国产高强度钢板wh602大型浮顶油罐的开发

国产高强度钢板wh602大型浮顶油罐的开发

燕山化工（集团）牛口峪原油储水池10.14m3浮油池于2000年初竣工，计划在不久的将来运营。该浮顶油罐由中国石化集团北京设计院和燕山石化公司设计院联合设计,系国内首次采用国产高强度钢板建造的大型油罐。油罐直径为81000mm,罐壁高度为21100mm。浮顶为双盘式结构,储存介质为原油。1浮顶油罐的国产化大型油罐用钢板受现场施工、钢材的焊接工艺和钢板的最大允许厚度限制,必须使用高强度钢板。为了减少焊接工作量,提高油罐安全性,通常采用大规格钢板。1995年之前,由于受国内钢板的生产能力和条件的限制,国内建造的10×104m3浮顶油罐的高强度钢板全部进口。国内在80年代中后期建造的数台10×104m3浮顶油罐的设计技术、主体材料(罐壁及罐底边缘板用高强度钢板及罐壁、罐底、浮顶用碳钢板等)及施工技术均从日本引进,由国内施工单位安装。之后,国内对10×104m3浮顶油罐的设计技术及施工技术进行消化吸收,逐步实现了立足国内设计及施工,只进口钢板。随着国内大规格碳钢板和低合金钢板生产能力的提高,10×104m3浮顶油罐用大规格碳钢板和低合金钢板基本能够实现国产化,罐壁用碳钢板和低合金钢板、罐底用碳钢板及浮顶用碳钢板全部国产,仅高强度钢板(SPV490Q)进口。10×104m3浮顶油罐国产化需要解决的主要问题就是高强度钢板的国产化问题。从1995年开始,参加大型油罐国产化课题的各有关单位展开了大型油罐用高强度钢板的国产化的研究。根据10×104m3浮顶油罐施工中采用高效、质优的自动焊接技术(特别是大焊接线能量的气电立焊技术)的特点,新研制了能满足大线能量焊接的国产高强度钢板WH610D2。1.1wh610d2钢板的化学成分和力学武汉钢铁(集团)公司企业标准WJX(ZB)51-1997提供的WH610D2钢板的化学成分和力学性能分别见表1和表2。1.2钢板供应商供用性能由于新研制材料WH610D2未经过工业化试验,经全国压力容器标准化技术委员会批准,新研制的材料WH610D2可以在燕山石油化工公司牛口峪原油储运站10×104m3浮顶油罐上使用。根据全国压力容器标准化技术委员会的批复意见,结合使用的具体要求,确定WH610D2钢板的供货技术条件如下:a)化学成分WH610D2钢板的供货化学成分应符合表3的要求。b)力学性能和冷弯性能WH610D2钢板的供货力学性能和冷弯性能应符合表4的要求。c)在焊接线能量不大于100kJ/cm的条件下,焊接接头热影响区的冲击韧性(-10℃)三个试件平均值AKV不小于47J,单个试件最小值AKV不小于33J。2浮顶油罐罐壁计算罐壁由9层圈板组成,其中最下部6层采用高强度钢板WH610D2,最上部两层采用碳钢板Q235-A,其余一层圈板采用低合金钢板16MnR。这种设计使罐壁材料强度逐渐变化,并可节约高强度钢板。罐壁厚度计算采用API650中“变设计点法”进行。计算罐壁厚度时,比较、分析了多种规范(例如,API650,BS2654,JISB8501,SH3046等)的计算方法,特别是与从日本引进的按JISB8501规范设计的10×104m3浮顶油罐罐壁计算进行了详细的对比。按JISB8501规范计算时,许用应力取值较高,而底层罐壁焊接接头系数取0.85,其余各层罐壁焊接接头系数取1.0,所以计算得出的罐壁厚度底层较厚,而其余各层较薄。因此导致底层罐壁应力水平较低,而第二层罐壁应力水平较高,应力分布变化较大。按API650中“变设计点法”计算时,许用应力取值较低,焊接接头系数取1.0。“变设计点法”考虑了罐底板的约束对罐壁受力的影响以及较厚的下层罐壁对较薄的上层罐壁的影响而使每层罐壁的最大应力点位置上移,其核心就是力求找出各层罐壁的最大受力点,合理地确定各层罐壁的厚度,使罐壁的应力分布趋于均匀。在材料消耗基本等同的情况下,按API650中“变设计点法”设计的罐壁应力分布较按JISB8501设计的罐壁应力分布均匀,且应力水平较低。3严密性难保证本设计中的浮顶采用双盘式结构。以往双盘式浮顶由于构造原因,各舱的严密性很难保证。为了防止由于浮顶局部泄漏发生窜舱而引起浮顶倾斜甚至沉没,本设计中改进了浮顶的设计,加强了浮顶的严密性,提高了浮顶的抗沉能力。4底板防腐的处理针对目前国内油罐底板下表面腐蚀严重的现状,考虑10×104m3油罐的使用寿命,对油罐底板下表面的防腐处理做了特殊的考虑。改善了以往由于焊接要求而在油罐每张底板四周约50mm范围内不刷涂料而引起的局部腐蚀问题。采用耐高温、可焊性涂料对每张底板下表面进行全面积防腐处理。这种涂料在焊接后不起皮、不脱落,能够提高罐底板下表面焊缝附近的防腐能力。5罐壁防水ca为了防止雨水进入罐底边缘板外缘与基础环墙之间的缝隙中,造成罐底板的腐蚀,同时保护罐壁板与罐底板之间的角焊缝不受雨水侵蚀,在罐壁板与罐底板的T形接头外侧设置了防水胶带。防水胶带上部与罐壁保温支撑圈相连接,下部搭在基础环墙上。这种防水结构的特点是不需要拆除防水胶带即可检查罐壁板与罐底板之间的角焊缝。6大规格钢板使用情况经济、合理地使用大规格钢板,可以缩短焊缝长度,减少焊接变形、提高焊接质量,对提高油罐的安全性非常有益。结合国内钢板的生产水平及运输条件的限制,大规格钢板使用情况如下:a)高强度钢板WH610D2规格为2000～2400mm×10000～12000mm;b)罐底中幅板用碳钢板规格为3000mm×12000mm;c)浮顶用碳钢板的规格为1820mm×9000mm。7罐壁冲击试验a)执行的标准、规范和技术条件执行的标准、规范和技术条件有API650《钢制焊接油罐》、《100000m3浮顶油罐施工技术条件》和GBJ128-90《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》。b)材料技术条件高强度钢板WH610D2应符合《燕山石化(集团)公司牛口峪原油储运站10万立方米浮顶油罐用高强度钢板供货技术条件》的要求。c)材料复验高强度钢板WH610D2的力学性能和冷弯性能逐张进行复验,并应符合供货技术条件的要求。d)无损检测底层罐壁的纵焊缝、第二层罐壁纵焊缝及其之间的环焊缝除应进行100%射线检测外,还应进行20%超声波检测复验。100%射线检测的罐壁对接焊缝以及涉及高强度钢板WH610D2的罐壁丁字焊缝应分别在油罐充水试验前后进行表面裂纹检测。e)产品焊接试板产品焊接试板的材料为WH610D2,数量按各种焊接位置、焊接方法至少各一块。产品焊接试板的冲击试验应包括焊接热影响区。厚度为32mm的产品焊接试板应与带开口接管的底层罐壁板同炉进行热处理。f)部件热处理带有开口接管的底层罐壁板应在开口接管及补强板与相应罐壁板组装焊接并检验合格后,进行整体部件消除应力热处理。8浮顶油罐使用问题研究国产10×104m3浮顶油罐是在调查研究、分析比较国内外大型油罐结构、计算方法、研究消化国内外大型油