國產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板wh602大型浮頂油罐的開發(fā)

國產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板wh602大型浮頂油罐的開發(fā)

燕山化工（集團(tuán)）?？谟蛢?chǔ)水池10.14m3浮油池于2000年初竣工，計(jì)劃在不久的將來運(yùn)營。該浮頂油罐由中國石化集團(tuán)北京設(shè)計(jì)院和燕山石化公司設(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì),系國內(nèi)首次采用國產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板建造的大型油罐。油罐直徑為81000mm,罐壁高度為21100mm。浮頂為雙盤式結(jié)構(gòu),儲(chǔ)存介質(zhì)為原油。1浮頂油罐的國產(chǎn)化大型油罐用鋼板受現(xiàn)場施工、鋼材的焊接工藝和鋼板的最大允許厚度限制,必須使用高強(qiáng)度鋼板。為了減少焊接工作量,提高油罐安全性,通常采用大規(guī)格鋼板。1995年之前,由于受國內(nèi)鋼板的生產(chǎn)能力和條件的限制,國內(nèi)建造的10×104m3浮頂油罐的高強(qiáng)度鋼板全部進(jìn)口。國內(nèi)在80年代中后期建造的數(shù)臺(tái)10×104m3浮頂油罐的設(shè)計(jì)技術(shù)、主體材料(罐壁及罐底邊緣板用高強(qiáng)度鋼板及罐壁、罐底、浮頂用碳鋼板等)及施工技術(shù)均從日本引進(jìn),由國內(nèi)施工單位安裝。之后,國內(nèi)對(duì)10×104m3浮頂油罐的設(shè)計(jì)技術(shù)及施工技術(shù)進(jìn)行消化吸收,逐步實(shí)現(xiàn)了立足國內(nèi)設(shè)計(jì)及施工,只進(jìn)口鋼板。隨著國內(nèi)大規(guī)格碳鋼板和低合金鋼板生產(chǎn)能力的提高,10×104m3浮頂油罐用大規(guī)格碳鋼板和低合金鋼板基本能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化,罐壁用碳鋼板和低合金鋼板、罐底用碳鋼板及浮頂用碳鋼板全部國產(chǎn),僅高強(qiáng)度鋼板(SPV490Q)進(jìn)口。10×104m3浮頂油罐國產(chǎn)化需要解決的主要問題就是高強(qiáng)度鋼板的國產(chǎn)化問題。從1995年開始,參加大型油罐國產(chǎn)化課題的各有關(guān)單位展開了大型油罐用高強(qiáng)度鋼板的國產(chǎn)化的研究。根據(jù)10×104m3浮頂油罐施工中采用高效、質(zhì)優(yōu)的自動(dòng)焊接技術(shù)(特別是大焊接線能量的氣電立焊技術(shù))的特點(diǎn),新研制了能滿足大線能量焊接的國產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板WH610D2。1.1wh610d2鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)武漢鋼鐵(集團(tuán))公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WJX(ZB)51-1997提供的WH610D2鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表1和表2。1.2鋼板供應(yīng)商供用性能由于新研制材料WH610D2未經(jīng)過工業(yè)化試驗(yàn),經(jīng)全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn),新研制的材料WH610D2可以在燕山石油化工公司牛口峪原油儲(chǔ)運(yùn)站10×104m3浮頂油罐上使用。根據(jù)全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的批復(fù)意見,結(jié)合使用的具體要求,確定WH610D2鋼板的供貨技術(shù)條件如下:a)化學(xué)成分WH610D2鋼板的供貨化學(xué)成分應(yīng)符合表3的要求。b)力學(xué)性能和冷彎性能WH610D2鋼板的供貨力學(xué)性能和冷彎性能應(yīng)符合表4的要求。c)在焊接線能量不大于100kJ/cm的條件下,焊接接頭熱影響區(qū)的沖擊韌性(-10℃)三個(gè)試件平均值A(chǔ)KV不小于47J,單個(gè)試件最小值A(chǔ)KV不小于33J。2浮頂油罐罐壁計(jì)算罐壁由9層圈板組成,其中最下部6層采用高強(qiáng)度鋼板WH610D2,最上部兩層采用碳鋼板Q235-A,其余一層圈板采用低合金鋼板16MnR。這種設(shè)計(jì)使罐壁材料強(qiáng)度逐漸變化,并可節(jié)約高強(qiáng)度鋼板。罐壁厚度計(jì)算采用API650中“變?cè)O(shè)計(jì)點(diǎn)法”進(jìn)行。計(jì)算罐壁厚度時(shí),比較、分析了多種規(guī)范(例如,API650,BS2654,JISB8501,SH3046等)的計(jì)算方法,特別是與從日本引進(jìn)的按JISB8501規(guī)范設(shè)計(jì)的10×104m3浮頂油罐罐壁計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比。按JISB8501規(guī)范計(jì)算時(shí),許用應(yīng)力取值較高,而底層罐壁焊接接頭系數(shù)取0.85,其余各層罐壁焊接接頭系數(shù)取1.0,所以計(jì)算得出的罐壁厚度底層較厚,而其余各層較薄。因此導(dǎo)致底層罐壁應(yīng)力水平較低,而第二層罐壁應(yīng)力水平較高,應(yīng)力分布變化較大。按API650中“變?cè)O(shè)計(jì)點(diǎn)法”計(jì)算時(shí),許用應(yīng)力取值較低,焊接接頭系數(shù)取1.0?！白?cè)O(shè)計(jì)點(diǎn)法”考慮了罐底板的約束對(duì)罐壁受力的影響以及較厚的下層罐壁對(duì)較薄的上層罐壁的影響而使每層罐壁的最大應(yīng)力點(diǎn)位置上移,其核心就是力求找出各層罐壁的最大受力點(diǎn),合理地確定各層罐壁的厚度,使罐壁的應(yīng)力分布趨于均勻。在材料消耗基本等同的情況下,按API650中“變?cè)O(shè)計(jì)點(diǎn)法”設(shè)計(jì)的罐壁應(yīng)力分布較按JISB8501設(shè)計(jì)的罐壁應(yīng)力分布均勻,且應(yīng)力水平較低。3嚴(yán)密性難保證本設(shè)計(jì)中的浮頂采用雙盤式結(jié)構(gòu)。以往雙盤式浮頂由于構(gòu)造原因,各艙的嚴(yán)密性很難保證。為了防止由于浮頂局部泄漏發(fā)生竄艙而引起浮頂傾斜甚至沉沒,本設(shè)計(jì)中改進(jìn)了浮頂?shù)脑O(shè)計(jì),加強(qiáng)了浮頂?shù)膰?yán)密性,提高了浮頂?shù)目钩聊芰Α?底板防腐的處理針對(duì)目前國內(nèi)油罐底板下表面腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)狀,考慮10×104m3油罐的使用壽命,對(duì)油罐底板下表面的防腐處理做了特殊的考慮。改善了以往由于焊接要求而在油罐每張底板四周約50mm范圍內(nèi)不刷涂料而引起的局部腐蝕問題。采用耐高溫、可焊性涂料對(duì)每張底板下表面進(jìn)行全面積防腐處理。這種涂料在焊接后不起皮、不脫落,能夠提高罐底板下表面焊縫附近的防腐能力。5罐壁防水ca為了防止雨水進(jìn)入罐底邊緣板外緣與基礎(chǔ)環(huán)墻之間的縫隙中,造成罐底板的腐蝕,同時(shí)保護(hù)罐壁板與罐底板之間的角焊縫不受雨水侵蝕,在罐壁板與罐底板的T形接頭外側(cè)設(shè)置了防水膠帶。防水膠帶上部與罐壁保溫支撐圈相連接,下部搭在基礎(chǔ)環(huán)墻上。這種防水結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是不需要拆除防水膠帶即可檢查罐壁板與罐底板之間的角焊縫。6大規(guī)格鋼板使用情況經(jīng)濟(jì)、合理地使用大規(guī)格鋼板,可以縮短焊縫長度,減少焊接變形、提高焊接質(zhì)量,對(duì)提高油罐的安全性非常有益。結(jié)合國內(nèi)鋼板的生產(chǎn)水平及運(yùn)輸條件的限制,大規(guī)格鋼板使用情況如下:a)高強(qiáng)度鋼板WH610D2規(guī)格為2000～2400mm×10000～12000mm;b)罐底中幅板用碳鋼板規(guī)格為3000mm×12000mm;c)浮頂用碳鋼板的規(guī)格為1820mm×9000mm。7罐壁沖擊試驗(yàn)a)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)條件執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)條件有API650《鋼制焊接油罐》、《100000m3浮頂油罐施工技術(shù)條件》和GBJ128-90《立式圓筒形鋼制焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》。b)材料技術(shù)條件高強(qiáng)度鋼板WH610D2應(yīng)符合《燕山石化(集團(tuán))公司?？谟蛢?chǔ)運(yùn)站10萬立方米浮頂油罐用高強(qiáng)度鋼板供貨技術(shù)條件》的要求。c)材料復(fù)驗(yàn)高強(qiáng)度鋼板WH610D2的力學(xué)性能和冷彎性能逐張進(jìn)行復(fù)驗(yàn),并應(yīng)符合供貨技術(shù)條件的要求。d)無損檢測(cè)底層罐壁的縱焊縫、第二層罐壁縱焊縫及其之間的環(huán)焊縫除應(yīng)進(jìn)行100%射線檢測(cè)外,還應(yīng)進(jìn)行20%超聲波檢測(cè)復(fù)驗(yàn)。100%射線檢測(cè)的罐壁對(duì)接焊縫以及涉及高強(qiáng)度鋼板WH610D2的罐壁丁字焊縫應(yīng)分別在油罐充水試驗(yàn)前后進(jìn)行表面裂紋檢測(cè)。e)產(chǎn)品焊接試板產(chǎn)品焊接試板的材料為WH610D2,數(shù)量按各種焊接位置、焊接方法至少各一塊。產(chǎn)品焊接試板的沖擊試驗(yàn)應(yīng)包括焊接熱影響區(qū)。厚度為32mm的產(chǎn)品焊接試板應(yīng)與帶開口接管的底層罐壁板同爐進(jìn)行熱處理。f)部件熱處理帶有開口接管的底層罐壁板應(yīng)在開口接管及補(bǔ)強(qiáng)板與相應(yīng)罐壁板組裝焊接并檢驗(yàn)合格后,進(jìn)行整體部件消除應(yīng)力熱處理。8浮頂油罐使用問題研究國產(chǎn)10×104m3浮頂油罐是在調(diào)查研究、分析比較國內(nèi)外大型油罐結(jié)構(gòu)、計(jì)算方法、研究消化國內(nèi)外大型油