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浮頂儲罐
1 前 言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，能源消耗急劇增長，石油和成品油的需求劇增。目前我國已變成石油進(jìn)口大國，石油已成為國家重要的戰(zhàn)略物資，它直接關(guān)系到我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定和國家安全，增加原油儲備迫在眉睫，因此，我國對國家石油儲備庫和成品油庫的建設(shè)給予了高度重視，我國規(guī)劃中到2010年將建成數(shù)千萬立方米的石油戰(zhàn)略儲備能力，分期進(jìn)行建設(shè)，大連國家石油儲備庫30臺10萬罐群已開始建設(shè)，我國大型儲罐的施工建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)新的高速發(fā)展期。
大型立式鋼制儲罐是石油化工行業(yè)非常重要的儲運(yùn)設(shè)備，越來越多地用于原油、成品油等儲運(yùn)工程。焊接是儲罐建造的主要工序，對儲罐的施工質(zhì)量具有決定性意義。儲罐的類型有很多，但在各類油庫的建造中，廣泛應(yīng)用的是大型立式鋼制圓筒形拱頂儲罐和浮頂儲罐，它引領(lǐng)著當(dāng)今大型儲罐建造技術(shù)的第一文庫網(wǎng)發(fā)展。本文以此為例，在簡要介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝方法的基礎(chǔ)上，分析大型儲罐焊接技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。僅供交流參考。
2 儲罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與安裝方法
儲罐有很多種類，按其形狀可分為立式、臥式和球形儲罐；按容積有大型和小型的區(qū)別（大型儲罐是指公稱容積為100～30000平底、固定頂儲罐和公稱容積為1萬以上浮頂儲罐；小型儲罐大多是公稱容積小于100的儲罐，一般為臥式的小型容器）。在各類大型儲罐中，絕大多數(shù)是建在地上的，用于儲運(yùn)原油、成品油、液態(tài)化工產(chǎn)品及水等其它液體的立式圓筒形鋼制儲罐。
立式圓筒形鋼制儲罐由罐底、罐壁和罐頂及附件等部分構(gòu)成，按罐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)可分為：無力矩頂儲罐、拱頂儲罐、錐頂儲罐、浮頂儲罐和內(nèi)浮頂儲罐等，其中以拱頂儲罐（包括內(nèi)浮頂拱頂儲罐）和浮頂儲罐應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)成熟。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與安裝方法如下：
2.1 儲罐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.1.1 拱頂儲罐的結(jié)構(gòu)
拱頂儲罐是指罐頂為球冠狀，罐體為圓柱形的一種容器，其結(jié)構(gòu)見圖1所示。拱頂儲罐除了罐頂板的制作較復(fù)雜外，其他部位的制作較容易，造價(jià)較低，故在國內(nèi)外石油化工部門應(yīng)用較為廣泛。國內(nèi)最大容積的拱頂罐為3萬網(wǎng)殼拱頂儲罐，最常用的容積為1萬或再小些。
（1）罐底：由多塊薄鋼板拼裝而成，其排列方式一般由設(shè)計(jì)給定。罐底中部鋼板稱為中幅板，采用搭接焊縫形式；周邊的鋼板稱為邊緣板（邊板），要采用對接焊縫形式。邊緣板可采用條形板，也可采用弓形板，依儲罐的直徑、容量及與底板相焊接的第一節(jié)壁板的材質(zhì)而定。
（2）罐壁：由多圈鋼板組對焊接而成，鋼板厚度沿罐壁的高度自下而上逐漸減少，最小厚度為4～6mm。目前，由于安裝工藝的進(jìn)步，罐壁板主要采用對接焊縫形式，已很少采用搭接。罐壁板底部與罐底板采用角接焊縫形式，雙面連續(xù)焊接。
（3）罐頂：由多塊厚度為4～6mm的壓制薄鋼板和加強(qiáng)筋（通常用角鋼或扁鋼）組成的扇形罐頂板構(gòu)成，或由構(gòu)架和薄鋼板構(gòu)成，各扇形罐頂板之間采用搭接焊縫。
2.1.2 內(nèi)浮頂儲罐的結(jié)構(gòu)
內(nèi)浮頂儲罐是在拱頂儲罐內(nèi)部加上一個(gè)浮動(dòng)頂蓋，使儲液與空氣隔離，減少蒸發(fā)和污染。其結(jié)構(gòu)見圖2所示，除了多一個(gè)內(nèi)浮頂之外，其它與拱頂儲罐結(jié)構(gòu)基本相同。
2.1.3浮頂儲罐的結(jié)構(gòu)
浮頂儲罐是由浮在罐內(nèi)液體介質(zhì)表面的浮頂和立式圓筒形罐壁、罐底及附件所構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)見圖3和圖4所示。浮頂直接浮在液面上，隨著罐內(nèi)儲液量的增加或減少而上下浮動(dòng)。浮頂儲罐的容積都比較大，國外已建成容積為20萬的巨型儲罐，我國最大的儲罐容積為1
2.5萬。
（1）罐底：浮頂儲罐的罐底排板方式與拱頂儲罐基本相同，但邊緣板不采用條形板。對于10萬及以上浮頂儲罐的罐底中幅板，采用帶墊板的對接焊縫形式。
（2）罐壁：采用對接焊縫，焊縫內(nèi)表面要打磨光滑，防止劃損浮頂密封裝置。浮頂儲罐上部為敞口，為增加壁板剛度，提高抗風(fēng)載能力，罐壁頂部需設(shè)置抗風(fēng)圈和加強(qiáng)圈。
（3）浮頂：常見的結(jié)構(gòu)形式是單盤式和雙盤式。單盤式浮頂是由環(huán)形船艙和圓形單盤頂板所構(gòu)成。雙盤式浮頂是由上盤板、下盤板和環(huán)形船艙所組成，均由鋼板拼焊而成。
2.2 儲罐的安裝方法
大型立式儲罐主體安裝方法有正裝法和倒裝法兩種。正裝法是指以罐底為基準(zhǔn)平面，罐壁板從底層第一節(jié)開始，逐塊逐節(jié)向上安裝。倒裝法是指以罐底為基準(zhǔn)平面，先安裝頂圈壁板和罐頂，然后自上而下，逐圈壁板組裝焊接與頂起，交替進(jìn)行，依次直到底圈壁板安裝完畢。國外施工企業(yè)大都采用正裝法；國內(nèi)企業(yè)大都是拱頂儲罐采用倒裝法，浮頂儲罐采用正裝法。
2.2.1拱頂儲罐的安裝方法
拱頂儲罐是最常見的固定頂儲罐，國內(nèi)普遍采用倒裝法安裝。正裝法除了用于組裝某些特殊結(jié)構(gòu)的拱頂儲罐外，在普通的立式拱頂儲罐施工中極少采用。實(shí)際應(yīng)用的倒裝法有中心柱提升、空氣頂升、手動(dòng)倒鏈起升、電動(dòng)倒鏈群體起升、液壓提升等多種倒裝法。目前，采用較
多的是手動(dòng)倒鏈起升和電動(dòng)倒鏈群體起升倒裝法，液壓提升倒裝法正在逐步推廣。
2.2.2浮頂儲罐的安裝方法
5萬及以上大型浮頂儲罐的安裝主要采用正裝法，其優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用大型吊裝設(shè)備，加大預(yù)制深度，易于掌握，便于推廣儲罐的自動(dòng)焊接技術(shù)，其缺點(diǎn)則是要求有較大的施工場地，技術(shù)難度大，高空作業(yè)多，不安全等。2萬及以下大型浮頂儲罐也有施工企業(yè)采用倒裝法。
3 儲罐的焊接工藝程序
儲罐建造對焊接的質(zhì)量要求是：焊接強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，焊接變形控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，焊縫外觀及內(nèi)在質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等。
3.1 拱頂儲罐的焊接程序
3.1.1罐底板的焊接
（1）罐底中幅板為搭接焊縫，采用焊條電弧焊施焊。先焊短焊縫，后焊長焊縫。焊接長焊縫時(shí)，由中心開始向兩側(cè)分段退焊。
（2）邊緣板焊接，采用焊條電弧焊施焊。先焊外邊緣300mm部位的焊縫，外端加引弧板，由罐內(nèi)向外施焊，采用隔縫對稱施焊法，焊工對稱均布。
（3）焊接順序?yàn)椋哼吘壈逋?00mm焊接(在第一圈壁板安裝之前焊完) → 罐底中幅板焊接 → 邊緣板焊接（待大角縫焊接完） → 龜甲縫（指罐底邊緣板與中幅板之間焊縫）焊接。
3.1.2壁板對接焊縫的焊接
（1）先焊縱焊縫，后焊環(huán)焊縫。當(dāng)焊完相鄰兩圈壁板的縱焊縫后，再焊其間的環(huán)焊縫；先焊外側(cè)焊縫，后焊內(nèi)側(cè)焊縫，在焊接內(nèi)側(cè)前，應(yīng)清焊根(使用碳弧氣刨清根并砂輪打磨)。
（2）壁板縱縫焊接：采用焊條電弧焊或氣體保護(hù)焊工藝，分段退焊。壁板縱縫下端留出50～100mm，在環(huán)縫組對后焊接。
（3）壁板環(huán)縫焊接：主要采用焊條電弧焊，多層多道焊。對于板厚1Omm以上的環(huán)縫，也可采用埋弧自動(dòng)橫焊工藝，由多臺焊機(jī)沿罐壁圓周對稱均布（參見圖6），同一方向施焊。自動(dòng)焊前，內(nèi)側(cè)用焊條電弧焊進(jìn)行封底焊接。
3.1.3大角縫焊接
（1）大角縫（指底圈罐壁與罐底邊緣板之間角焊縫）應(yīng)在壁板焊縫全部焊接完、龜甲縫焊接前進(jìn)行焊接。先焊內(nèi)側(cè)焊縫，后焊外側(cè)焊縫。
（2）焊條電弧焊施焊時(shí)，采用分段退焊法，焊工對稱均布，沿同一方向施焊；當(dāng)采用自動(dòng)焊時(shí)，多臺焊機(jī)應(yīng)沿罐圓周均布，同一方向施焊。
3.1.4拱頂組裝焊接
罐頂為分片組裝，搭接焊縫采用焊條電弧焊施焊，先焊內(nèi)側(cè)焊縫，后焊外側(cè)焊縫。拱頂外側(cè)徑向的長焊縫，由多名焊工均布，采用隔縫對稱施焊方法，由中心向外分段退焊。
3.2 浮頂儲罐的焊接程序
3.2.1罐底板的焊接
與拱頂儲罐罐底的焊接程序基本相同。但當(dāng)罐底中幅板為帶墊板對接焊縫時(shí)，一般采用焊條電弧焊或CO2氣體保護(hù)焊打底、埋弧自動(dòng)焊或碎絲填充埋弧自動(dòng)焊蓋面焊接工藝。打底焊采用分段退焊法；自動(dòng)焊蓋面焊接采用隔縫同向焊。
3.2.2壁板對接焊縫的焊接
（1）與拱頂儲罐壁板對接焊縫的焊接順序基本相同。
（2）壁板縱縫焊接：見圖5所示，壁板厚度1Omm以上縱縫采用氣電立焊工藝，自下向上焊，縱縫上端加熄弧板。小于25mm的壁板為V型坡口，可一次焊接成型；25mm及以上縱縫為X型坡口，雙面焊接。為防止焊接熔池內(nèi)的鐵水從下部流失，焊接前需在第一節(jié)壁板縱縫下端300mm和其它各圈縱縫下端50～70mm范圍采用焊條電弧焊焊接一段作為托底焊道。壁板厚度1Omm以下縱縫采用焊條電弧焊或CO2氣體保護(hù)焊。
（3）壁板環(huán)橫縫焊接：壁板厚度1Omm以上環(huán)縫，采用埋弧自動(dòng)橫焊工藝，K型坡口，多層多道雙面焊，由多臺埋弧橫焊機(jī)沿罐壁圓周對稱均布，同一方向施焊，見圖6所示。壁板環(huán)縫在罐內(nèi)側(cè)坡口點(diǎn)焊，組對間隙大于1mm時(shí)，內(nèi)側(cè)進(jìn)行封底焊接。
3.2.3大角縫焊接
大角縫焊接在第三～四（或二～三）圈壁板焊縫全部焊接完、龜甲縫焊接前進(jìn)行。其余與拱
頂儲罐大角縫的焊接程序基本相同
3.2.4浮頂焊接
（1）浮頂?shù)装鍨閹О褰Y(jié)構(gòu)，呈“人”字形排布，為搭接接頭形式，采用焊條電弧焊或半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊。施焊原則與罐底基本相同。
（2）焊接順序：浮頂?shù)装?→ 中間環(huán)板、外邊緣板 → 隔板 → 浮頂框架、桁架 → 由中心向四周逐艙焊接 → 浮頂頂板 → 支柱套管、附件。
4 儲罐焊接技術(shù)現(xiàn)狀
國內(nèi)外在大型浮頂儲罐的建造中，罐體普遍采用自動(dòng)焊工藝，技術(shù)已相當(dāng)成熟。我國在上世紀(jì)80年代初就引進(jìn)了大型儲罐自動(dòng)焊接技術(shù)及設(shè)備，部分技術(shù)裝備也實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。但在拱頂儲罐的施工中，國內(nèi)主要采用的焊條電弧焊，自動(dòng)焊應(yīng)用較少。目前，儲罐施工應(yīng)用最多的焊接方法是焊條電弧焊和埋弧自動(dòng)焊（包括橫焊、平焊、角焊），其次是CO2氣電立焊。此外，實(shí)芯或藥芯焊絲的CO2/MAG氣體保護(hù)自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊也得到應(yīng)用，但應(yīng)用范圍還比較窄。
4.1儲罐的焊條電弧焊
國內(nèi)拱頂儲罐的焊接目前仍以焊條電弧焊為主，尤其是1萬及以下儲罐的焊接，各施工單位普遍采用。其主要原因是：這類儲罐鋼板相對較薄，且多采用倒裝法組裝，采用焊條電弧焊不僅施工方便、靈活，而且焊接變形小，焊接設(shè)備成本投入低，輔助工作量小。與自動(dòng)焊相比，總體經(jīng)濟(jì)效益較好，但人員投入多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人員成本高。
對于大型浮頂儲罐的焊接施工，焊條電弧焊仍占有很大的比例，尤其浮頂焊縫、壁板的點(diǎn)固以及附件的焊接等，自動(dòng)焊還不能代替焊條電弧焊。
4.2 儲罐的埋弧自動(dòng)焊
埋弧自動(dòng)焊是大型儲罐建造中應(yīng)用最早的自動(dòng)焊方法。主要應(yīng)用在正裝法施工的浮頂儲罐的
罐壁環(huán)焊縫，罐底對接焊縫和大角縫等方面。近年來，國內(nèi)一些科研單位和技術(shù)開發(fā)公司，在借鑒正裝儲罐自動(dòng)焊技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了倒裝儲罐自動(dòng)焊設(shè)備及工藝，國內(nèi)一些主要儲罐施工企業(yè)相繼引進(jìn)并積極推廣應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)，焊接倒裝拱頂儲罐罐壁環(huán)焊縫，取得了較好效果。
4.2.1 普通型倒裝儲罐埋弧自動(dòng)橫焊裝置
拱頂儲罐的埋弧自動(dòng)橫焊主要應(yīng)用在罐壁的環(huán)焊縫，焊接效率高，是焊條電弧焊的4倍。但這種方法適合10mm以上中厚板，當(dāng)板較薄時(shí)，一是焊縫收縮變形較大，儲罐環(huán)焊縫形成比較明顯的掐腰，二是焊縫要采用焊條電弧焊或CO2半自動(dòng)焊進(jìn)行打底后，焊縫剩余焊接量較少，采用自動(dòng)橫焊不經(jīng)濟(jì)，效率沒有明顯的提高。
圖7是中石油工程技術(shù)研究院研制的倒裝儲罐環(huán)焊縫專用的埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)（普通型）。它由焊接電源、自動(dòng)送絲機(jī)、焊接機(jī)頭、焊接行走機(jī)架及控制箱、焊劑循環(huán)系統(tǒng)、軌道等部分組成。各個(gè)部分合理地集成在焊接行走機(jī)架上，電氣綜合控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)各部分統(tǒng)一工作。操作時(shí)，在儲罐基礎(chǔ)四周鋪設(shè)一條與罐壁板環(huán)縫平行的圓形軌道，橫縫自動(dòng)焊裝置置于軌道之上，并靠著罐壁板沿軌道行走，啟動(dòng)焊機(jī)，進(jìn)行焊接。
（l）焊接電源 儲罐環(huán)縫采用細(xì)絲埋弧焊工藝，焊絲直徑為φ2.0～3.2mm，焊接電流不宜過大，因此，可以選擇額定電流為600～800A的焊接電源，如林肯公司的DC－600可控硅多用途直流弧焊電源，它具有恒壓和恒流特性外，還具有焊條電弧焊和碳弧氣刨所需的下降外特性，可以充當(dāng)儲罐施工多面手，提高設(shè)備的利用率，降低成本。在施工現(xiàn)場，要制作專用的電焊機(jī)房放置焊接電源，配置配電箱和漏電保護(hù)裝置，作好防風(fēng)防雨措施。根據(jù)儲罐現(xiàn)場的具體條件，連接焊接電源與機(jī)架之間的焊接和控制電纜長度應(yīng)為50～100m。
（2）焊接機(jī)頭和對中裝置 埋弧焊機(jī)頭與機(jī)頭位置調(diào)節(jié)器一起安裝在焊接機(jī)架上，具有上下左右調(diào)節(jié)功能。操作者在焊接過程中隨時(shí)調(diào)節(jié)焊槍位置，保證焊接對中，滿足橫焊縫多層多道焊接工藝的要求。由于軌道的水平度與罐體的同心度不易保證，所以該裝置采用光斑式跟蹤方法，即：焊接前，在距被焊環(huán)縫上部一定距離，畫一條與被焊環(huán)縫平行的細(xì)線，并在焊接機(jī)頭上安裝跟蹤用光斑燈。焊接過程中，焊工通過手工上下調(diào)節(jié)機(jī)頭調(diào)節(jié)器，使光斑跟蹤此細(xì)線，實(shí)現(xiàn)焊接對中。
（3）焊接行走機(jī)架和軌道 焊接行走機(jī)架由型鋼、鋼管制作，并配有升降調(diào)整機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與底板裝配，升降調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)焊接機(jī)頭和焊劑托架位置，以適應(yīng)不同板幅的焊接施工（倒裝罐自動(dòng)橫焊適應(yīng)的板幅，一般在1400～2400mm之間即可）。在罐基礎(chǔ)外圍安裝環(huán)形軌道供機(jī)架行走，軌道由三角架、調(diào)節(jié)螺栓和環(huán)形路軌（一般用角鋼或扁鋼制作）組成，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)焊接機(jī)架行走，機(jī)架的行走速度即是焊接速度。
（4）焊劑循環(huán)系統(tǒng) 焊劑循環(huán)系統(tǒng)多采用吸壓式焊劑回收器。安裝在機(jī)架頂部，焊接前先
將焊劑桶吸滿焊劑。焊接中，焊劑托輪靠機(jī)架自身的重量緊貼壁板，隨著焊接機(jī)架的行走，焊劑依靠重力作用沿導(dǎo)管下落到焊劑托帶上的焊接電弧區(qū)，實(shí)現(xiàn)對電弧的保護(hù)。托帶上剩余的焊劑下落到機(jī)架下部的焊劑箱中，焊接后，再吸入焊劑桶中，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。由于焊接機(jī)頭與焊劑桶都處于機(jī)架上部，焊劑輸送管長度短，管內(nèi)焊劑的重力無法克服焊劑桶內(nèi)的負(fù)壓作用，所以，焊劑的回收和輸送不能做到同步。
4.2.2 帶有自動(dòng)跟蹤的倒裝儲罐埋弧自動(dòng)橫焊裝置
上述的普通型倒裝儲罐埋弧自動(dòng)橫焊裝置，在實(shí)際使用中主要存在以下兩個(gè)問題：
（1）焊接對中不易控制，容易跑偏。因?yàn)槭┕r(shí)，環(huán)形軌道不僅要承擔(dān)操作人員和自動(dòng)焊設(shè)備的自重，而且還要作為儲罐施工的工作平臺，雖然軌道有足夠的剛度，但因?yàn)檩^長，施工過程中，軌道水平度經(jīng)常出現(xiàn)較大誤差，軌道與所焊環(huán)縫很難保證平行，所以必須解決焊接過程的焊縫對中問題。圖7橫焊裝置所采用的焊縫對中方式實(shí)際應(yīng)用不太理想，一是畫線有誤差，二是焊工的注意力過度集中，易疲勞，經(jīng)常出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。
（2）焊接過程中，焊劑沒有實(shí)現(xiàn)回收/送給的自動(dòng)循環(huán)，容易造成焊劑浪費(fèi)，操作較麻煩。 為解決以上兩個(gè)問題，2004年大慶石油管理局立項(xiàng)開展了“可自動(dòng)跟蹤的倒裝儲罐埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)”研制工作，目前已成功研制出了樣機(jī)，申報(bào)了國家專利。它與上述的普通型倒裝儲罐埋弧自動(dòng)橫焊裝置的主要不同如下：
（1）研制了接觸式焊接自動(dòng)對中裝置，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。該裝置成本低，跟蹤精度高，使用簡便、可靠。
（2）改進(jìn)了焊劑回收和送進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了焊劑的輔助自動(dòng)循環(huán)利用。
（3）焊接機(jī)頭和焊劑托架系統(tǒng)不僅可以上下調(diào)整，而且也可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，運(yùn)輸和使用安全、方便。
4.2.3 正裝儲罐環(huán)焊縫的埋弧自動(dòng)橫焊裝置
大型浮頂儲罐由于壁板較厚，焊接量大，非常適合自動(dòng)焊，所以各施工單位普遍采用埋弧自動(dòng)橫焊工藝進(jìn)行罐壁板環(huán)縫的焊接。目前所使用的焊接設(shè)備多數(shù)為國外進(jìn)口。近年來，國內(nèi)一些公司開發(fā)出了一些不同型號的正裝儲罐環(huán)焊縫埋弧自動(dòng)焊機(jī)，但結(jié)構(gòu)原理與國外設(shè)備基本相同，而且焊接電源與送絲機(jī)構(gòu)大都選用國外產(chǎn)品。浮頂儲罐所使用的自動(dòng)焊設(shè)備與倒裝儲罐用的自動(dòng)焊設(shè)備在其工作原理和系統(tǒng)組成方面是相同的，但結(jié)構(gòu)上有以下主要區(qū)別：
（1）行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在行走框架的上部。焊接時(shí)，焊接機(jī)架通過行走機(jī)構(gòu)懸掛在罐壁板上端，并以壁板上端作為焊接行走軌道，焊縫對中容易。由于偏心作用，焊劑托送機(jī)構(gòu)將被緊貼在壁板上。圖8所示為正裝儲罐環(huán)縫埋弧自動(dòng)橫焊示意圖。
（2）焊劑實(shí)現(xiàn)了回收/送給自動(dòng)循環(huán)。由于所采用的負(fù)壓式焊劑桶安裝在機(jī)架頂部，焊接部位在機(jī)架的下部，兩者距離很容易控制在1.6m以上，所以焊劑回收器向上吸焊劑的同時(shí)，筒內(nèi)的焊劑可以依靠重力作用沿導(dǎo)管下落到焊劑托帶上，形成自動(dòng)循環(huán)。而倒裝儲罐自動(dòng)焊裝置不易實(shí)現(xiàn)。
（3）機(jī)架一般制作成伸縮式，來適應(yīng)不同的板寬需要，且機(jī)架整體較倒裝儲罐自動(dòng)焊體積大。
（4）先焊接焊縫外側(cè)，外側(cè)焊接結(jié)束后，即進(jìn)行內(nèi)側(cè)焊前處理；采用同樣的焊接方式焊接內(nèi)側(cè)。倒裝儲罐內(nèi)側(cè)則不能進(jìn)行自動(dòng)焊接。
為減少焊接機(jī)架的內(nèi)外吊裝次數(shù)，提高焊接效率，目前一些開發(fā)公司研制出了雙面焊正裝儲罐環(huán)焊縫埋弧自動(dòng)焊機(jī)，一套裝置，內(nèi)外各設(shè)置了一套焊接系統(tǒng)。
4.2.4 罐底板的埋弧自動(dòng)焊
埋弧自動(dòng)焊用于儲罐底板的焊接，主要是針對對接接頭（包括對接式中幅板、對接式龜甲縫）、搭接接頭（搭接式中幅板）和罐底大角縫（邊板與壁板的角焊縫）等。
罐底板對接接頭的焊接有兩種焊接工藝：一種是普通埋弧自動(dòng)平焊，見圖9所示。另一種是碎絲填充埋弧自動(dòng)平焊，見圖10所示。碎絲填充埋弧自動(dòng)平焊在焊接前，先在坡口內(nèi)放置一定厚度的碎焊焊絲，以提高焊接熔敷速度。
埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行罐底板的焊接時(shí)，由于自動(dòng)焊的熱輸人比較高，穿透力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于手工焊，雖然罐底板接頭下都有墊板，但也很容易焊穿，所以自動(dòng)焊接之前，必須進(jìn)行手工焊封底。 罐底大角縫的埋弧自動(dòng)焊接，其工作原理見圖11所示。焊接小車依靠行走在罐底邊緣板上的三個(gè)支撐輪支撐，依靠緊貼罐壁的兩對磁吸附輪定位并驅(qū)動(dòng)行走，進(jìn)行焊接。搭接接頭的罐底也可采用此方法進(jìn)行焊接。
4.3 浮頂儲罐的氣電立焊
氣電立焊是由普通熔化極氣體保護(hù)焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法，焊縫一次成形，是一種高效焊接技術(shù)。它利用類似于電渣焊所采用的水冷滑塊擋住熔融的金屬，使之強(qiáng)迫成形，以實(shí)現(xiàn)立向位置的焊接。通常采用外加單一氣體（如CO2）或混合氣體（如Ar＋CO2）作保護(hù)氣體。在焊接電弧和熔滴過渡方面，氣電立焊類似于普通熔化極氣體保護(hù)焊（如CO2焊，MAG焊），而在焊縫成形和機(jī)械系統(tǒng)方面又類似于電渣焊。圖12所示為典型的氣電立焊原理圖，其焊接過程如下：
（1）焊接時(shí)，罐壁板的背面要墊上玻璃帶和水冷銅襯墊，焊縫表面采用滑動(dòng)水冷銅塊；
（2）彎曲成形的焊槍深入到由滑動(dòng)水冷銅塊和水冷銅襯墊所圍成的坡口內(nèi)，并沿板厚方向進(jìn)行簡諧振動(dòng)，振動(dòng)頻率為50～80次/分往復(fù)；
（3）焊絲采用φ1.6mm的氣電立焊用藥芯焊絲；焊絲的干伸長度保持在40mm左右；
（4）保護(hù)氣體采用100%的CO2，從滑動(dòng)水冷銅塊上部的套管內(nèi)導(dǎo)入；
（5）焊槍、滑動(dòng)水冷銅塊和簡諧振動(dòng)裝置都隨焊接的進(jìn)行而同步自動(dòng)上升。
氣電立焊通常焊接的板材厚度在12～80mm最適宜。單面焊厚度一般在25mm以下，帶擺動(dòng)時(shí)可焊接到35mm左右，超過35mm應(yīng)采用雙面焊。當(dāng)板材厚度大于80mm時(shí)，難獲得充分良好的保護(hù)效果，導(dǎo)致焊縫中產(chǎn)生氣孔、熔深不均勻和未焊透。大型浮頂儲罐的壁板厚度一般在10～40mm之間，并且采用正裝法，氣電立焊非常適合。
目前，氣電立焊在大型立式浮頂儲罐建造中被廣泛應(yīng)用，主要焊接壁板的縱縫。它焊接生產(chǎn)率高，質(zhì)量好，成本低。其焊接速度約是藥芯焊絲氣體保護(hù)自動(dòng)立焊的1.5倍，是焊條電弧焊的15倍。氣電立焊采用的坡口角度比之其他焊接方法要小得多，其熔敷效率相當(dāng)高，非常節(jié)約焊材。相同條件下，其焊材的用量只有MAG焊的三分之一，是一種非常有潛力的焊接方法。
4.4 儲罐的CO2半自動(dòng)焊
熔化極CO2氣體保護(hù)焊在20世紀(jì)70年代末期就開始應(yīng)用于大型儲罐的焊接，最初主要應(yīng)用在角焊縫上。近年來，國內(nèi)一些施工單位將CO2半自動(dòng)焊應(yīng)用到儲罐的罐底板、壁板、罐頂板、浮頂和附件等部位的焊接施工中，均取得了較好效果。不僅焊縫美觀，質(zhì)量好，變形小，而且減少了打磨量，效率高，在儲罐施工中應(yīng)進(jìn)一步推廣。
儲罐的CO2半自動(dòng)焊主要采用實(shí)芯焊絲，成本低，但也有采用藥芯焊絲的，以進(jìn)一步提高焊接效率。但CO2焊對風(fēng)非常敏感，施工現(xiàn)場常年存在風(fēng)的襲擾，因此野外使用時(shí)，焊接
區(qū)域需增加防風(fēng)設(shè)施。另外，CO2焊的輔助機(jī)具較多，搬運(yùn)麻煩，增加了輔助工作量，特別是高空作業(yè)不適用。
4.5 拱頂儲罐的CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊
拱頂儲罐壁板較薄，且采用倒裝法安裝，縱縫不適合CO2氣電立焊。近年來，國內(nèi)一些施工單位嘗試采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊進(jìn)行中薄板拱頂儲罐壁板縱縫的焊接。與焊條電弧焊相比，可提高工效2倍，但應(yīng)用不是很普遍。
CO2氣體保護(hù)自動(dòng)立焊機(jī)由焊接電源、自動(dòng)送絲機(jī)、焊接小車及軌道、供氣系統(tǒng)和行走機(jī)架等部分組成。各個(gè)部分合理地集成在焊接機(jī)架上，將機(jī)架進(jìn)行整體封閉防風(fēng)，并與環(huán)縫埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)共用一條圓形軌道。操作時(shí)，機(jī)架置于軌道之上，并靠著罐壁板沿軌道行走至被焊立縫處，然后安裝焊接軌道，并使之與縱縫平行，在焊接軌道上安裝焊接小車，啟動(dòng)焊機(jī)，進(jìn)行焊接。焊接小車在立式儲罐上的安裝結(jié)構(gòu)如圖13。立焊機(jī)操作室如圖14所示。
在實(shí)際使用時(shí)，焊接電源和氣瓶可以安置在操作室內(nèi)，也可安置在專門制作的電焊機(jī)房內(nèi)，并配置配電箱和漏電保護(hù)裝置，但連接焊接電源與機(jī)架之間的焊接和控制電纜的長度應(yīng)達(dá)到50m。
（1）焊接電源可選用CO2氣體保護(hù)焊專用電源或多功能電源，送絲機(jī)應(yīng)選擇推絲式送絲機(jī)。
（2）焊接小車是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接過程的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它安裝在焊接軌道上，帶著焊槍沿罐壁上下運(yùn)動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)罐壁自動(dòng)立焊的重要環(huán)節(jié)之一。核心部分是行走機(jī)構(gòu)和焊槍擺動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。它的焊槍姿態(tài)（即焊槍的位置）應(yīng)能在立式儲罐的環(huán)向、軸向、徑向上調(diào)整，還應(yīng)能在立式儲罐橫截面和縱截面內(nèi)調(diào)整角度。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可使焊槍按直線形、鋸齒形、梯形、矩形等波形擺動(dòng)，通過對其參數(shù)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)各種擺動(dòng)方式，以滿足焊接工藝的要求。焊接小車應(yīng)體積小、重量輕、操作方便。目前，國內(nèi)外開發(fā)出的多種型號的焊接小車均可用于儲罐縱縫的焊接。
（3）軌道是通過某種方式（如永久磁鐵、電磁鐵）吸附在罐壁上供焊接小車行走和定位的專用機(jī)構(gòu)。軌道的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量直接影響到焊接小車行走的平穩(wěn)程度和位置的準(zhǔn)確性，即影響到焊縫質(zhì)量及外觀成形�？刹捎娩X合金剛性軌道。
（4）立焊機(jī)操作室可以自行設(shè)計(jì)制作。要做到既要保證人員和設(shè)備的安全，又要防風(fēng)，以保證焊接質(zhì)量。
4.6 藥芯焊絲MAG氣體保護(hù)焊
藥芯焊絲富氬保護(hù)焊可以用在焊接工作溫度－33℃～－60℃左右的大型低溫儲罐，由于受焊接材料及熱輸入的限制，尚未見到有關(guān)闡述采用該方法進(jìn)行低于該溫度工況儲罐的焊接的資料。對于工作在－60℃以下的儲罐。如采用9Ni鋼建造的儲罐，自動(dòng)焊的方法首選MIG焊或自動(dòng)TIG焊。
富氬保護(hù)氣的組成，一般為80％Ar十20％CO2，提高氬氣的混合比例，可相應(yīng)提高焊縫的低溫沖擊性能。
4.7 儲罐建造的其它焊接技術(shù)
有些用于儲存液態(tài)化工產(chǎn)品的內(nèi)浮頂儲罐，為了防止原料污染，儲罐建造后，還要進(jìn)行儲罐內(nèi)壁不銹鋼襯里或有色金屬材料（如鋁）防護(hù)等。薄壁（0.5～2mm）不銹鋼襯里的安裝主要采用焊接方法，常用的方法有：焊條電弧焊、TIG焊和MIG焊等。鋁金屬的防護(hù)層可采用熱噴涂的方法，實(shí)際應(yīng)用有：線材火焰噴涂和電弧噴涂方法等。
5 儲罐焊接技術(shù)發(fā)展趨勢
5.1 儲罐建造的發(fā)展趨勢
最近三四十年來，儲罐向大型化發(fā)展的趨勢已成定局，1962年美國首先建成了10萬m3浮頂儲罐，1967年在委內(nèi)瑞拉建成了15萬m3的浮頂儲罐。1971年日本建成了16萬m3的浮頂儲罐，其直徑達(dá)109m、高17.8m，沙特阿拉伯建成20萬m3巨型儲罐，其直徑達(dá)1
10m、高22.5m。我國自1985年從日本引進(jìn)10萬m3浮頂儲罐的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)并在秦皇島建造之后，在全國各地相繼建成10萬m3大型儲罐近30臺；于2003年在茂名石化公司建成兩座12.5萬m3浮頂儲罐，目前在儀征已開始建設(shè)國內(nèi)最大的15萬m3原油儲罐。此外，儲存石油液化氣和天然氣（液化）的低溫儲罐也是儲罐建造的發(fā)展方向，在國外已較普遍應(yīng)用，我國目前還是處于剛起步階段。
大型儲罐建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)成為人們?nèi)找嬷匾暤恼n題，根據(jù)有關(guān)資料分析：儲罐容積越大，單位容積的鋼材耗用量指標(biāo)越低，建罐投資相應(yīng)節(jié)省，同時(shí)罐區(qū)總占地面積也越小。但最為經(jīng)濟(jì)的是12.5萬m3浮頂儲罐，15萬m3和10萬m3次之，容積5萬m3儲罐的經(jīng)濟(jì)性最差。從目前我國現(xiàn)有儲罐來看，絕大部分原油儲罐的容積不超過5萬m3，因此，我國的儲罐必須向大型化方向發(fā)展，應(yīng)以12.5萬m3為首選對象，盡可能避免建造5萬m3及其以下的小容積原油浮頂儲罐。
建造大容積儲罐，需用高強(qiáng)度鋼板。目前我國建造5萬m3及以上儲罐所使用的高強(qiáng)鋼板，大多是日本產(chǎn)SPV490Q鋼，極少部分是國產(chǎn)鋼材。國產(chǎn)鋼材主要是16MnR，因其強(qiáng)度較低，使5萬m3浮頂儲罐下部第一節(jié)壁板厚達(dá)34mm，給大型儲罐的建造帶來了很大困難。由武漢鋼鐵設(shè)計(jì)院、北京燕山石化公司、合肥通用機(jī)械廠、中國石化北京設(shè)計(jì)院組成的攻關(guān)小組，對07MnCrMoVR鋼進(jìn)行研究開發(fā)，并用于北京燕山石化公司3臺10萬m3浮頂儲罐。今后，為了滿足我國大型儲罐建設(shè)發(fā)展的需要，應(yīng)進(jìn)一步研制高強(qiáng)度鋼材，提高國產(chǎn)高強(qiáng)度鋼材的質(zhì)量和產(chǎn)量。
5.2 儲儲焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢
根據(jù)我國石油及化工企業(yè)的發(fā)展需求，今后儲罐的發(fā)展方向是大容積、國產(chǎn)化、自動(dòng)焊（包括與國產(chǎn)鋼材、進(jìn)口鋼材焊絲匹配以及焊接設(shè)備）。在儲罐施工方面，盡管我們根據(jù)日本及有關(guān)國家的規(guī)范，結(jié)合我國具體情況，首創(chuàng)了各種大型儲罐的施工方法，近幾年我國的儲罐
施工隊(duì)伍也不斷發(fā)展，但總的來看，目前我國的儲罐建設(shè)，不論是儲罐的容積、數(shù)量還是國產(chǎn)化水平，均處于起步的初級階段。
（1）埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)國內(nèi)經(jīng)過十多年的攻關(guān)，已取得了突破性進(jìn)展，單絲埋弧焊技術(shù)已基本成熟，操作簡單，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，將在大型儲罐焊接中發(fā)揮重要作用。今后，要開展雙絲或多絲埋弧橫焊技術(shù)的研究，進(jìn)一步提高焊接效率。雙絲埋弧焊應(yīng)用于大型儲罐焊接的歷史很短，實(shí)際應(yīng)用的例子很少，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行研究。
（2）在大型儲罐的自動(dòng)焊設(shè)備與焊材方面，國產(chǎn)化程度還不夠高，特別是與引進(jìn)的高強(qiáng)鋼板相匹配的自動(dòng)焊焊絲，尚依賴進(jìn)口，價(jià)格高，這是今后我國建造大型儲罐所必須解決的課題。
1）盡快使儲罐自動(dòng)焊機(jī)國產(chǎn)化，相關(guān)焊機(jī)制造業(yè)廠商應(yīng)該將研制儲罐自動(dòng)焊機(jī)作為一種重要的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來發(fā)展。
2）盡快使儲罐自動(dòng)焊配套焊材國產(chǎn)化，相關(guān)焊材制造業(yè)重點(diǎn)開發(fā)適應(yīng)不同鋼材焊接的CO2氣保藥芯焊絲、自保護(hù)藥芯焊絲、實(shí)芯焊絲、焊劑等，并提供相應(yīng)的指導(dǎo)工藝參數(shù)。
（3）用于縱縫焊接的氣電立焊的研究，國內(nèi)尚處于起步階段。應(yīng)研究開發(fā)用于儲罐縱縫焊接的氣電立焊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，對打破國外技術(shù)壟斷，降低工程成本，滿足儲罐建設(shè)的需要具有重要意義。此外，應(yīng)解決目前所采用的氣電立焊的焊機(jī)結(jié)構(gòu)改造，使之能適用于儲罐倒裝施工工藝，進(jìn)一步提高拱頂儲罐的焊接質(zhì)量和建造速度，縮短施工周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。
（4）倒裝儲罐埋弧自動(dòng)橫焊的研究和應(yīng)用歷史不長，還有許多問題需要解決，如：
1）應(yīng)進(jìn)一步研究帶有自動(dòng)跟蹤功能的埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)，適應(yīng)倒裝儲罐的焊接特點(diǎn)要求。采用的跟蹤方法和裝置，要做到成本低，使用方便，跟蹤可靠。
2）應(yīng)進(jìn)一步研究焊劑自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)，在不增加輸送管長度的情況下，實(shí)現(xiàn)焊劑的回收與輸送同步。埋弧自動(dòng)橫焊機(jī)均配有焊劑回收系統(tǒng)，其工作原理是依靠重力作用來輸送焊劑，依
靠負(fù)壓作用來回收焊劑。但這種傳統(tǒng)系統(tǒng)要做倒焊劑的回收和輸送應(yīng)能同步進(jìn)行，則焊劑桶內(nèi)必須要有一定數(shù)量的焊劑，以保證焊劑輸送口不受負(fù)壓作用的影響，如果焊劑桶內(nèi)焊劑較少時(shí)，桶內(nèi)焊劑由于負(fù)壓作用，會處于懸浮狀態(tài)而影響焊劑的順利輸送。為保證焊劑的順利輸送，目前常用的方法是增加焊劑輸送管的長度，來增加管內(nèi)焊劑的壓力，克服負(fù)壓作用的影響。這種方法對于倒裝儲罐施工，自動(dòng)焊機(jī)頭處于機(jī)架的上部，靠增加焊劑輸送管長度的方式已經(jīng)不可行。因此，可以研究應(yīng)用一種新型的焊劑回收系統(tǒng)，可以根據(jù)焊劑桶內(nèi)焊劑的多少，自動(dòng)調(diào)節(jié)回收的吸力，使焊劑的回收和輸送保持最佳的動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)不需要調(diào)整焊劑輸送管的長度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。
3）應(yīng)開展研究具備雙向焊接功能的橫焊機(jī)和焊接工藝。由于倒裝儲罐施工中，焊接機(jī)頭、控制箱、焊劑桶、焊絲盤等均位于自動(dòng)焊機(jī)架的上部，會導(dǎo)致自動(dòng)焊機(jī)重心的提高而影響快速回車的穩(wěn)定性。研究具備雙向焊接功能的橫焊機(jī)和焊接工藝，就可避開快速回車操作，同時(shí)能縮短工時(shí)，減少自動(dòng)焊輔助人員的拖拉焊接電纜的工作量。
（5）CO2半自動(dòng)氣體保護(hù)焊接技術(shù)相對于傳統(tǒng)的焊條電弧焊無疑有著明顯的優(yōu)勢，但這種方法要大面積推廣應(yīng)用在室外，還有許多問題需要解決。一是輔助配套機(jī)具要輕便、靈活，配線要有足夠的長度。根據(jù)不同的焊件或部位，要研制相應(yīng)的防風(fēng)輔助裝置等�？梢灶A(yù)測，CO2氣體保護(hù)焊接技術(shù)在石油化工等焊接領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
（6）藥芯焊絲的氣體保護(hù)焊將是大型儲罐建造的發(fā)展方向。在低溫儲罐焊接中，采用自動(dòng)焊有利于保證熱影響區(qū)低溫沖擊性能的穩(wěn)定。
（7）自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊成功用于大口徑長輸管道的焊接。這種方法焊接效率高，質(zhì)量好，抗風(fēng)能力強(qiáng)，非常適合野外環(huán)境下的焊接作業(yè)，也是今后大型儲罐建造應(yīng)深入研究應(yīng)用的焊接方法，重點(diǎn)解決的問題是焊絲的國產(chǎn)化和降低焊接材料成本。焊絲的價(jià)格高是目前儲罐焊接領(lǐng)域沒有推廣應(yīng)用這種方法的關(guān)鍵所在。
總之，在我國大型儲罐建造中，焊條電弧焊還將長期存在，自動(dòng)焊是今后的發(fā)展方向。國外大型儲罐的建造已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，我國趕上發(fā)達(dá)國家的水平還有很多的路要走。
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