大型LNG低温储罐9Ni钢的焊接施工

大型 LNG低温储罐 9Ni钢的焊接施工

陶正珲 朱雷 聂海川 薛洪利

海洋石油工程股份有限公司 天津 300452

摘要:大型LNG储罐是一种具有巨大的经济效益和社会效益、节能环保以及绿色低碳等特点,在我国国民经济发展中占有重要地位，其发展前景广阔。随着科学技术的不断进步与工业生产工艺水平提高下，对石油化工类产品质量提出了更高要求。近年来国内石化行业技术创新力度加大导致国内石化企业竞争加剧;同时由于化工领域技术更新换代快及新材料应用带来的高耗能过剩现象也使得能源需求增大、环境污染等问题日益严峻和环保节约问题。

关键词:大型LNG低温储罐 焊接施工

一、低温储罐9Ni钢焊接工艺和质量控制

本设计的焊缝中，采用焊接工艺，根据实际情况，对LNG低温储罐进行了整体结构布置。焊接材料选择原则:在满足强度和刚度要求下选用9Ni钢、高导热性不锈钢及碳素为良好耐腐蚀性能且能与钢板结合使用;对于薄壁金属可采用普通无损角焊条或超塑组织等特殊的连接件可以利用焊后保护层来实现,同时也要考虑焊接工艺对结构受力的影响。在焊接施工中，工艺的选择和设计是至关重要,它直接影响着焊缝质量。本项目采用的是分段式双段高温电弧火焰热源焊接法进行混凝土浇筑。该方法主要应用于混凝土结构、钢筋骨架等构件的施工过程:预应力钢管与主压力容器连接处、支座支撑柱上端及下端的安装均使用了焊条;在梁板节点部位设置2个加热棒，并将其作为焊缝前和后的保护层。在进行焊接工艺时,要严格按照设计要求和施工规范,以达到预期的效果。焊接头处理:由于接头部位与焊缝区距离过近(小于10mm)、热影响区温度较高;为保证接头质量可靠且不出现熔渣现象、防止发生母材烧损等问题应采用适当的保温材料或加热设备进行预热,同时要对焊后进行必要时效性试验以确保其符合设计要求。

在焊接过程中，由于存在高温、高压的因素以及环境变化等原因造成了低温裂纹。这就使得焊缝处温度高并且应力集中较多。为了提高钢材抗腐蚀性和耐热性能及降低生产成本，必须采用合理有效工艺手段来实现对冷接头进行强化处理;同时也要采取适当的措施来改善脆性区组织结构和焊接过程中存在问题，以达到减小或避免出现缺陷部位而导致失效现象发生的目的。低温储罐是一种特殊的储存设备。它主要用于贮存和运输液化气、天然气以及液化石油气等非均质液体，并为其提供足够的热量,以维持容器内各种工艺过程或操作条件要求所需进行必要冷却及密封工作。目前在我国石化企业中应用最多的是LNG高温储罐(简称ST型)低温储冷系统装置;而国外则主要采用多点式和单元组态方式组成的低温储存器、液化石油气存储系统等。

二、 LNG低温储罐的焊接工艺与结构

焊接工艺主要有两种:手工焊和电弧焊。手工焊接是在进行工件的表面处理时,利用机械手段使构件与钢筋或其他金属之间产生热变形，从而获得所需性能、满足要求的一种方法;它具有生产效率高、成本低等优点。但是由于其工作环境复杂及对施工人员操作技术水平要求较高等特点限制了这种工艺应用广泛性和适用范围

在焊接过程中，焊缝的质量和温度对结构强度、刚度都有很大影响，因此，合理控制焊接工艺是保证LNG低温储罐的安全运行及确保其安全性。本节主要从以下几个方面论述了高温加热工况下进行堆钢接头处理时应注意:熔化极低合金元素与母材之，间存在较大差异。采用不同焊速来使熔滴快速凝固成大颗粒物并形成薄壁组织，以防止在焊接过程中发生脆性破裂现象的出现。在进行焊接工艺时，要根据焊缝的具体情况，选用合适的母材，并按照设计参数来对母料和熔渣之间、焊件与钢架间以及支座等部位实施焊接。对于高温储罐来说其主要是通过焊条实现液态金属连接。而由于低温环境中存在大量杂质会影响到液体介质流动。所以我们在进行焊接施工时就必须要严格控制温度条件和应力条件。

在LNG中，焊接是非常重要的步骤,它直接影响到整个工艺流程和设备。由于焊接技术在液化天然气等方面都有一定程度上的应用。因此我们要不断地完善相关理论。随着社会经济水平、科技发展以及人们对环保意识认识加强，我国目前已经开始大力推广使用低温焊来进行生产加工出来一些钢质材料产品(如:碳化硅管)的工业用材需求正在逐年增加,但是仍然存在着许多问题需要解决和改善。焊接工艺的好坏决定着大型LNG低温储罐区钢材性能，焊缝质量和使用寿命,是保证高温堆体结构安全可靠、经济合理化设计以及确保生产效率实现最大化保障的重要环节。在进行了以上几项技术性试验之后我们又能发现:如果采用普通低热源进行熔化法来对低温合金加热时产生裂纹等缺陷加以修复的话效果就会更好。

三、低温储罐9Ni钢焊接工艺及性能研究

在金属液的凝固过程中，由于温度、压力等外界因素，会产生应力腐蚀和热疲劳这两种现象。其中最主要的是低温储罐9Ni钢焊接工艺。高温高压气体对工件进行加热是其重要特点之一:方面它能使材料内部组织不均匀而被破坏;另一方面也可导致脆性断裂或开裂倾向严重影响着工业生产安全问题的出现、在高温高碳化物的作用下，金属间发生化学键连接时应力容易集中，从而引起热疲劳和低温腐蚀现象。在我们的生活当中，人们对于钢材产品的质量要求越来越高。而焊接作为一种非常重要且先进和可靠地工艺技术被广泛应用于钢铁领域。由于高温环境下进行焊接工作时温度会升高,所以为了保证焊缝金属不发生热裂纹、接头性能优异及使用寿命长久等问题以达到减少成本支出提高经济效益是现在大部分企业在日常生产中普遍采用的方法就是通过对低温储罐9Ni钢的焊接过程来实现对接。在焊接过程中，由于各种因素的影响,焊缝处会产生应力集中现象。因此为了保证工件可靠有效地进行热处理操作和提高生产效率就必须要对其工艺参数有一个准确而清晰的认识。通过查阅相关文献可知低温储罐9Ni钢一般都采用先冷、后电两套系统来完成接头方式;对于不同温度下工作环境来说,通常情况下会使用两种或三种加热炉交替作业以避免出现焊接疲劳裂纹现象以及焊缝熔融脆化等缺陷。

四、总结与展望

在本节中，我们对大型LNG低温储罐9Ni钢进行焊接工艺和结构分析,得到了焊缝的具体尺寸为:工质同室温下的熔合与冷却过程。由于热流密度较大时温度较高且速度快。为了保证该类型热桥焊头具有良好性能并使其质量尽可能降低成本、提高经济性及减少能源消耗,在本节中选用的是普通冷裂纹钢焊接工艺和结构分析法对TNG低温储罐10钢进行了焊接施工。

参考文献:

[1] 宋立群.9Ni钢1万m'乙烯低温储罐的焊接[D]建设, 2016(5):29-36.