摘要：油田原油储罐投运多年后，储罐罐底及壁板腐蚀严重，必需维修和改造才能保证正常安全运行。通过总结近年来油田油维工程中原油储罐维修改造做法和施工经验，依据国家及行业相关规范、规程，形成了一套经济实用、可操作性强、安全可靠的拱顶储罐底板和底圈壁板维修、改造施工技术。
关键词：拱顶储罐；维修；改造
Repair and renovation construction technology for bottom and bottom ring wall plate of vault storage tank
Sun Qiang1，Ma Xia1，Lu Feihu1，Chang Yajie2，Cui Rong2
1.The Eleventh Oil Exploitation Plant of Petrochina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710086，China
2.The Eighth Oil Exploitation Plant of Petrochina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710020，China
Abstract：After years of operation of oil storage tank，the tank bottom and wall plate are badly corroded，so it is necessary to repair and renovate to ensure safely operation. By summing up the engineering practice and construction experience of repair and renovation of crude oil storage tank in oilfield maintenance project in recent years，and according to the national and the related rules and regulations，forming a set of economical and practical，strong operability，safe and reliable vault storage tank bottom and bottom ring wall plate repair，renovation construction technology.
Key words：vault storage tank；repair and maintenance；renovation.
1 概述
目前我国石油石化钢制储罐设计寿命一般为20年，据统计资料显示，储罐投用2～3 年后，罐体均出现不同程度的腐蚀，并有38%的储罐出现过穿孔泄漏。腐蚀破坏的主要部位是罐底板及底圈壁板或罐顶板处；表现为钢板上存在大量的蚀坑，多个蚀坑连接形成片状腐蚀，个别的蚀坑造成穿孔，导致发生储罐罐底泄漏事故。长庆油田储运设施已投运多年，储罐罐底及壁板腐蚀严重，必需维修和改造才能保证正常安全运行。通过总结近年来油维工程中原油储罐维修改造施工经验，依据国家及行业相关规范、规程，形成了一套经济实用、可操作性强、安全可靠的拱顶储罐底板和底圈壁板维修、改造施工技术。
2 施工工艺
2.1 储罐底圈壁板和底板维修工艺流程图
罐底根据其受损情况，其维修改造分为局部维修和整体更换，其中整体更换罐底板又可分为拆除原罐底板整体更换新的罐底板或者在原罐底板基础上再铺设一层罐底板。下图以拆除原罐底板为例，维修工艺流程图如下。如不拆除原罐底板，则只需对原罐底板进行防腐处理，或在旧罐底和新罐底之间填充一种非腐蚀性材料软垫层，如砂子、沙砾、沥青砂等[1]。
2.1 罐底板维修工艺流程图
2.2施工要点
2.2.1 罐内外附件拆除
（1）根据施工需要在储罐底圈壁板上开2处逃生门，每处逃生门长度为2米高度为1.8米；
（2）对罐内加热盘管及其他附件的位置及标高进行标识记录后拆除，罐内拆除的附件集中堆放；
（3）拆除罐外消防系统、盘梯等附件，以及与罐体相连的其他管线、仪表接线、阴极保护等。
2.2.2 罐底板修补维修
（1）根据罐底腐蚀情况，如发现严重的麻点、蚀坑、气孔、砂眼、裂纹、凹坑等缺陷且面积不大时，可进行局部修复。
（2）在允许动火的条件下，应尽量采用打磨补焊或局部更换等方法进行修补。
（3）对于数量较少的机械穿孔、腐蚀穿孔等缺陷，可以直接进行补焊。
（4）对于较大面积的穿孔，应将原缺陷部位割去，焊上新的钢板。
（5）发现的裂纹，为防止裂纹扩展，可在其两端钻上止裂孔，将缺陷部位挖去，重新进行补焊，但至少要分两次进行补焊。若裂纹超过100mm，除采用以上措施，也可补焊上一块盖板，盖住裂纹，盖板在每一方向上超出裂纹边缘的距离一般以不小于200mm为宜。
（6）由于应力集中等原因产生的大裂纹，经判断分析，尚有进一步扩展的趋势时可将裂纹周围钢板割去，焊上新钢板。新钢板长度应超过裂纹长度。
（7）由于基础局部沉陷引起罐底局部严重凹陷，应当沿焊缝将钢板割开，在基础上填入沥青砂捣实，重新焊接。如凹陷处的底板已无法校正，则应更换钢板。小面积的凹陷可割一圆孔，并于基础填实后焊上。
（8）不允许动火的储罐可用粘接剂进行粘补。
（9）经检测，如罐底板腐蚀严重，局部修复已不现实，即可按照设计要求，对罐底板进行整体更换。如不拆除原底板，则可在原底板上重新铺设新的罐底板，对于罐底板上严重的麻点、蚀坑、气孔、砂眼、裂纹、凹坑等缺陷先用粘接剂进行粘补，然后涂刷环氧煤沥青漆，或新旧罐底板之间填充一种非腐蚀性材料软垫层，其厚度符合设计要求。或者拆除原罐底板整体更换新的罐底板。
2.2.3 罐底板拆除
（1）将原罐底中幅板全部切除，为节约材料，对未腐蚀的罐底板可重复使用。但在切割时，应避免切割线穿过现有焊缝，应从焊缝一侧距离焊缝50mm处切割。将切割出来的中幅板利用滚杠从逃生门移出罐内。在罐外将可重复利用和不可重复利用的钢板分类摆放。
（2）小型储罐可将整个储罐移位，把旧罐底割掉，换上新罐底，再安放到原来位置。大型储罐边缘板的更换采用逐张更换法，更换边缘板时，先将原来的边缘板割下来，换上新的边缘板，新板的尺寸应尽可能和原边缘板尺寸一致。将边缘板和罐壁底圈壁板之间的T型焊缝全部割去。在切割角焊缝前应先在底圈壁板上安装好胀圈，防止罐体变形。考虑到施工难度，在切割角焊缝时离罐底板10-20mm高度进行切割，以便于对切割后焊缝处理。抽出被割掉的边缘板，同时铺以新边缘板，并与罐壁先点焊连接。
2.2.4 罐基础修复
罐底板拆除完成后根据规范要求对罐基础和沥青砂层进行检查修补，必要时更换新砂，按原设计要求压实，并保证一定坡度[4]。施工完成后，参照“GB50128第4.2章基础检查”的要求进行验收，合格后即可铺设新的罐底板。
2.2.5 罐底板铺设
（1）罐底板预制前应绘制排版图，并应符合“GB50128第3.3章底板预制”的要求。
（2）基础验收合格后，按照预制好的罐边缘板和罐壁板排版图，保证罐壁板立缝与上层壁板的立缝及边缘板的对接缝的错开量符合GB50128的要求。
（3）中幅板铺设时，利用滚杠将已预制好的中幅板运至罐内，铺板时应按照排板图先铺设中心带板，再依次向两侧铺设中幅板。若底板用对接接头连结，应先铺设垫板，垫板铺设时，丁字接头处不焊接，底板与垫板之间仅点焊。
（4）罐底板铺设时应按照“GB50128第4.3章底板组装”的要求进行检查。
2.2.6 罐底板焊接
（1）罐底板焊接时，严格按照焊接作业指导书要求进行，保证焊接质量。
（2）罐底垫板铺设完毕后，首先施焊靠外边缘300mm部位的焊缝，在大角焊缝焊完后，边缘板与中幅板之间的收缩缝施焊前，应完成剩余边缘板对接焊缝的焊接。
（3）对较多的焊缝平行排列时，应隔一道焊一道，最后焊接通长缝。罐底所有焊道的打底焊均应采用分段退焊法；边缘板焊接时留有四道收缩缝，将其它焊缝焊完后再组对焊接这四道收缩缝，所有边缘板对接缝焊接时要用连接板加固，以防焊接变形。
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（4）为有效控制焊接变形，罐底板应严格遵循以下焊接顺序：
边缘板组对、点焊→焊接边缘板外侧350～400mm焊缝→中幅板短焊缝组对焊接→长焊缝组对焊接→组对焊接通长缝→边缘板与壁板大角缝组对焊接→边缘板剩余对接焊缝焊接→边缘板与中幅板收缩缝组对焊接。
2.2.7 胀圈及提升装置安装
（1）根据储罐大小和重量的不同，小型储罐罐可以利用吊车整体提起然后更换底圈壁板和底板。
（2）中型储罐则可利用胀圈和倒链或是液压机构将储罐提升后，整体进行底圈壁板的更换。
（3）对于大型储罐，因储罐重量大，整体提升不现实，可采用局部支撑，逐张更换底圈壁板的方法[2]。如下图所示：
2.2.7 局部支撑示意图
2.2.8 底圈罐壁板维修或更换
（1）底圈罐壁板维修
a. 当罐壁腐蚀穿孔或焊缝泄漏时，则可对罐壁进行局部维修，局部修补时，立缝距罐壁任意一条非切除纵焊缝距离应不小于500mm，环向切割线距环缝应不小于30mm。更换小块壁板的最小尺寸取300mm或12倍更换壁板厚度两者中的较大值。更换壁板的形状可以是圆形、椭圆形，带圆角的正方形、长方形。所有焊缝交点应近似为90°，尺寸及位置应符合以下要求[3]。
图2.2.8-1 更换罐壁板典型形状示意图
表2.2.8-1 更换罐壁板尺寸表
尺寸名称局部更换罐壁板（厚度为t）的边缘焊缝与罐壁所有新旧焊缝的最小间距mm
tt≤12mmt＞12mm
R150取150与6t中的较大值
B150取250与8t中的较大值
H100取250与8t中的较大值
V150取250与8t中的较大值
A300取300与12t中的较大值
注：焊接新垂直焊缝以前，切除现有水平焊缝至少要离开垂直焊缝300mm以上，最后焊接水平焊缝。
b. 整张壁板或壁板全高的板段被拆除或更换时，环缝切割线宜不高于原焊缝中心线，更换完成后，沿现有水平焊缝重新焊接。新垂直焊缝以前，切除现有水平焊缝至少要离开垂直焊缝300mm以上[3]，同时应在水平接头施焊以前焊接垂直接头。
（2）底圈罐壁板整体更换
a. 中小型储罐底圈罐壁板如采用吊车或手动倒链提升等方法整体拆除更换底圈罐壁板，则将罐底大角焊缝切开后，先更换边缘板，然后切除底圈壁板，更换新壁板，其组装工艺与新建储罐倒装法施工工艺相同，此处不再累述。
b. 对于大型储罐，可在储罐对称的位置，沿同一方向，利用局部支撑，从逃生门处开始，更换第一张壁板，待壁板组对焊接完成后，即可放下螺旋千斤顶，开始更换第二张壁板，按此方法逐张更换，直至整圈壁板换完为止。底圈壁板整体更换时，如环缝为对接，切割线应在环焊缝以上不小于10mm，环缝为搭接结构时，清除搭接焊肉不得咬伤上层罐壁板[3]。
图2.2.8-2 对接焊缝底圈罐壁板切割线位置
2.2.9 底圈罐壁板组装
（1）罐壁板按照“GB50128第3.2章壁板预制”的要求进行预制，检查验收合格后方可使用。
（2）底圈壁板更换前，在罐壁两侧分别安装调整壁板椭圆度的三角板，要求内外交错分布，以便在三角板与侧板间打上销子以调整侧板的椭圆度。
（3）壁板组对从逃生门处开始，逐张更换底圈壁板，然后依次组对。第一块壁板组装吊装至拆除壁板位置后，用卡具调好间隙，打上弧板固定，用销子打入三角板间调整椭圆度，椭圆度合格后，再用销子打入边缘板与罐基础圈梁间调整水平度，然后利用正反丝调整壁板垂直度，调整合格后用卡具固定对口间隙，用防变形卡具点焊好。以上工序检查合格后，在壁板内侧与边缘板间安装防变形斜支撑，其数量为每张边板设2根，待龟甲缝焊完之后再拆除。
（4）环向、纵向焊缝错边调整合格后与未更换的相邻壁板点焊固定，固定牢靠后缓慢放下螺旋千斤顶，利用同样的方法进行第二张壁板的更换。安装前先在要安装的壁板外侧安装门型卡具，并在上一圈板上环缝处安装相应的背杠U型卡具和方型卡。
图2.2.9 底圈罐壁板组装示意图
2.2.10 底圈壁板焊接
（1）第二张壁板安装完成后即可开始壁板焊接，先焊立缝；环缝焊接时，距离新组对的未焊接立缝300mm处先不焊，待立缝焊接完成后再焊接水平焊缝。
（2）罐壁先焊外侧，后焊内侧，T型接头部位要将纵缝焊入环缝坡口内、打磨清除环缝坡口内多余的焊肉后方可焊接，焊接时，T型接头部位两侧300mm范围内应尽量避免作为焊接的起弧和收弧点。
（3）环缝焊接由于采用多层多道焊，在各层的焊道排列中，必须注意排道顺序及位置，以确保焊缝成形平整、美观；同时，多层焊的层间接头必须打磨并互相隔开至少50mm以上；
2.2.11 大角缝的焊接
底圈壁板环缝和立缝焊接完成后，即可开始大角焊缝的焊接；罐壁与罐底大角焊缝焊接，打底层由多名焊工对称均匀分布，沿罐内、罐外同一方向同时采用分段退焊或跳焊的方法进行焊接；填充、盖面层焊接应对称分布沿同一方向分段焊接，先焊内侧、后焊外侧。为防止角焊缝内侧焊接时产生的焊接变形，焊接前必须在内侧采用卡具或背杠进行刚性固定，加固支撑的间距不得大于1200mm，并且不得妨碍焊接过程的施工，该支撑必须在罐底收缩缝焊完后方可拆除。大角焊缝的表面必须圆滑过度，内侧焊缝呈下凹形，否则应采用砂轮打磨成形。
2.2.12 龟甲缝焊接
（1）龟甲缝宜选在气温较高的天气进行，这时中幅板的膨胀量与边缘板膨胀量之差较大，气温下降后，中幅板的收缩量同样比边缘板的收缩量大，这样可把中幅板拉得更平整，油罐投产后，因原油要保持一定的温度，这也有利于减小焊缝间的热应力。
（2）考虑底板因温度变化而引起的收缩量，从切割到焊接完成宜在一天内完成。打底时，焊工要对称分布，并采用跳焊方式，严禁在短距离内进行多道焊，避免热量集中，造成底板变形。
2.2.13 焊缝检测
（1）焊缝外观检查：应将熔渣、飞溅等清理干净；同时应满足“GB50128第6.1章焊缝的外观检查要求”；
（2）储罐维修结束后，应按照“GB50128第6.2章无损检测及严密性实验”和“SY/T5921第10章油罐修理的检验、实验与验收”和下面的补充要求进行无损检测[3]。
a. 新的或修补后的罐壁纵焊缝，每条焊缝上应拍一张射线照片；
b. 新的罐壁焊缝，每15m长焊缝及其尾数内的任意部位应各拍一张射线照片，不足15m的尾数，任意娶一个射线检查点；
c. 每个新的纵向和环向焊缝交点处应进行100%射线探伤；
d. 修补后的罐壁对接焊缝应用射线探伤或超声波检测其全部长度。
2.2.14 充水试漏
（1）充水试验可参照“GB50128第6.4章充水试验”的要求进行。
（2）凡经重大修改的油罐或设计有要求的，都应按设计最高液位进行充水试验。重大修改指的是边缘板、罐底与罐壁之间的大角焊缝或罐壁板经过切割重焊，罐壁板上开孔，罐基础整修等，其具体情况如下[1]：
a. 在低于设计液位的任何管壁上焊接大于304.8mm的接管或在位于罐壁304.8mm以内的任何罐壁上施焊。
b. 低于设计液位的任何罐壁的拆除和更换时，增加或更换任何环形边缘板材料的最大尺寸超过304.8mm。
c. 罐壁板垂直焊缝或环形边缘板径向焊缝全部或部分（超过焊缝厚度的一半）清除和重焊超过304.8mm。
d. 大角焊缝任何部分的清除和重焊。
e. 用千斤顶顶起部分或全部油罐罐壁。
（3）除以上情况外，储罐修理完毕，在罐底严密性试验合格后，根据检修的具体内容和实际情况，可有选择地进行充水试验。
（4）仅对罐底或罐壁进行局部修理，且焊缝已进行了无损探伤和严密性试验，可根据实际情况确定是否进行充水试验。
（5）由于是大罐是在老基础上施工改造，上水试验时，不需沉降，上水速度可以适当加快。上水试验时，需组织人员对焊缝进行仔细的检查，有缺陷的地方及时整改。
2.2.15 竣工投产
储罐维修完成后，施工单位提出整体验收申请，使用单位及时组织相关部门进行整体验收。验收合格后，由使用单位作出评价，并在相关验收资料上签字盖章，作为竣工资料进行存档备案。
3 结束语
采用该施工工艺维修、改造、更换罐底板、底圈壁板修复效果好，可大大延长储罐使用寿命，且施工方法简单便利，可有效控制施工变形。按照规范要求对罐体进行切割与拆除，回收利用储罐材料及配件，降低维修成本。同时可在站外深度预制，以合理的施工资源，最大程度缩短检修工期，降低停产损失。
参考文献：
[1]SY/T 6620，油罐检验、修理、改建和翻[S]
[2]周正斌. 大型储罐罐底的分段更换工艺[J].石油化工建设，2009（01）：44-45
[3]SY/T 5921，立式圆筒形钢制焊接原油罐修理规程[S]
[4]SHS 01012，常压立式圆筒形钢制焊接储罐维护检修规程[S]
[5]GB50128，立式圆筒形焊接储罐施工及验收规范[S]
论文作者:马霞1,卢飞虎1,常雅洁2,崔蓉2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/23
标签：壁板论文; 底板论文; 储罐论文; 边缘论文; 大角论文; 裂纹论文; 局部论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;