（壁板、承压圈等）（顶结构）（人孔）（接管）

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作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。

运输时应有防企变形损坏措施。

5．4主要组装和焊接工艺

5．4．1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）。

5．4．2外罐底部边缘板的安装

将每块外罐边缘板安放在预先划好的基准线上，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。

≈500

R

划搭接线

垫板

图4边缘板对接焊逢焊接顺序

先固定点焊，然后完成边缘板对接焊缝从外边缘往内150mm长焊缝的焊接，剩余部分焊缝待焊完壁板和边缘板角焊缝且在边缘板和底板角焊缝焊接前完成。

边缘板对接焊缝宜采用焊工均匀分布，对称施焊方法，焊接顺序见图5。

5．4．3外罐底板（中腹板）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。

c

150a

外壁板b

a

c

b

a

c

b

a

c

b

a

c

100

此段表面磨平

图5边缘对接缝焊接顺序

点焊

底板

参照线

300

300～500

最小30

铺设方向

最小30

图6外罐底板的铺设和焊接

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，采取一些必要的防焊接变形措施。

焊接工作完成后，按规范标准进行外观检查和抽真空检查。

5．4．4外罐第一层壁板的安装和焊接

5．4．4．1在外罐边缘板上以图纸标示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。

5．4．4．2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10。

5．4．4．3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200毫米。

5．4．4．4在内表面点焊固定，按规范要求检查垂直度、水平度、椭园度、

3

10

10

10

10

10

10

10

3

3

3

10

10

3

3

2

10

7

3

1

5

4

3

10

5

3

2

8

1

1

18

8

1

10

1

1

1

9

991

26

1

11

1

7

10

9

7

1

10

2

2

37

2

3

4

2

1

2

10

2

456

10

2

2

7

2

10

2

3

4

3

4

10

44

10

10

10

10

10

10

10

10

图7外罐底板焊接顺序

捶击

图8外罐底板三层重叠部分装配

楔块

50

500

50

点焊点焊

工装夹具

撬棍

图9定位工装

隔片

日字码

壁板基准园线、

每600～700

600～750

600～1000

标记

标记

检察园线、

方形导块

壁板

楔块

边缘板

图10外罐壁板装配

错边和坡口间隙。

5．4．4．5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、内罐底板和底部保冷层时暂时移开作材料和人员进出通道）。

5．4．4．6将壁板点焊固定在边缘板上，焊接壁板和边缘板角焊缝，点焊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。

5．4．4．7按图纸在外罐底板上开排水孔，待安装顶板后再用堵板焊接密封该排水孔。

见图11。

外罐壁板

排水孔

图11外罐底板排水孔

5．4．5内罐底层珍珠岩混凝土圈的浇注、养护、检查。

5．4．5．1按照施工图纸浇注内罐底层珍珠岩混凝土。

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，珍珠岩混凝土的表面应用塑膜覆盖以防快干。

在珍珠岩混凝土圈完工两天后，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。

5．4，5，2在浇注内罐底层珍珠岩混凝土时，可以采取一些需要的防水措施。

5．4．6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12。

首先焊接正面，待焊接完成后，3临时架起进行背面清根及PT检查，完成反面焊接，经RT检查合格后，将边缘板放在珍珠岩混凝土圈上，焊接剩余的焊缝。

最后对焊缝进行抽真空检查。

防弯曲定位防焊接变形

图12内罐边缘板防变形措施

5．4．7内罐第一层壁板的安装和焊接

参照外耀底圈壁板安装和焊接方法，并采用如图13的防倾斜和弯曲工装，在通道口处采用工字钢或槽钢加固。

5．4．8内外罐其余壁板及加强圈的安装、焊接。

5．4．8．1各国壁板的纵向焊缝向同一方面逐圈错开，其间距宜为板长的1／3，且不得小于500mm。

5．4．8．2采用工装夹具固定壁板位置，调节错边和坡口间隙，并点焊固定。

5．4．8．3壁板焊接顺序按图14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