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大型储罐焊接质量控制
山东电建二公司 赵红军 王忠奎
摘要：加强焊接过程控制，分析大型储罐在安装、焊接过程中钢板的变形原因及其预防措施，进而提高大型储罐的的安装及焊接质量。
关键词：储罐 质量 控制
一、项目概况及工程特点
中海壳牌南海石化项目是由皇家荷兰/壳牌集团公司的成员公司----壳牌南海BV公司和中国海洋石油石化公司石化投资有限公司合资建设的，两公司各占50%的股份。
该项目总投资额为43亿美元，折合人民币350亿元，是迄今为止中国最大的合资项目。山东电力是9个最大单元/装置承包商中唯一的中方EPC承包商。
该项目的工程特点主要有以下几个方面：
山东电力第一个与国际接轨的EPC项目
业主壳牌(Shell)公司和中海油(CNOOC)均为 世界一流公司
项目管理承包商（PMC） 由世界一流工程公司Bechtel牵头
国际一流水平的HSE管理
SEPCO是46个承包商中最大的中方EPC承包商
我们以前曾施工的储罐容积最大在2000M3左右，壁板最薄的为8mm，而本工地储罐容积高达8000M3，且最薄的板厚为6mm，共有8个油罐、4个水罐，而且是石油化工项目，安全性要求非常高。我们从没有施工过这么大容积的储罐，没有成熟的经验可以借鉴。另外，由于储罐容积大，板厚小，其罐体的质量就很难控制。
二、焊工培训及取证
从事南海石化项目的焊工，都取得过电力部或劳动部的焊工资格证，并且绝大多数焊工都有多年的火电站安装的焊接经验，但是，按照DEP的要求，所有焊工必须按焊工资格证上的资格重新进行培训和焊工考试，合格后方能从事与合格证相符合的焊接工作。
焊工考试过程中，业主、监理的焊接工程师进行全过程的监督和审查，并且严格按照《焊工培训与考核程序》上的要求进行，最后由业主的焊接工程师认可，焊工方能取得相应的焊工资格。该焊工资格保持两年有效，但在此期间要保持良好的焊接质量，否则业主的焊接工程师有权取消某个焊工的焊工资格。
三、焊接共器具的检查及验收
定期对正在使用的电焊机、氩气表等计量工器具进行校验、标定，不合格的停止使用；定期对焊接设备维护、保养；定期对焊枪、氩气胶管等进行检查，如有损坏立即更换。在整个工作工程中，各种焊接设备始终处于合格、可靠、适用的状态。
四、过程控制
四、过程控制
在以往火电站施工过程中，在质量保证程序中均规定焊接过程为特殊过程控制，但南海石化项目施工中要求的更为严格，以大型储罐的焊接为例，概括起来有以下几个特点。

1、 执行程序化管理和质保监督
工程中所有的焊接活动都必须有相应的程序进行指导和规范，质量保证监督始终贯穿整个焊接过程。针对焊接施工过程的特殊性，焊接施工每周都要经过一次业主、SEPCO或者我公司质保部门的检查或监督。一是检查工作过程执行程序的符合性，二是验证程序控制施工的可靠性。严格的监督和检查，提高了焊接管理程序和工作程序的可靠性和操作性，确保了焊接施工过程的可控和在控。
2、 编制焊接工艺规程（WPS）
根据工程设计规范（DEP）的要求及工艺评定，我们共编制了指导施工的焊接工艺卡46份，焊接工艺卡中规定了适用钢种的焊接标准、焊接位置、焊接工艺、允许施焊的母材规格（外径和壁厚）、焊接材料、组对要求、预热及热处理、层间温度、适用电流等信息，同时也包含了制定该工艺卡所依据的焊接工艺评定等有关信息。南海石化工程中所有的焊接作业均在适用的焊接工艺卡指导下进行施工。
大型储罐的WPS见附件一。
3、 打印焊缝记录单
南海石化项目施工过程中，包括大型储罐在内，对所有焊缝均使用焊缝记录单进行了全过程的跟踪记录。我们对所有的焊缝均进行了焊口记录图的绘制，并在绘制的焊口记录图上对所有的焊缝进行了编号与标识，每只焊口的编号是唯一和可追溯的，焊缝的编号是焊缝记录和使用计算机管理的基础。
每一只焊口的每一道工序及进行的各种检验、检查都在焊缝记录单上记录，并通过检查核对焊缝记录在图纸、焊缝记录单和已安装焊口的一致性，最终形成竣工资料移交给业主。这与常规火电只记录四大管道的要求很不相同。焊缝记录单主要有以下作用：
（1）记录焊缝的基础信息，如图纸号、质量计划号、母材材质、焊缝号、焊接程序、对口要求、焊接工艺、焊接材料等，指导现场工作。
（2）记录现场施工和检查情况，保持现场施工的可追溯性。
（3）保持焊接及检验过程中各工序间的连续性，对焊接施工进行全过程跟踪。
焊缝记录单的形式见附件二：焊缝记录单
4、 使用焊接管理数据库
南海石化项目的在施工过程中，按照BSF的要求，焊接管理的深度和广度较普通火电工程范围广，过程控制的要素也多,要求每个焊口的状态可控、在控,每个焊口都要记录单记录各个状态,以保证每个焊口的可追溯性。另外，还要统计大量的工程量、质量数据，进行工程量、质量分析。以往普通火电工程都采取手工填写，费工费时,容易出差错，数据不能共享和重复使用，给竣工资料的移交造成很大的困难。针对这种情况，我们开发了焊接管理软件，用于焊缝记录单和焊接数据管理。
其主要功能为：
（1）焊缝记录单管理。根据输入的基础数据，进行焊缝记录单的管理，打印焊缝记录单并作为质量记录报告集中管理。
（2）焊口过程管理。可以将焊口的待焊接、焊接完成、焊接合格、焊口返修等焊接的全过程进行准确、及时的跟踪。
（3）焊口的文件管理。打印出各系统的焊口清单和焊接过程文件，使焊口数量更加准确、全面，避免了遗漏。
5、 分析原因，采取措施，减少板材变形
根据现场调查分析的结果，我们认为影响大型储罐板材变形的主要原因有以下几个方面，并且根据这几个方面的原因，制定了相应的措施以防止板材变形。
5.1、材料卸车方法不正确
为了便于卸车，现场工人都是用钢丝绳和铁链将整摞钢板一起卸车，这样放在下面的钢板由于在吊点处接触面积小，受力比较大，这样容易造成壁板边缘处的变形超标。
采取的措施：对现场卸车人员进行培训，强化施工人员对半成品的保护意识；设专人对现场卸车进行监控。
5.2、板材堆放不当
我们在现场发现，材料堆放在现场的时间较长，80％的壁板没有堆放胎具，而且为了图方便并节省空间，现场工人将不同厚度的钢板混放在一起，且每摞钢板的堆放厚度较厚，这样非常容易造成板材的变形。
采取的措施：增加与壁板同弧度的存放胎具；对运到现场的壁板进行了分类存放，同厚度同规格同弧度的钢板放置在一起；规定每张胎具上面最多放置7-9张壁板。下图为放置在胎具上面的壁板的照片。
存放在胎具上的钢板

5.3、使用大锤校正法时，校正方法不正确。
通过现场观察，我们发现现场的工人用大锤进行校正，方法不正确，施工人员直接用大锤在壁板的表面进行锤击，造成钢板表面凹痕很多，并损伤了钢板的涂层，且由于锤痕比较密集，导致壁板的外观质量比较差。
采取的措施：施工人员在进行大锤校正时，增加16mm×100mm×150mm的垫板，且垫板的弧度与壁板的弧度相同；大锤校正时，壁板放在与其同弧度的胎具上，见下图。

5.4、安装前未进行校正
安装壁板前，施工人员没有对变形有缺陷的钢板进行校正，而是在使用强力以达到安装的要求，但在焊接后，去除防变形夹具后，由于内应力作用，导致壁板变形超标。
采取的措施：现场安装人员进行技术交底，强化安装人员对安装质量的意识；安装人员校正完后，由质检员根据DEP标准验收合格后再进行安装。
5.5、焊接是焊接电流过大
焊工进行焊接时，由于工程进度的影响，采用的焊接电流较大，由于电流大，其温度高，受热面积也大，因此就容易产生变形。
采取的措施：编制WPS，见附件一，并将WPS张贴在班组的看板、焊条室、现场的工具室以及施工的储罐上，以便随时提醒焊工注意自己施焊的焊接电流；质检员对现场焊接电流进行检查、监督。
5.6、没有按焊接顺序进行焊接
现场的焊工进行焊接时，立缝的焊接顺序由下而上直接焊接，没有采用分段退焊，环缝的焊接顺序是3～4名焊工均匀布置，但没有按照同一方向焊接，焊接顺序的错误导致焊缝受热不均，无法释放应力，从而出现焊接变形。
采取的措施：（1）罐底的焊接，采用收缩变形最小的焊接工艺及焊接顺序：中幅板焊接时，先焊长焊缝，后焊短焊缝，初层焊道的焊缝采用分段退焊或跳焊法；边缘板的焊接，首先焊接靠外边缘300mm部位的焊接，弓形边缘板的初层焊，采用焊工均匀分布，对称施焊方法；罐底与罐壁连接的角焊缝焊接，在底圈壁板纵焊缝焊完后施焊，并由数对焊工从罐内、外沿同一方向进行分段焊接。（2）罐壁的焊接，先焊纵焊缝，后焊环向焊缝，当焊完两圈壁板的纵向焊缝后，再焊其间的环向焊缝，焊工均匀分布，并沿同一方向施焊。（3）顶板的焊接，先焊内侧焊缝，后焊外侧焊缝，径向的长焊缝，采用隔缝对称施焊法，并由中心向外分段退焊；顶板与包边角钢焊接时，焊工均匀分布，并沿同一方向施焊。（4）质检员在焊接过程中进行全面检查，并根据焊接顺序图在壁板上做出每个焊工的焊接区域以及顺序。
6、 过程检查及验收
施工过程中，严格执行经PMC批准的质量计划，严禁跨越质量计划中的W点（见证点）和H点（停工待检点），检查情况必须在质量计划或焊缝记录单中记录。同时我们制定了19条工艺纪律和违反工艺纪律的处罚措施，在施工过程中贯彻执行。施工中要求焊工“一次就把工作做对”，每一个焊工就是质量的第一责任人。同时我们设有队级检验员4名，公司级检验员2名，监督工艺纪律的执行、检查每道工序的施工质量。
监理、PMC的监督贯穿于施工的全过程，每一个施工环节如焊工合格证签署、坡口组对、外观检查、NDE报告、焊缝最终验收、焊口记录图等，监理、PMC或抽查或100%检查，并在相应的记录单上签字。
7、 量化控制和考核
经过研究分析，我们开发了研究开发了焊接当量统计法（管道焊接当量=管道外径×管道厚度/1000；板材焊接当量=板材长度×板材厚度/1000/3.14；外径、长度、厚度的单位为毫米）。在实际操作过程中，将焊接合格率和焊接当量结合起来，制定了焊接质量和工作量的考核办法，通过计算机及时将每个人、每个班组的量化结果上网公布，每个人的工作绩效、经济效益用数字说话，达到了公开、公平、公正地考核和评比，使得每个焊工都能将精力用在工作上，促进了焊工内部的良性竞争，激发大家积极向上的精神，保证了焊接质量的稳定和提高。
五、结论
南海石化项目，我们施工完成了8个油罐、4个水罐共12个大型储罐安装、焊接，严格按照标准GBJ128-90《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》对焊缝进行检验，共透视底片1469张，一次合格底片1411张，一次透视合格率为96.05%.在整个南海石化100多台大型储罐的施工中，山东电建二公司施工的12台大型储罐在安装、焊接质量一直居于同行业领先水平，受到质检站、监理（BSC）、项目管理承包商（PMC）、EPC承包商（SEPCO）等领导的一致好评，为公司赢得了良好的声誉。
附件一：大型储罐的焊接工艺规程

Welding Procedure Specification焊接工艺规程 Sheet 1 of 1第1页　共1页
WPS No编号: HZ-016
WELDING RPOCEDURE TYPE焊接工艺类型: P1-T
Supporting PQRs依据的工艺评定报告: HGP121 HGP122
Application应用范围: BUTT WELD OF TANK储罐对接焊缝 Code/Standard执行标准: GBJ128-90
Welding Processes焊接方法
SMAW
Position/Progression位置/方向
All/uphill全位置/上坡焊
Thickness(mm)厚度
4.8-28
Outside Diameter(mm)外径
No limited
Preparation Details坡口详图
60-80°

1.6-2.4mm

1-3mm
Typical Deposition Sequence典型焊道排列

Base material母材
Ⅰ-1
Filler Metal焊材
Class种类 J427(E4315)(上海电力)
Size(s) 尺寸(mm) 2.5/3.2/4.0
Joints接头
Joint Design接头形式 V-Groove V形坡口
Backing Material衬垫材料 none无
Shielding Gas 保护气体
Compn成分. N/A不适用
Flow Rate流速 N/A不适用
Technique焊接技术
Gas cup size瓷嘴尺寸: N/A
String or weave无摆动焊或摆动焊: either均可
Peening锤击: Not permited不允许
Root run cleaning method清根方法 grinding磨光机打磨
No. of passes/side焊道数/每侧: multiple多道焊
Contact tube to work distance导电嘴至工件距离: N/A不适用
Treatment of Consumables焊材处理
Maintain wire in clean, dry condition保存于干燥洁净的环境
Preheat预热
None, but remove all moisture不需，但要去除潮湿
Post Weld Heat Treatment焊后热处理
N/A不适用
Interpass Tem.层间温度
Max.最高 400℃
Tungsten Size & Type钨极尺寸与类型
N/A不适用
Welding notes注意事项
1. Ensure all weld edges are cleared of oil, grease, rust, dirt, paint etc. for a minimum distance of 15mm from the weld before welding.
在焊接前要保证坡口两侧15mm范围内的油、漆、锈垢全部清除
2. Thorough inter-run cleaning and slag removal shall be carried out.层间应进行彻底清理并清除焊渣
3. Tack weld shall be made by using the same process and consumables as for root run. 点焊应使用同根部焊道同样的工艺和焊材
Weld layers
焊层
Process
焊接方法
Filler metal 焊材
Current电流
Volts电压
(V)
Wire speed range
送丝速度
Travel speed range
焊接速度
Class种类
Dia.直径(mm)
Polarity极性
Amp. Range(A)
电流范围
1
2-3
4etc
SMAW
SMAW
SMAW
J427(E4315)
J427(E4315)
J427(E4315)
2.5
3.2
4.0
DCEP直流反接
DCEP直流反接
DCEP直流反接
80-110
90-130
100-180
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
REV.版次
DATE 日期
REASON FOR ISSUE修订原因
BY 编制
Chk’d 审核
APPR 批准
A
24 Nov.2003
Issue for Review and approval
ZRC
SDP
LHJ
B
27 Nov.2003
Issue for Review and approval
ZRC
SDP
LHJ
00
9 Dec. 2003
Issue for Use
ZRC
SDP
LHJ
01
31 Mar. 2004
Issue for Use
ZRC
LH
LHJ
02
8 MAY 2004
Issue for Use
ZRC
DYH
LYD

附件二：焊缝记录单

焊缝记录验收单WELD RECORD ACCEPTANCE SHEET
单位工程编号unit project No.：C2-GHPE-CSPC-0047-02-01-01-01 焊缝记录单编号 WRS No.:
机组UNIT/管线区域piping area： F-8108
项目名称Project：下降管焊接
The downcomer welding
管线号Pipe Line No：N/A
图号Dwg No：413-0205-0
ITP编号：QC-8420-8108-2024
ITP No.: QC-8420-8108-2024
焊接程序
WPS
工艺评定
PQR No.
接头型式
Weld Type
焊接标准
Code
母材材料
Materials
焊接材料 Consumables
预热(℃)Preheat
热处理
PWHT
NDE比例
焊丝wire
焊条electrode
HZ-002
HGP31 HGP32
V-Groove
V形坡口
SD340-89
DL5007-92
SA106B
TIG-J50(TGS-50)
2.5mm
J507(E5015)
3.2/4.0mm
N/A
N/A
100%
焊缝编号
Weld No
焊接程序
WPS
规格
Size
焊材牌号
Consumables
坡 口 组 对
Weld Fit up
焊工welder
焊接日期weld date
外 观 检 查 Visual
PWHT
No.
NDE No.
YES or NO
QC1-W
QC2-W
QC1-W
QC2-W
QC3-W

D1
HZ-002
φ368×25
TIG-J50 J507

N/A

D2
HZ-002
φ368×25
TIG-J50 J507

N/A

D3
HZ-002
φ368×25
TIG-J50 J507

N/A

D4
HZ-002
φ368×25
TIG-J50 J507

N/A

D5
HZ-002
φ368×25
TIG-J50 J507

N/A

D6
HZ-002
φ368×25
TIG-J50 J507

N/A

D7
HZ-002
φ368×25
TIG-J50 J507

N/A

焊缝返修记录weld repaired record

最终验收
Final Acceptance
QC1-W
QC2-W
QC3-W

备注