铝镁合金料仓施工工法

铝镁合金料仓安装施工工法

河北华北石油工程建设有限公司 李学杰 陈 涛 蒙 林 王鹤里 赵 檀

0 前言

铝镁合金具有比重小、耐腐蚀性好、导电性及导热性高等特性，广泛应用于航空、电子、石油化工及机械制造等领域。近年来，随着国内越来越多的大型乙烯装置的不断兴建，大量的铝镁合金料仓广泛应用于这些装置，以储存聚乙烯及聚丙烯成品粒料。如何优质、高效地完成铝镁合金料仓的预制、安装施工是众多石油化工建设单位的一个重要课题。我公司在工程实践中总结了铝镁合金料仓施工工法，经过华北石化、燕山石化、大庆炼化、大连石化等多套聚丙烯装置的施工中的应用，该项工法得到了充分验证，并不断完善和发展，已日趋成熟。 1 工法特点

1.1 运用绘图软件对铝镁合金料仓进行排版放样，不仅可以做到下料准确，还以对下料进行最大程度的优化，达到节约材料和成本的目的。

1.2 采取双面同步熔化极氩弧焊和钨极氩弧焊焊接技术，该技术可补偿铝镁合金焊接过程的热损失，焊接应力小，同时降低了铝镁合金在焊接过程中产生气孔、裂纹、未焊透、烧穿等缺陷的机率。 1.3 半自动焊接技术的大量应用，从很大程度上提高了工效、缩短了工期，提高了焊接质量。 1.4 在进行料仓的现场组焊及吊装施工时，分为下锥部及筒体（包括仓顶、风送管道及支架）两部份吊装，这样不仅减少了现场组焊工作、大型吊车的使用及脚手架的搭设费用，而且为施工安全和优质提供了保障。 2 适用范围

本工法适用于石油化工聚丙烯装置及乙烯装置的铝镁合金料仓施工。 3 工艺原理

3.1利用绘图软件排版放样

通常情况下，业主、制造厂或施工单位在接到施工图纸后，按图纸所提供的材料规格进行材料采购，制造厂或施工单位根据所获得材料规格进行排版、放样及下料，这所有的工作都是在既定的条件下来完成的，设计图样没有根据市场板材料规格进行优化，将造成大量的材料浪费，并且导致部分料仓的开孔位置与现场实际情况冲突。

基于以上原因，我单位在AutoCAD软件平台上开发了一些特殊功能，用于铝镁合金料仓（也可以用于其它容器设备）的排版及板材放样，该方法具有很多的优点：①、可以优化设计图样；②、可以根据市场上的板材规格，合理分布料仓不等厚壁立板分界位置，并将排版与市场情况结合起来，从很大程度上节省材料费用；③、合理布置焊道，能对料仓上的接管、梯子平台以及风送系统管道支架等的方向和位置进行检查确认，确保它们相互间、与外部环境间没有冲突，有效降低了设计变更，并利于现场施工作业，确保了施工质量。

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3.2组焊及安装

仓底及底圈壁板、仓顶与上段筒体分段组焊成型，焊接采用双面同步熔化极氩弧焊和钨极氩弧焊焊接。钨极氢弧焊焊接时热量比较集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性较高，接头质量较优；熔化极氢弧焊以焊丝为电极，可使用比钨极氢弧焊大得多的电流；因而电弧功率大，热量集中，焊接速度快，热影响区小，焊接效率高，焊缝质量优良，可实现自动焊或半自动焊。

铝镁合金料仓可按规格及重量情况，通常采用整体或分段吊装就位，对于大型铝镁合金料仓一般采用分段吊装就位的方案，如何合理分段，这直接关系到施工单位的技术能力和施工成本。我们经过缜密的研究，最后确定将料仓分为两段比较合理，分段位置在裙座以上的第一个平台位置，这样分段有如下优点：①、能够有效地控制因铝镁合金材质软而形成的变形，降低组对施工难度；②、能够降低脚手架搭设工作，减少高空作业；③、能减少大型吊车使用时间，加快施工进度，降低施工成本。 4 工艺流程及施工要点 4.1 施工工艺流程

施工准备 材料到货检验 排板下料 分片分瓣预制 尺寸弧度复验 编号标记包装 基础复验 分段检查验收 焊缝打磨 焊缝煤油试漏 焊接 分段组装 半成品胎架运输 仓底吊装找正 筒体吊装 组 焊 焊缝检验打磨 掺混料仓气密 整体检查验收 图4.1-1 铝镁合金料仓安装施工工艺流程图

4.2 施工要点 4.2.1 施工准备

⑴ 组装平台铺设

在施工前要准备铺设一个预制平台，要求平台水平度<3mm/m。平台上应铺设厚度为6mm的橡胶皮，以保证铝合金板面的光洁，避免磕碰和划伤。

⑵ 组装用胎具制作

粒料储仓组装需要制作如下胎具： ① 仓顶、仓底组装支架、环梁。 ② 筒体组对内胀圈，钢制加减丝。 ③ 运输、存放用胎架。 ④ 铝合金定位板、垫板。 ⑶ 优化料仓设计图样。

⑷ 按照现场实际情况编制详尽的施工方案。 ⑸ 审查焊工资质，组织焊工培训考试。

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4.2.2 排板下料

将铝镁合金料仓的各个部分分解画图，直接在电脑上放样，然后按电脑放样尺寸下料。 4.2.3 分片、分瓣预制

下料采用机械方法和等离子切割机进行，刨边机坡口，筒体分片辊制成型，锥段分瓣滚制成型。 ⑴ 筒体及仓裙壁板采用净料下料，刨边机坡口，滚板机滚压前对板端进行预弯，滚压后的壁板按排版图编号标记后放在胎架上运输到现场。存放时必须在板与板间、板与胎架间放置胶皮，防止板面损伤。

⑵ 仓底板和仓顶板采用等离子切割下料，排版时预留加工余量和焊缝收缩量。用滚板机分瓣滚压成型。滚压成型的仓底版、仓顶板用样板核对尺寸后采用等离子切割坡口。然后进行预组对，检查合格后编号，用胎架运输到现场。 4.2.4 组装施工

1 仓顶及筒体施工

先在平台上放样，安装定位板及内胀圈、仓顶组装环梁支架，然后将与仓顶连接的筒体组对一节，安装包边角铝或加强环后，在环梁支架上安装组对仓顶，各瓣片安装时先将加强槽铝焊好，组对时先将各瓣片点焊，组对完成后采取纵缝隔缝对称间断退步焊的方法焊接，以减少焊接变形。焊后进行煤油试漏，合格后将焊道打磨光滑。然后在平台上组对第二节筒体，纵缝焊完后将焊道打磨光滑，用吊车将仓顶段吊至第二节筒体上，点焊完毕后，在距环缝50mm处安装胀圈，账紧涨圈后，焊接环缝，焊后，拆除胀圈。焊缝探伤或试漏检查合格后，将焊道打磨光滑之后进行下一节筒体的组对吊装。组装过程见图4.2.4-1所示。

掺混料仓内部的掺混管按图纸要求的方位和标高随筒体进行安装。安装时在筒体和仓底内部按照图纸要求进行划线定位。见图4.2.4-2、3。 环梁支架 平台

⑴

⑵ ⑶ ⑷

图4.2.4-1 料仓仓顶与筒体组装示意图

3

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2700

00 300 0330 2100 1500 0 180

图4.2.4-2 掺混管布置示意图

2 仓底、仓裙段施工

900 100 100 （200） （200）

图4.2.4-3 掺混管对接安装详图

首先将仓底分为上下二部分，锥尖单独组对，下锥段组对时小头向上，先焊外面的焊缝，再组对仓裙和第一节筒体，组对完毕后，将下锥段放入筒体内点焊后，安装地脚环板和加强筋板并点焊固定。然后利用吊车将其上下位置颠倒，焊下锥段内侧焊缝和地脚板角缝及仓底与筒体的连接角缝。焊接完毕后再颠倒过来，安装以组对好的上锥体。组对见图4.2.4-4所示

⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸

图4.2.4-4 仓裙及仓底组装示意图

⑹

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4.2.5现场焊接

1 铝镁合金之间的焊接方法优先采用双面同步钨极氩弧焊或熔化极氩弧焊。 2 焊前清理

 加工完的焊件坡口和焊接前用的焊丝，必须进行清理。清理可采用机械清理或化学清理两

种。采用机械清理时，坡口5 0mm范围内用丙酮等有机溶剂去除油污，随后直接用直径为0.15mm～0.2mm的不锈钢丝刷，刷到露出金属光泽为止。

 化学清理主要针对钨极氢弧焊焊丝，采用温度70℃，浓度 5～10％的NaOH溶液清洗2～

3分钟，然后用清水冲洗；再用常温下25～30％的HNO3溶液中和2～3分钟；再用清水冲洗后，在室温下晾干放入烘干箱备用。

 清理完的焊件和焊丝在焊接前应防止再次被污染，并在8小时内施焊，

否则应再次进行清理。

3 选用合理的焊接工艺

根据设计提供的条件进行工艺评定试验，合理选用焊材、坡口形式及焊接方法。 1) 焊接材料的选用

焊接材料主要是根据焊件的化学成份、力学性能选用，同时也应考虑到焊接材料的工艺成熟性、焊接人员对焊材的熟悉程度、现场作业环境以及效益等因素。铝镁合金焊接材料选用主要指填充焊丝、保护气体、钨极等的选用。针对常见的5052 材质的铝镁合金，焊接材料选用如下：  焊丝

铝镁合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外，按容器要求应使对接接头的抗拉强度、塑性达到规定要求，结合5052铝镁合金的机械性能，我们选用ER5356焊丝进行焊接。  保护气体

保护气体为氩气，采用的氩气纯度不得小于99.9％。

 钨极

由于铈钨极电子逸出功低，化学稳定性高，允许电流密度大，无放射性，是目前普遍采用的电极，因此我们选用铈钨极。 2) 坡口加工及型式

 坡口加工

采用机械方法和等离子切割两种方法加工坡口。机械加工可使用铣边机或电动圆盘锯，电圆锯易于操作，加工精度高、速度快，坡口成形规整美观。坡口加工后，必须除去表面的氧化层、熔渣及影响接头质量的表面层，并将凹凸不平处打磨平整，然后等待进行清理。  坡口形式

坡口形式根据设计图纸及规范要求，同时也考虑到便于现场施工，采用了以下坡口形式。图4.2.5-1为常用的坡口形式。

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4-6mm 750 内侧 4-5mm 150 2-3mm

4 焊接工艺参数

1.5-3mm 筒体坡口形式（14-24 mm）

750 4-6mm 700 150 4-6mm 仓顶与筒体焊缝坡口形式

750

1-2.5mm 500 500 0-2mm 筒体坡口坡口形式6-12mm

基础环与裙座角接焊缝坡口形式

图4.2.5-1 常见铝镁合金料仓焊接坡口形式

通过焊接工艺试验，选择合适的焊接工艺参数如表4.2.5-1，选用钨极直径4.0mm，喷嘴直径GTAWφ10-14mm，GMAWφ22mm。施焊焊工须是经过现场考试合格的持证焊工。

表4.2.5-1 焊接工艺参数

焊接方法 GTAW 焊丝直径 φ4.0 φ4.0 φ4.0 φ1.6 ／ φ1.6 极性 交流 交流 交流 反接 ／ 反接 焊接道数（层数） 1 2 3 正1 背1 正2 焊接电流 （A） 210-260 210-260 210-250 100-160 90-140 120-170 焊接速度（cm/min） 5-15 8-20 4-15 10-20 10-20 15-25 氩气流量（L/min） 10-20 30-50 10-20 30-50 GMAW＋GTAW 5 焊缝打磨 料仓内壁在焊接完毕后应用砂轮机进行打磨，至与母材平齐，然后用布砂轮进行抛光处理，并对有污物的表面化学清洗，用布砂轮进行抛光。

6 焊接操作要点

1) 两名焊工焊接速度要求一致，焊接参数相同，对应的焊枪在熔池里面摆动时，注意方向，否则焊缝成型不好。

2) 焊接时焊枪与铝镁合金板的夹角为70°~75°，电弧要求始终保持在熔池金属的前方。 3) 焊接时焊接顺序要求合理，焊缝的间隙不宜过小。弧坑填满和收弧时将电弧引开工件。 4) 焊前预热：较薄铝件一般不必预热，当环境温度低于5℃时，厚度10。m－15 mm时可进行焊前预热；根据不同类型的铝合金预热温度可为100℃－200℃，可用氧乙炔焰、电炉或喷灯等加热。

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7 焊接环境要求

5052铝镁合金焊接施工环境有下列任何一种情况时，必须采取有效措施，否则不得施焊。  风速大于 1.5m/s；  相对湿度大于 8 0％；  下雨下雪；

 环境温度低于5℃时； 4.2.6 吊装就位

1 根据料仓的重量及现场实际情况编制合理的吊装施工方案。

2 分段组对预制完毕后，利用大型吊车进行吊装就位，先吊装仓底段（包括裙座），待仓底段找正固定后再吊装筒体段，吊装用吊耳、平衡梁等索具要严格按吊装方案的要求制作和选择。吊装前对下段筒体进行必要的加固，利用内胀圈在内部胀紧。 5 材料与机具

表 5-1 材料与机具设备表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设备名称 半自动萨福焊机 钨极氩弧焊机 滚板机 剪板机 铣边机 刨边机 等离子切割机 电源锯 烘干箱 氩气 钨极焊枪 焊缝检测尺 角向磨光机 规格型号 SAFMIG480TRI PRESTOTIG300AC/DC W11-25×2500 Q11-30×2500 XBJ-6 B8109A YP-100PSHGZ ZYHC-100 DN150 用途 熔化极及钨极焊机 钨极焊机 预制 下料 加工坡口 加工坡口 下料 下料 6 质量控制 6.1质量标准

JB/T4734 《铝制焊接容器》

SH3513 《石油化工铝制料仓施工及验收规范》 6.2 预制质量控制

1) 仓体筒节、仓顶、仓底的拼板展开长度不小于500mm，宽度不小于300mm，锥体最小端长度除外。

2) 相邻筒节纵缝距离，仓顶、仓底锥体拼缝与相邻仓体之间距离，均不小于100mm 3) 仓顶板及仓底尺寸允许偏差见表6.2-1：

表6.2-1 料仓顶板及底版尺寸允许偏差表

项 目 允许偏差 7

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项 目 高 度 弦 长 对角线之差 允许偏差 ±1.0 ±1.0 ±2

4) 筒体、仓裙板的尺寸偏差见表6.2-2：

表6.2-2 料仓筒体及仓裙版尺寸允许偏差表

项 目 板 长 板 宽 对角线之差 直 线 度 长 边 短 边 允许偏差 ±1.5 ±1.0 2 2 1

5) 铝镁合金板表面不得用针划线、样冲打眼，用易擦洗的记号笔进行标记。

6) 加工和预制过程中应采取措施，防止板面划伤。必须将滚扳机的滚轴进行彻底的打磨，表面保证光滑。

7) 筒体及仓裙板滚前先进行预弯，并用弦长不小于250mm的样板检查弧度，其间隙不得大于1.5mm。

8) 滚压成形后的筒体、仓裙板、仓底板、仓顶板等，用弦长为1.5米的样板检查，间隙不大于3mm。

9) 加强圈、包边型铝预制后放在平台上检查平面度，其偏差不大于弦长的3‰，对接焊缝应打磨平整。 6.3 组装质量控制

6.3.1 分瓣分片到货仓顶、仓底和筒节，组装前应复验弧度，凡不符合要求的应进行修整，并应防止产生锤痕。

6.3.2 裙座组装应符合下列要求：

1) 底座环与仓裙的垂直度偏差不得大于底座外径的1/1000，且不得大于5mm。同轴度偏差不得大于3mm。

2) 裙座与筒体的同轴度偏差不得大于5mm。

6.3.3筒体的长度偏差不得大于设计长度的2/1000，且不得大于30mm，总长度偏差不得大于设计长度的3/1000，且不得大于40mm。

6.3.4 筒体的直线度L≤20M时，直线度≤2L/1000，且≤20mm。

6.3.5 掺混管应平行于仓体轴线或仓底母线，其偏差不大于管长度的1%，且不大于5mm。在仓底轴线上安装的混合器，其同轴度偏差不应大于混合器外径的1‰，且不大于5mm。 6.4 焊接质量控制

6.4.1 焊缝检验应符合SH3513-2000《石油化工铝制料仓施工及验收规范》的要求。

6.4.2 全部焊缝进行外观检验，焊逢表面质量应符合设计要求，设计无要求时执行下列规定： 6.4.3壳体内壁焊缝要求打磨与母材齐平或抛光的料仓，其对接接头焊缝表面质量应符合下列要求：

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表面不得有裂纹、气孔、夹渣和熔合性飞溅。咬边深度e1≤0.5mm，长度小于或等于焊缝总长的10%，且小于100mm。外焊缝余高e≤0.1b，且不大于3mm。内焊缝余高2mm。不允许有表面凹陷。（b1为焊缝宽度）。

6.4.4 焊缝的内部质量检验及合格标准应按设计要求进行。 7 安全措施

7.1 焊接前操作者对电路、设备进行检查，检查电路接地；设备运行是否正常。 7.2 焊接操作者必须穿戴工作服及防护面具，避免焊化飞溅烧伤。 7.3 使用角向砂轮打磨坡口时，必须佩戴面罩，以免面部受伤。 7.4 用电设备要有漏电保护器和装有可靠的接地。

7.5 焊接工作完成后，及时关闭设备电源，禁止用手触摸焊枪，以免烫伤。 7.6 氩气瓶与焊机摆放距离必须间隔3m。 8 环保措施

8.1施工作业现场材料摆放整齐有序，并经常在作业区及施工道路上洒水，防止尘土飞扬。 8.2定期检查车辆、设备、油罐等完好情况，以防泄漏污染环境。

8.3吊车占用或通过已建场区地坪及道路时要进行铺垫保护，以避免损坏地面。

8.4施工过程中的固体废弃物要每天回收，单独存放。普通工业垃圾和危险废弃物要分开存放，并与当地环保部门联系处理。

8.5对施工过程中车辆、空气压缩机、锤击、打砂轮等设备的噪声控制在75分贝以下。 9 效益分析

9.1 熔化极双面氩弧焊焊接产生的经济效益

9.1.1 提高焊接质量，过去单面焊接焊缝易产生气孔、裂纹，由于采取双面焊接焊缝表面没有发现气孔、裂纹，外观质量合格率达到100%。

9.1.2 焊缝无损检测一次合格率提高16%，以往施工的铝镁合金料仓的X射线检测检测合格率为80%，通过采取双面同步熔化极氩弧焊接和钨极氩弧焊接焊接，检测合格率为96%，双面同步熔化极氩弧焊接和钨极氩弧焊接在华北石化6万吨/年聚丙烯改造工程4台400m3铝镁合金料仓，制造中焊接外观检查依据SH3513-2000《石油化工铝制料仓施工及验收规范》施工标准检查外观合格率100%，焊缝无损检测射线探伤为焊缝长度1%，总计焊缝8.3m，拍片42张，一次合格40张，合格率为96%。大庆炼化的500m铝镁合金料仓2台，制造安装焊接外观检查合格率100%，焊缝无损检测超声波为焊缝长度15%，总计焊缝12.5m，一次合格率为100%。大连石化的600m铝镁合金料仓2台，制造安装焊接外观检查合格率100%，焊缝无损检测超声波为焊缝长度15%，总计焊缝15m，合格率为100%。 9.1.3 经济效益见表9.1.3-1

表9.1.3-1 华北石化4台 400m铝镁合金料仓经济效益测算表

序号 1 项目 料仓制造费用 数量（吨） 单价（元/吨） 总价（元） 1647448 3

3

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序号 1.1 1.2 1.3 1.4 2 3 项目 ALMg2材料费 C.S材料费 ALMg2材料设备制造费 C.S材料设备制造费 料仓安装费用 其它费用 数量（吨） 6.282（净重） 10.164（净重） 49.744 10.164 59.908 单价（元/吨） 104177 5500 17520 6454 5731 109020 总价（元） 654440 55902 871505 65601 343346 109020 2099814 合 计 9.1.4 提高工作效率，节省工期。双面焊接可以提高工效一倍，就400m3铝镁合金料仓焊接6名焊工需要工期45天，采取双面焊接实际工期30天，节省工期15天。 9.2采用计算机辅助排版获得的经济效益

提高工作效率，节省工期。过去在平台上放样下料，采取本工法铝镁合金料仓安装，华北石化、大庆炼化、大连石化电脑排板画图下料节省工期70天，节省劳动力3人/天，共计210人/天，缩短了预制时间，为以后的安装提供了充足的时间。 9.3 合理分段、模块化安装

对设备合理分段，进行模块化安装能够有效保证质量，节省工期。比分片安装的工期提高2倍。安装质量一次合格率为100%。 10 应用实例

本工法主要应用于：

华北石化6万吨/年聚丙烯改造工程4台400m铝镁合金料仓； 大庆石化的500m铝镁合金料仓2台； 大连石化的600m铝镁合金料仓2台；

以上设备制造中焊接外观检查依据SH3513-2000《石油化工铝制料仓施工及验收规范》，施工外观合格率100%，无损检测合格率96%以上，得到业主的一致好评。

实践证明，该工法对提高铝镁料仓的制作安装质量和劳动效率，降低施工成本起到了重要作用，具有先进性和可行性，有较高的推广价值。

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