专利名称：单盘浮顶油罐单盘变形的修复方法
技术领域：
本发明是单盘浮顶油罐单盘板变形的修复方法。涉及管道系统技术领域。
背景技术：
浮顶油罐由于具有油品蒸发损耗小、防火性能好、存储量大、受力状况良好和节省钢材等特点，所以大型油罐一般均采用浮顶形式。浮顶有单盘和双盘两种结构形式。单盘浮顶具有结构简单，重量轻，造价低的优点，多用于大型油罐。但单盘浮顶的施工技术要求高，施工难度大，如控制不好，单盘易产生较大的变形，使浮顶排水不畅，积水发生偏重失衡，特别是冬季气温低时会造成冰雪的堆集，加之单盘变形的不均匀分布，会导致浮顶倾斜，使导向管、量油管弯曲，浮顶升降卡涩，浮梯脱轨，密封刮蜡及挡雨板损坏，严重时可能造成浮顶沉没，给生产带来危害。同时，积水也会造成单盘的腐蚀，严重时会导致穿孔漏油，给油罐的安全管理带来很大麻烦以及较大的经济损失，这种例子已有很多，经济损失在几百万元之巨。单盘变形不是个别现象，是国内比较普遍存在的问题。由于组装方法和焊接工艺等原因，新建油罐的单盘有一定的变形，而老油罐单盘的变形则更加严重。因此，解决单盘的变形成为多年来油罐建造和大修中一个重要而又有意义的问题之一。目前对于浮顶油罐单盘的大变形问题，国内外在新建油罐浮顶焊接时是采用先进的工艺和措施减小变形。对于在役浮顶油罐单盘的变形，只能采取单盘改双盘或外浮顶改内浮顶等方法。但这些方法工程量大、施工周期长、工程造价高。曾有人试图对在役油罐单盘的大变形加以整治，由于理论分析不足，加上具体施工方法只是简单地拉展、锤击，不仅没有取得成功反而导致了单盘变形的加剧。
随着油罐大型化的发展趋势，对浮顶的抗沉稳定性、整体结构刚性的要求也越来越高，迫切需要解决单盘变形的精确分析、有效的控制变形的施工工艺及变形后的科学修复，彻底解决单盘大变形这个长期困绕石油行业的问题，确保浮顶在各种恶劣条件下能安全运行。
发明内容
本发明的目的是发明一种合理、完善、实用的在役浮顶油罐单盘变形的修复方法。
本发明在多次现场试验和多次实际修复基础上，经过精确分析，提出了一套完整的在役浮顶油罐单盘变形的修复方法。本单盘的修复方法按下列顺序依次进行对单盘进行变形及应力应变检测；固定浮顶和搭建安装平台；单盘板拆除；整形及应力消除；点焊接；应力应变检测；焊接；焊缝检测。本方法中的变形检测采用网格法，就是将单盘划分网格，网格大小为边长300～800mm的方格，以网格线的交点为检测点，检测其变形状况，检测的基准以浮船舱底板与船舱内边缘板的连接角焊缝所在平面为基准面；同时还将单盘划分为通过单盘中心的12～36个扇形区域测量各部分的尺寸、内外直径的椭圆度、不同面度、沿单盘圆周单盘的不同面度及单盘的凸凹度。应力应变检测是采用电阻应变方法，将应变片与温度补偿片采用半桥接桥法进行连接，用静态应变处理仪进行测量，测量时选取局部区块单盘直径方向的长焊缝，两排相错排列的多只应变片粘贴在焊缝一侧距焊缝25cm以内，且焊缝到第一排应变片的距离与第一排应变片到第二排应变片的距离相等，应变片顺着焊缝方向粘贴，粘贴应变片的单盘处须打磨现出金属白色并用丙酮、酒精清洗干净，使粘贴牢固、密封，且接地绝缘电阻大于20MΩ。固定浮顶前先要在浮顶倾斜或偏移区域找平、调平后用木块沿圆周均匀地楔入浮顶与罐壁的间隙；在单盘下面搭设支撑平台，形成一个刚性的钢结构平台，其刚性变形不大于3‰，且平整度要小于5‰。支撑平台上端与浮船和单盘间的连接角钢根部水平，支撑平台可自行设计，但以采用满堂红可调式平台为佳。单盘板的拆除是根据单盘板的变形和应力，先沿单盘板的纵向拆除焊缝，调整纵向变形，再拆除单盘的横向焊缝调整横向变形，拆除的每一块单盘板的搭接宽度不小于30mm；单盘板的切割是对老焊缝采用碳弧气刨切割且不得伤害母材，新焊缝采用火焰切割，切开后的焊缝用磨光机磨平，边缘平整光滑，可见金属光泽，与原板三块板搭接处的老焊缝往前延切不小于100mm，对所有三块板搭接处进行100％的磁粉检测，其它部位检测率不小于10％。关于拉展、锤击和应力消除分单盘板局部应力消除和整体应力消除两步，局部应力消除是先将变形的单盘板用常温锤击、加热锤击或加热、冷却过程的连续锤击整平，局部单盘板也可加刚性圈进行加强。单盘板整体应力消除是分多个区，一是中心的圆形区，沿周向再分12～24个区，具体分几区视油罐的大小，在每个区域中，由变形小处向变形大处逐步消除单盘板的应力和变形，先解决单盘板应力，再消除区域性单盘板应力，在单盘板组装时，据单盘原变形情况可采用适当的机械固定、焊接固定或反变形措施，对单盘的重点受力部位是先处理这些部位的外围，再处理受力部位的结合部。整形好的板组对，板与板之间贴合良好、不偏斜，并与平台均匀贴合，贴合时可用龙门卡、拉索等加力组装或用局部连接方式，组装完后进行点焊，这种点焊是每隔500mm处点焊50mm，然后与单盘板切割前凹凸检测结果进行比较检测，变形不大于5％；所述的焊接是先焊短缝后焊长缝，采用分段跳焊，间隔为250～350mm，由中心向四周呈螺旋状施焊，对角焊缝要采用反变形措施。焊缝检测包括真空试漏和渗透检测，单盘板所有修复的焊缝进行100％真空试漏，与边缘板连接的所有焊缝、所有三块板搭接处焊缝进行100％渗透检测，更换板焊缝进行20％渗透检测。
具体实施例方式
实施例.以此实施例说明本发明的具体实施方式
。本例是对秦京线石楼泵站18号20000m3单盘式浮顶油罐单盘变形的整治。该罐公称容积20000m3，直径40500mm，高15850mm，浮船外边缘直径39500mm，单盘材质均A3F。单盘下无加强环向和径向梁。浮顶由1.6m宽，长8m钢板搭接焊接而成。该罐始建于80年代初期，至今已经运行20多年。由于油罐施工质量较差，初期就存在一定程度的变形，再加上长期运行过程中浮顶局部卡阻、浮梯及中央排水管的非正常工作，进一步恶化了初期的变形，在整治之前单盘的最大不平度达到了0.7m。在上世纪90年代大修过，但效果不佳。单盘的严重变形，导致了单盘局部长期积水，一方面造成了严重的腐蚀，另一方面单盘的不均匀积水也可能导致浮顶的倾覆。在整治中，首先是对单盘变形现状进行检测，检测方法是将单盘划分网格，网格大小为500×500mm，以网格线的交点为检测点。另外对局部凹点和凸点极大值点进行检测。检测基准是以浮顶船舱底板与船舱内边缘板的连接角焊缝所在平面为基准面。通过单盘中心，每15°为一个区域，将单盘分为24个区域，对各部分尺寸，尤其是内外直径的椭圆度、不同面度、单盘的不同面度(沿单盘圆周)、单盘的凹凸度进行检测。而后进行局部应力应变现场检测。单盘板由平变凹凸不平在材料中产生的应力应与凹凸不平变平材料中释放的应力相等，根据油罐的实际情况，只能测试浮顶由凹凸不平到调平(解除变形约束)时材料中的应力，为了避免多因素的影响，选取局部区块约束时测定由约束到无约束时材料中产生应力、应变的大小。由于浮顶油罐的长、宽远比厚度大的多，属于薄板结构，浮顶材料中的应力状态属平面应力状态，所以通过电阻应变方法可以测得浮顶材料中的应力。圆形浮顶周边由浮船约束，浮顶变形产生的应力、应变十分复杂，但解除搭接焊约束，保持径向连接，径向应力是主要应力，因此应变片方向应与直径方向一致。为了避免多因素的影响，测点位置的选择是在单盘直径方向选取2m长焊缝区解除约束后浮顶板应力的变化，此条焊缝位于与浮船中心孔相切的直径上，长4.44m，焊缝左端距单盘边缘3.1m，右端距单盘边缘26.5m，在此焊缝中取2m长一段，将10个应变片以顺着焊缝的方向、应变片中心线距焊缝10cm成直线排列，将另10个应变片以相同的方向且应变片中心线距焊缝20cm成直线排列，两排应变片错开一定距离；应变片粘贴前先将粘贴处的单盘板表面打磨，使表面现出金属白色并用丙酮、酒精清洗表面，按划线定位的位置粘牢应变片，测接地绝缘电阻大于20MΩ，应变片密封，使雨水不影响阻值，应变片为泊式，其规格为电阻值120.2±0.2Ω，灵敏系数2.16±1％，敏感栅尺寸3×5mm；粘贴完应变片后，将应变片与温度补偿片采用半桥接桥法进行连接，所用设备为YJ-22型静态应变测量处理仪、YZ-22转换箱和打印机，应变片和温度补偿片输出接转换箱，转换箱和打印机分别接静态应变测量处理仪；经实测，应力最大变化值达140.4Mpa，该值已超过材料屈服强度的50％，这么大的应力，必然会产生较大的变形。检测结果与该单盘的大变形实际状况是一致的。第二步，先固定浮船，用120个木块边找平边楔入浮船与罐壁之间隙将浮船固定；而后制作安装刚性的钢结构平台，低位制作，高位举升，使之连成一体，本例选用满堂红可调式平台；单盘板的拆除按照单盘板拆除的原则先沿单盘边缘板的纵向拆除焊缝，调整纵向变形，有的纵向无法解决变形，就进一步拆除单盘板的横向焊缝，再调整横向变形，拆除单盘板始终保持搭接宽度32mm；单盘板的拆除按老焊缝用碳弧气刨切割、新焊缝火焰切割的原则，并与原三块板搭接处的老焊缝往前延切110mm，切割表面用磨光机磨平，而后对所有三块板搭接处进行100％的磁粉检测，其它部位检测率20％；单盘板应力的消除按先局部应力消除后整体应力消除两步进行，局部应力消除是变形单盘板用常温锤击、加热锤击方法整平，对变形严重部位、局部腐蚀严重区域以及应力、应变难以消除的区域进行局部盘板的更换。局部应力消除后进行单盘整体应力的消除，整体应力的消除分九大区域进行，区域的划分为沿周向均匀分8个区，中心部是半径6.5m的圆形区，消除单盘整体应力的作法是在每一块区域中，由变形小处向变形大处逐步消除单盘板的应力和变形，先解决单块板应力再消除区域性单盘板应力，对单盘板的重点受力部位，如支柱、浮梯、中央排水管等，先处理这些部位的外围，再处理受力部位的结合部，在所有单盘板组装完毕后调整组装变形过大的部位，调整过程是从整体到局部，再由局部到整体，重复二次。整形好的板进行组对，其一侧先划线以防止偏斜，板与板之间贴合良好，贴合不好的可用龙门卡、拉索等加力组装，但绝不强力组装，所有组装板与平台均匀贴合；单盘板组装完后先进行点焊，每隔500mm处点焊50mm，而后与单盘切割前凹凸检测结果进行比较，变形量控制在5％以内；焊接是在全部组装调整完毕后实施的，焊接方法是先焊短缝后焊长缝，分段跳焊，间隔300mm，由中心向四周呈螺旋状施焊，其中对支柱集水坑、扶梯轨道、角焊缝采用了反变形措施；焊接完后进行焊缝检测，与边缘板连接的所有焊缝、所有三块板搭接处进行了100％渗透检测，更换板焊缝进行20％渗透检测，其它焊缝进行10％渗透检测，单盘板中所有修复的焊缝进行100％真空试漏检测。这些工序完成后，最后再作一次应力、应变检测，如还有问题，再进行局部调整即可。该油罐的单盘经过此次修复，变形消除达97.9％，全单盘变形最大值仅有15mm，整个单盘外观十分平坦舒展，单盘上没有了大量积水，即使在夏季的大雨之后，单盘上局部凹处也只有浅浅薄薄的一层水，既减轻了人工除水的工作量，又消除了安全隐患，效果令人满意。
由上可见，本方法可行、有效、完整，很好地解决了浮顶油罐单盘板的修复问题，对增加油罐的安全性，节省运行管理费用，具有现实的意义。
权利要求
1一种单盘浮顶油罐单盘变形的修复方法，包括对变形部位的顶平拉展和锤击，其特征是修复按下列顺序依次进行对单盘进行变形及应力应变检测；固定浮顶和搭建安装平台；单盘板拆除；整形及应力消除；点焊接；应力应变检测；焊接；焊缝检测。
2.根据权利要求1所述的单盘浮顶油罐单盘变形的修复方法，其特征是所述变形检测采用网格法，将单盘划分网格，网格大小为边长300～800mm的方格，以网格线的交点为检测点，检测其变形状况；检测的基准以浮船舱底板与船舱内边缘板的连接角焊缝所在平面为基准面；同时还将单盘划分为通过单盘中心的12～36个扇形区域测量各部分的尺寸、内外直径的椭圆度、不同面度、沿单盘圆周单盘的不同面度及单盘的凸凹度。
3.根据权利要求1所述的单盘浮顶油罐单盘变形的修复方法，其特征是所述应力应变检测是采用电阻应变方法，将应变片与温度补偿片采用半桥接桥法进行连接，用静态应变测量处理仪进行测量；测量时选取局部区块单盘直径方向的长焊缝，两排相错排列的多只应变片粘贴在焊缝一侧距焊缝25cm以内，且焊缝到第一排应变片的距离与第一排应变片到第二排应变片之间的距离相等，应变片顺着焊缝方向粘贴，粘贴应变片的单盘处须打磨现出金属白色并用丙酮、酒精清洗干净，使粘贴牢固、密封，且接地绝缘电阻在20MΩ以上。
4.根据权利要求1所述的单盘浮顶油罐单盘变形的修复方法，其特征是所述固定浮顶和搭建安装平台是在浮顶斜倾或偏移区域找平、调平后用木块沿圆周均匀地楔入浮顶与罐壁的间隙，在单盘下面搭设支撑平台，形成一个刚性的钢结构平台，其刚性变形不大于3‰，且平整度要小于5‰，支撑平台上端与浮船和单盘间的连接角钢根部水平，该支撑平台以采用满堂红可调式平台为佳。
5.根据权利要求1所述的单盘浮顶油罐单盘变形的修复方法，其特征是所述单盘板拆除是据单盘板的变形和应力，先沿单盘边缘板的纵向拆除焊缝调整纵向变形，再拆除单盘板的横向焊缝调整横向变形，拆除的每一块单盘板的搭接宽度不小于30mm；单盘板的切割是对老焊缝采用碳弧气刨切割且不得伤害母材，新焊缝采用火焰切割，切开后的焊缝用磨光机磨平，边缘平整光滑，可见金属光泽，与原板三块板搭接处的老焊缝往前延切不小于100mm，对所有三块板搭接处进行100％的磁粉检测，其它部位检测率不小于10％。
6.根据权利要求1所述的单盘浮顶油罐单盘变形的修复方法，其特征是所述整形和应力消除有单盘板局部应力消除和整体应力消除两步，局部应力消除是先将变形的单盘板用常温锤击、加热锤击或加热、冷却过程的连续锤击整平，局部单盘板也可加刚性圈进行加强。单盘板整体应力消除是分多个区，一般是中心为一个圆形区，沿周向分12～24个区，在每个区域中，由变形小处向变形大处逐步消除单盘板的应力和变形，先解决单块板应力，再消除区域性单盘板应力，在单盘板组装时，据单盘原变形情况可采用适当的机械固定、焊接固定或反变形措施，对单盘的重点受力部位是先处理这些部位的外围，再处理受力部位的结合部。整形好的板组对，板与板之间贴合良好、不偏斜，并与平台均匀贴合，贴合时可用龙门卡、拉索加力组装或用局部连接方式，组装完后进行点焊，即每隔500mm处点焊50mm，然后与单盘板切割前凹凸检测结果进行比较检测，变形不大于5％。
7.根据权利要求1所述的单盘浮顶油罐单盘板变形的修复方法，其特征是所述焊接方法是先焊短缝后焊长缝，采用分段跳焊，间隔为250-350mm，由中心向四周呈螺旋状施焊，对角焊缝要采用反变形措施。
8.根据权利要求1所述的单盘浮顶油罐单盘板变形的修复方法，其特征是所述焊缝检测包括真空试漏和渗透检测，单盘板所有修复的焊缝进行100％真空试漏，与边缘板连接的所有焊缝、所有三块板搭接处焊缝进行100％渗透检测，更换板焊缝进行20％渗透检测。
全文摘要
本发明是涉及管道系统技术领域的浮顶油罐单盘板变形的修复方法。本方法按下列顺序依次进行对单盘板进行变形及应力应变检测，固定浮顶和搭建安装平台，单盘板拆除，整形及应力消除，点焊接，应力应变检测，焊接，焊缝检测。本方法可行、完整、实用，对浮顶油罐的安全运行具有现实意义。
文档编号G01B21/32GK1899752SQ20051008425
公开日2007年1月24日 申请日期2005年7月19日 优先权日2005年7月19日
发明者潘红丽, 何平, 王夫安 申请人:中国石油天然气股份有限公司