水下焊接技術在低壓濕式儲氣罐維修的應用

摘 要

摘要：論述了將水下焊接與切割技術引進到儲氣罐水槽內進行水下補漏的施工方案、實施步驟，運行實踐表明效果良好。關鍵詞：低壓濕式儲氣罐；潛水焊接；水下焊接；水下切割Application of
摘要：論述了將水下焊接與切割技術引進到儲氣罐水槽內進行水下補漏的施工方案、實施步驟，運行實踐表明效果良好。
關鍵詞：低壓濕式儲氣罐；潛水焊接；水下焊接；水下切割
Application of Underwater Welding Technology to Repair of Low Pressure Water-sealed Gasholder
WANG Wei，HOU Hong
Abstract：The construction scheme and implementation procedures for applying underwater welding and cutting technology to repair of water tank of water-sealed gasholder are described.The operation practice shows that the effect is excellent.
Key words：low pressure water-sealed gasholder；submerged welding；underwater welding；underwater cutting
1 概述
   水下焊接與切割技術原用于船舶制造業，是水下工程結構安裝、維修中不可缺少的重要工藝手段，常用于海上救撈、海洋采礦等海洋工程和大型水下設施的施工。20世紀70年代，水下修理的活動大量增加，使得水下焊接技術日趨成熟，并在諸多領域中得到廣泛應用。
   2005年，太原市煤氣公司主氣源廠儲配站與另一儲配站的儲氣罐塔節水封相繼發生裂紋，形成內部滲漏，導致水封失效，造成儲氣罐急速下降事故。在工期緊迫、資金緊張的情況下，通過技術論證選擇了將水下焊接與切割技術引進到儲氣罐水槽內進行水下焊接補漏，取得成功。通過幾年來的運行觀察，效果很好。
2 問題的提出與實施方案的出臺
   ① 問題的提出
   太原市煤氣公司主氣源廠焦化儲配站和程家村儲配站均于20世紀80年代初建成投運，兩站設有54000m3低壓濕式螺旋儲氣罐共5座，其中焦化儲配站設有2座，程家村儲配站設有3座，已運行20余載。焦化儲配站2號儲氣罐與程家村儲配站3號儲氣罐自投用以來，只對外壁進行過防腐處理和各塔壁板零散漏點的補焊，未進行過開罐檢修。2004年，運行人員發現程家村儲配站3號儲氣罐三塔下掛圈內壁漏水；2005年8月，又發現焦化儲配站2號儲氣罐二塔下掛圈內壁漏水。塔節水封漏點部位見圖1。

　　因漏氣點在各塔節水封內壁，浸在水中，而外部沒有可供操作的空間，無法施焊，只能采取臨時補水、加強巡視的辦法維持儲氣罐運行，然而難以保證措施的連續、穩定和安全。由于塔節水封中水流失較快，進而致使塔節水封失效，儲氣罐數次跌落，無法安全正常運行，只能降低儲氣罐高度勉強使用。當時曾考慮安排開罐大修，因種種原因未能實施。
    由于氣源緊張，調峰設備有限，加之北方嚴冬季節高峰時段長，傳統節日用氣峰值高，儲氣罐能否正常使用直接涉及到確保太原市冬季高峰安全穩定供氣的大事，塔節水封補焊問題被列入重要議事日程。公司為此多次組織專題會議，研究能否尋找一種既能對漏點補修，又能避免長工期施工、大資金運作的較為合理的辦法。
   ② 水下焊接方案的確定
   該低壓濕式儲氣罐的底部是一個直徑為46m、高約10m的水槽，內裝16000t水，上部各塔節隨儲存氣量的多少，從水槽中升起或落下。傳統的大修程序是：置換儲氣罐→排放水槽中的水→開孔進入罐內→清污→查清情況→決定具體施工方案→開始施工→焊接作業→防腐處理→注水→置換試運行→交付使用。整個流程即使順利實施，也至少需要3個月。當時，時值九月中旬，冬季用氣高峰很快逼近，時間根本來不及，而且落實兩座儲氣罐的大修資金也有困難。經反復討論，我們提出一個大膽的設想：在保證安全的前提下，若將水下焊接與切割技術引進到儲氣罐水槽內進行水下作業，將可大大節省開罐檢修前后所需的準備時間，縮短施工期，以滿足冬季供氣的迫切需要；且水下焊接具有設備簡單、成本低、操作靈活、適應性強等優點，也可節省工程費用。如果能潛水進入儲氣罐水槽，從儲氣罐內部進行水下焊接，一系列問題就可望得到解決。
    為此，我們詳細研究了儲氣罐的結構圖紙，并通過網上查詢了解有關技術資料，就水下焊接的安全性及技術問題，多次同專業的潛水服務公司溝通和現場考察，初步取得了“可以將水下切割焊接技術引入儲氣罐補焊”的一致意見。
    水中焊接采用水下濕法焊條電弧焊技術進行，不必人為地將焊接區周圍的水排開。從技術操作層面講，水下焊接由于水的存在，使焊接過程變得更加復雜。電弧在水下燃燒與埋弧焊相似，是在氣泡中燃燒的。焊條燃燒時焊條上的涂料形成套筒使氣泡穩定存在，因而使電弧穩定。要使焊條在水下穩定燃燒，必須在焊條芯上涂一層一定厚度的涂藥，并用石蠟或其他防水物質浸漬的方法，使焊條具有防水性。為克服水的冷卻和壓力作用造成的引弧及穩弧困難，其引弧電壓要高于大氣中的引弧電壓，其電流比大氣中焊接電流大15%～20%。在目前，水下濕法焊條電弧焊技術是成熟的。更應注意水下焊接作業方面的安全問題，必須充分做好大量的準備工作，主要包括以下9個方面。
    a. 水下作業人員要熟悉儲氣罐圖紙，了解儲氣罐水槽作業區水深、水溫等環境情況。
    b. 水下焊接前應查明被焊件的性質和結構特點，弄清作業地點是否存有易燃、易爆和有毒物質；
    c. 在下潛前，應對焊、割設備及工具、潛水裝具、供氣管、電纜、通信聯絡工具等的絕緣、水密、工藝性能進行檢查試驗。
    d. 入水下潛后，應及時整理好供氣管、電纜和信號繩等，使其處于安全位置，以免損壞；操作人員只能在水下作業，不得浮出水槽水面，防止吸入有毒氣體。
    e. 操作前，施焊人員應對作業地點進行安全處
理，水下焊割時不得懸浮在水中作業。
    f. 潛水焊割人員與外面支持人員之間要配備專用通信裝置，保持通信暢通。當一切準備工作就緒，在取得支持人員同意后，焊割人員方可開始作業。
    g. 水下焊接與切割作業必須由經過專門培訓并持有此類操作許可證的人員進行。
    h. 要采取有效的防觸電安全措施。
    i. 配合作業的煤氣公司指揮人員、管理和安全監護人員及儲配站運行工，要熟悉水下焊接的基本程序和工藝要求。
    ③ 水下焊接作業人員進入儲罐的方法
    作業人員怎樣進入儲氣罐是一個實際問題。經過與施工單位共同查看圖紙與現場，水槽與一塔之間空隙最大處有500mm寬，但一塔下掛圈外側距水槽板內側僅有380mm的距離，作業人員不可能從一塔下掛圈底下進入罐內(雖然身材瘦小一些的潛水員可穿越，但潛水頭盔進不去)，只可以利用水槽與一塔間500mm的環形空間，下潛到儲氣罐水槽下部，在一塔壁板距底部3.5m處，操作人員固定位置，側身切割直徑為800mm的人孔后進入。該儲氣罐在當初建造時，為防止機電設備失靈或人為誤操作，造成儲氣罐冒頂、傾斜，形成卡罐，曾在一塔壁板距底部3.5m處開有3處矩形安全放散孔，在一塔圓周上均布，孔的長、高分別為3000、300mm。故此次開人孔后將切割下的鋼板取到罐外，無須再恢復。潛水示意見圖2，圖中數值單位為mm。
 

   與此同時，煤氣公司運行人員配合升起二、三、四塔，升至28m高度(本文所指高度為儲氣罐塔節外部所標的標尺高度，未包括水槽高度)，待作業人員進入水槽內部后，再將儲氣罐降至18.5m高度，此時正是三塔距水槽底部1m左右的距離，利于作業人員進行補焊作業。
3 水下焊接作業前的準備
   ① 參與此項目的煤氣公司配合人員與施工單位水下作業所有人員熟悉現場，研讀分析5.4×104m3儲氣罐圖紙，了解施工作業環境和程序。
   ② 落實關鍵崗位施工單位人員配備：參與水下施工項目的5人均持有潛水證，其中，1人在外部負責水下施工作業現場指揮；1人持有水下焊接證書，實施水下焊接；1人在水下負責作業安全監護；1人在外部負責同進入儲氣罐人員進行通信聯系；1人在外部配合，并做記錄。
   ③ 水下作業設備配置：空壓機1臺，過濾器1部，潛水設備1套(MZ-300)，潛水電話2部，潛水服3套(其中1套備用)，腳蹼3副，潛襪3副，壓鉛3副，過橋(連接軟管)1套，氧氣瓶組1套(可保證潛水員在水下使用5h)，直流電焊機1臺，水下焊槍2副，焊槍連接線30m，地線15m，水下特種焊條1包，水下錄像機1套，水下照相機1部，搶修車1臺。
    ④ 儲氣罐升降與作業配合：由煤氣公司現場總指揮部發布指令，儲配站運行人員負責操作儲氣罐升降。為保證潛水作業人員在情況需要時能及時退出，儲氣罐由28m降至18.5m、或從18.5m升至28m的整個過程不得超過1h(二、三、四塔升起時28m，利于施焊人員進入或退出儲氣罐；降至18.5m時，三塔下掛圈距水槽底部1m左右，正好施焊)，潛水員每次作業時間不超過2h。如在控制時間內不能完成，可分成2次或3次作業。
4 水下焊接維修的實施
    2005年9月27日上午，我們對程家村儲配站3號儲氣罐實施水下作業方案。煤氣公司負責現場總體組織、儲氣罐升降控制及相應的安全監護；施工作業方負責一切水下作業的技術準備、施焊作業及自身安全保障措施。作業按以下程序實施。
   ① 檢查尋找漏點
   將儲氣罐升至28m，潛水員及設備到達預定位置——平時觀測到的漏點范圍區內，記錄員開始記時。
    施焊作業的潛水員1名，從水槽與一塔間下水潛入水槽內的漏點處(據初步觀測判斷確定)。潛水員在一塔壁板上距下掛圈3.5m處切割工作人孔(直徑約800mm)，然后將潛水附屬設施、供氣管等設備從工作孔送入儲氣罐內。須注意相關線纜要放在水槽底部墊梁之間，防止塔節落底時擠壓破壞。之后降下三塔，儲氣罐高度至18.5m時，外面指揮人員通過潛水電話與罐內潛水員對話，開始檢查尋找漏點。當確認找到漏點(現場發現約100mm長腐蝕裂縫)時，在漏點處做好標記，進行水下攝像、照相(由于施工擾動，水質渾濁不清，故停頓5min左右，再進行攝像、照相)。漏點確定后，罐內水下作業人員通過潛水電話通知外部配合人員，升起儲氣罐至28m高度，潛水員按進罐路線返回，即從一塔開孔處退出并出水，記錄人員計時。
   ② 確定修補方案
   根據泄漏點狀況，確定焊補200mm×150mm鋼板(厚度為6mm)堵住裂縫。由水下施焊潛水員攜帶材料、工具，按方案程序，儲氣罐升、降配合，再次進入儲氣罐水槽中進行水下焊接。
    ③ 焊補
    潛水施焊人員潛入儲氣罐水槽后，塔節高度降至18.5m左右，水下作業開始，采用水下濕法焊條電弧焊技術，在水下直接施焊。此間嚴禁施焊人員在任何時間浮出水面操作，避免接觸煤氣而發生意外，并嚴格按照確定的水下修補作業方案進行操作，見圖3。焊前按水下作業要求將施焊處清理干凈，焊補完畢后對焊縫處進行水下攝像、照相，確認水中作業情況與焊接質量，留下資料存檔。水下作業程序完成后，水下施焊人員通知外部配合人員，儲氣罐升起至28m，罐內作業人員按進罐路線返出人孔、出水。整個過程總體控制在4h內，包括儲氣罐升降2h，以及作業人員每次水下工作時間2h。
 

   ④ 補焊質量檢查
   根據水下攝像、照相資料判斷焊補質量，要求焊縫基本平整，不得有斷焊。水下作業人員按進入罐中的路線返出儲氣罐后，保持儲氣罐塔節升起狀態，雙方人員在外部觀測檢查，施焊處無氣泡、泄漏跡象為合格，第一處水下焊補作業完畢。
    隨后兩天，在焦化儲配站，以類似程序對2號儲氣罐進行了第2例焊補作業。
5 結語
    程家村儲配站3號儲氣罐及焦化儲配站2號儲氣罐下掛圈內漏點的水下焊補，從2005年9月27日至30日，歷時4d，2處作業，工程費用僅用了32×104元，遠遠低于正常開罐檢修所需資金。引進水下焊接技術施焊的兩座儲氣罐使用至今，焊補之處再未發現泄漏，保證了儲氣罐的安全運行和冬季高峰的穩定供氣。
 
(本文作者：王衛 侯紅 太原市煤氣公司 山西太原 030024)