水下焊接技術(shù)在低壓濕式儲(chǔ)氣罐維修的應(yīng)用

摘 要

摘要：論述了將水下焊接與切割技術(shù)引進(jìn)到儲(chǔ)氣罐水槽內(nèi)進(jìn)行水下補(bǔ)漏的施工方案、實(shí)施步驟，運(yùn)行實(shí)踐表明效果良好。關(guān)鍵詞：低壓濕式儲(chǔ)氣罐；潛水焊接；水下焊接；水下切割A(yù)pplication of
摘要：論述了將水下焊接與切割技術(shù)引進(jìn)到儲(chǔ)氣罐水槽內(nèi)進(jìn)行水下補(bǔ)漏的施工方案、實(shí)施步驟，運(yùn)行實(shí)踐表明效果良好。
關(guān)鍵詞：低壓濕式儲(chǔ)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(shù)原用于船舶制造業(yè)，是水下工程結(jié)構(gòu)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(shè)施的施工。20世紀(jì)70年代，水下修理的活動(dòng)大量增加，使得水下焊接技術(shù)日趨成熟，并在諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。
   2005年，太原市煤氣公司主氣源廠儲(chǔ)配站與另一儲(chǔ)配站的儲(chǔ)氣罐塔節(jié)水封相繼發(fā)生裂紋，形成內(nèi)部滲漏，導(dǎo)致水封失效，造成儲(chǔ)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(shù)論證選擇了將水下焊接與切割技術(shù)引進(jìn)到儲(chǔ)氣罐水槽內(nèi)進(jìn)行水下焊接補(bǔ)漏，取得成功。通過幾年來的運(yùn)行觀察，效果很好。
2 問題的提出與實(shí)施方案的出臺(tái)
   ① 問題的提出
   太原市煤氣公司主氣源廠焦化儲(chǔ)配站和程家村儲(chǔ)配站均于20世紀(jì)80年代初建成投運(yùn)，兩站設(shè)有54000m3低壓濕式螺旋儲(chǔ)氣罐共5座，其中焦化儲(chǔ)配站設(shè)有2座，程家村儲(chǔ)配站設(shè)有3座，已運(yùn)行20余載。焦化儲(chǔ)配站2號(hào)儲(chǔ)氣罐與程家村儲(chǔ)配站3號(hào)儲(chǔ)氣罐自投用以來，只對(duì)外壁進(jìn)行過防腐處理和各塔壁板零散漏點(diǎn)的補(bǔ)焊，未進(jìn)行過開罐檢修。2004年，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)程家村儲(chǔ)配站3號(hào)儲(chǔ)氣罐三塔下掛圈內(nèi)壁漏水；2005年8月，又發(fā)現(xiàn)焦化儲(chǔ)配站2號(hào)儲(chǔ)氣罐二塔下掛圈內(nèi)壁漏水。塔節(jié)水封漏點(diǎn)部位見圖1。

　　因漏氣點(diǎn)在各塔節(jié)水封內(nèi)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(shí)補(bǔ)水、加強(qiáng)巡視的辦法維持儲(chǔ)氣罐運(yùn)行，然而難以保證措施的連續(xù)、穩(wěn)定和安全。由于塔節(jié)水封中水流失較快，進(jìn)而致使塔節(jié)水封失效，儲(chǔ)氣罐數(shù)次跌落，無法安全正常運(yùn)行，只能降低儲(chǔ)氣罐高度勉強(qiáng)使用。當(dāng)時(shí)曾考慮安排開罐大修，因種種原因未能實(shí)施。
    由于氣源緊張，調(diào)峰設(shè)備有限，加之北方嚴(yán)冬季節(jié)高峰時(shí)段長，傳統(tǒng)節(jié)日用氣峰值高，儲(chǔ)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(wěn)定供氣的大事，塔節(jié)水封補(bǔ)焊問題被列入重要議事日程。公司為此多次組織專題會(huì)議，研究能否尋找一種既能對(duì)漏點(diǎn)補(bǔ)修，又能避免長工期施工、大資金運(yùn)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(chǔ)氣罐的底部是一個(gè)直徑為46m、高約10m的水槽，內(nèi)裝16000t水，上部各塔節(jié)隨儲(chǔ)存氣量的多少，從水槽中升起或落下。傳統(tǒng)的大修程序是：置換儲(chǔ)氣罐→排放水槽中的水→開孔進(jìn)入罐內(nèi)→清污→查清情況→決定具體施工方案→開始施工→焊接作業(yè)→防腐處理→注水→置換試運(yùn)行→交付使用。整個(gè)流程即使順利實(shí)施，也至少需要3個(gè)月。當(dāng)時(shí)，時(shí)值九月中旬，冬季用氣高峰很快逼近，時(shí)間根本來不及，而且落實(shí)兩座儲(chǔ)氣罐的大修資金也有困難。經(jīng)反復(fù)討論，我們提出一個(gè)大膽的設(shè)想：在保證安全的前提下，若將水下焊接與切割技術(shù)引進(jìn)到儲(chǔ)氣罐水槽內(nèi)進(jìn)行水下作業(yè)，將可大大節(jié)省開罐檢修前后所需的準(zhǔn)備時(shí)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(shè)備簡單、成本低、操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，也可節(jié)省工程費(fèi)用。如果能潛水進(jìn)入儲(chǔ)氣罐水槽，從儲(chǔ)氣罐內(nèi)部進(jìn)行水下焊接，一系列問題就可望得到解決。
    為此，我們?cè)敿?xì)研究了儲(chǔ)氣罐的結(jié)構(gòu)圖紙，并通過網(wǎng)上查詢了解有關(guān)技術(shù)資料，就水下焊接的安全性及技術(shù)問題，多次同專業(yè)的潛水服務(wù)公司溝通和現(xiàn)場(chǎng)考察，初步取得了“可以將水下切割焊接技術(shù)引入儲(chǔ)氣罐補(bǔ)焊”的一致意見。
    水中焊接采用水下濕法焊條電弧焊技術(shù)進(jìn)行，不必人為地將焊接區(qū)周圍的水排開。從技術(shù)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(fù)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(shí)焊條上的涂料形成套筒使氣泡穩(wěn)定存在，因而使電弧穩(wěn)定。要使焊條在水下穩(wěn)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(zhì)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(wěn)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(shù)是成熟的。更應(yīng)注意水下焊接作業(yè)方面的安全問題，必須充分做好大量的準(zhǔn)備工作，主要包括以下9個(gè)方面。
    a. 水下作業(yè)人員要熟悉儲(chǔ)氣罐圖紙，了解儲(chǔ)氣罐水槽作業(yè)區(qū)水深、水溫等環(huán)境情況。
    b. 水下焊接前應(yīng)查明被焊件的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，弄清作業(yè)地點(diǎn)是否存有易燃、易爆和有毒物質(zhì)；
    c. 在下潛前，應(yīng)對(duì)焊、割設(shè)備及工具、潛水裝具、供氣管、電纜、通信聯(lián)絡(luò)工具等的絕緣、水密、工藝性能進(jìn)行檢查試驗(yàn)。
    d. 入水下潛后，應(yīng)及時(shí)整理好供氣管、電纜和信號(hào)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(yè)，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(yīng)對(duì)作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行安全處
理，水下焊割時(shí)不得懸浮在水中作業(yè)。
    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(dāng)一切準(zhǔn)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(yè)。
    g. 水下焊接與切割作業(yè)必須由經(jīng)過專門培訓(xùn)并持有此類操作許可證的人員進(jìn)行。
    h. 要采取有效的防觸電安全措施。
    i. 配合作業(yè)的煤氣公司指揮人員、管理和安全監(jiān)護(hù)人員及儲(chǔ)配站運(yùn)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(yè)人員進(jìn)入儲(chǔ)罐的方法
    作業(yè)人員怎樣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐是一個(gè)實(shí)際問題。經(jīng)過與施工單位共同查看圖紙與現(xiàn)場(chǎng)，水槽與一塔之間空隙最大處有500mm寬，但一塔下掛圈外側(cè)距水槽板內(nèi)側(cè)僅有380mm的距離，作業(yè)人員不可能從一塔下掛圈底下進(jìn)入罐內(nèi)(雖然身材瘦小一些的潛水員可穿越，但潛水頭盔進(jìn)不去)，只可以利用水槽與一塔間500mm的環(huán)形空間，下潛到儲(chǔ)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(cè)身切割直徑為800mm的人孔后進(jìn)入。該儲(chǔ)氣罐在當(dāng)初建造時(shí)，為防止機(jī)電設(shè)備失靈或人為誤操作，造成儲(chǔ)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(fù)。潛水示意見圖2，圖中數(shù)值單位為mm。
 

   與此同時(shí)，煤氣公司運(yùn)行人員配合升起二、三、四塔，升至28m高度(本文所指高度為儲(chǔ)氣罐塔節(jié)外部所標(biāo)的標(biāo)尺高度，未包括水槽高度)，待作業(yè)人員進(jìn)入水槽內(nèi)部后，再將儲(chǔ)氣罐降至18.5m高度，此時(shí)正是三塔距水槽底部1m左右的距離，利于作業(yè)人員進(jìn)行補(bǔ)焊作業(yè)。
3 水下焊接作業(yè)前的準(zhǔn)備
   ① 參與此項(xiàng)目的煤氣公司配合人員與施工單位水下作業(yè)所有人員熟悉現(xiàn)場(chǎng)，研讀分析5.4×104m3儲(chǔ)氣罐圖紙，了解施工作業(yè)環(huán)境和程序。
   ② 落實(shí)關(guān)鍵崗位施工單位人員配備：參與水下施工項(xiàng)目的5人均持有潛水證，其中，1人在外部負(fù)責(zé)水下施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)指揮；1人持有水下焊接證書，實(shí)施水下焊接；1人在水下負(fù)責(zé)作業(yè)安全監(jiān)護(hù)；1人在外部負(fù)責(zé)同進(jìn)入儲(chǔ)氣罐人員進(jìn)行通信聯(lián)系；1人在外部配合，并做記錄。
   ③ 水下作業(yè)設(shè)備配置：空壓機(jī)1臺(tái)，過濾器1部，潛水設(shè)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(jī)1臺(tái)，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(jī)1套，水下照相機(jī)1部，搶修車1臺(tái)。
    ④ 儲(chǔ)氣罐升降與作業(yè)配合：由煤氣公司現(xiàn)場(chǎng)總指揮部發(fā)布指令，儲(chǔ)配站運(yùn)行人員負(fù)責(zé)操作儲(chǔ)氣罐升降。為保證潛水作業(yè)人員在情況需要時(shí)能及時(shí)退出，儲(chǔ)氣罐由28m降至18.5m、或從18.5m升至28m的整個(gè)過程不得超過1h(二、三、四塔升起時(shí)28m，利于施焊人員進(jìn)入或退出儲(chǔ)氣罐；降至18.5m時(shí)，三塔下掛圈距水槽底部1m左右，正好施焊)，潛水員每次作業(yè)時(shí)間不超過2h。如在控制時(shí)間內(nèi)不能完成，可分成2次或3次作業(yè)。
4 水下焊接維修的實(shí)施
    2005年9月27日上午，我們對(duì)程家村儲(chǔ)配站3號(hào)儲(chǔ)氣罐實(shí)施水下作業(yè)方案。煤氣公司負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)總體組織、儲(chǔ)氣罐升降控制及相應(yīng)的安全監(jiān)護(hù)；施工作業(yè)方負(fù)責(zé)一切水下作業(yè)的技術(shù)準(zhǔn)備、施焊作業(yè)及自身安全保障措施。作業(yè)按以下程序?qū)嵤?/span>
   ① 檢查尋找漏點(diǎn)
   將儲(chǔ)氣罐升至28m，潛水員及設(shè)備到達(dá)預(yù)定位置——平時(shí)觀測(cè)到的漏點(diǎn)范圍區(qū)內(nèi)，記錄員開始記時(shí)。
    施焊作業(yè)的潛水員1名，從水槽與一塔間下水潛入水槽內(nèi)的漏點(diǎn)處(據(jù)初步觀測(cè)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(shè)施、供氣管等設(shè)備從工作孔送入儲(chǔ)氣罐內(nèi)。須注意相關(guān)線纜要放在水槽底部墊梁之間，防止塔節(jié)落底時(shí)擠壓破壞。之后降下三塔，儲(chǔ)氣罐高度至18.5m時(shí)，外面指揮人員通過潛水電話與罐內(nèi)潛水員對(duì)話，開始檢查尋找漏點(diǎn)。當(dāng)確認(rèn)找到漏點(diǎn)(現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)約100mm長腐蝕裂縫)時(shí)，在漏點(diǎn)處做好標(biāo)記，進(jìn)行水下攝像、照相(由于施工擾動(dòng)，水質(zhì)渾濁不清，故停頓5min左右，再進(jìn)行攝像、照相)。漏點(diǎn)確定后，罐內(nèi)水下作業(yè)人員通過潛水電話通知外部配合人員，升起儲(chǔ)氣罐至28m高度，潛水員按進(jìn)罐路線返回，即從一塔開孔處退出并出水，記錄人員計(jì)時(shí)。
   ② 確定修補(bǔ)方案
   根據(jù)泄漏點(diǎn)狀況，確定焊補(bǔ)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(chǔ)氣罐升、降配合，再次進(jìn)入儲(chǔ)氣罐水槽中進(jìn)行水下焊接。
    ③ 焊補(bǔ)
    潛水施焊人員潛入儲(chǔ)氣罐水槽后，塔節(jié)高度降至18.5m左右，水下作業(yè)開始，采用水下濕法焊條電弧焊技術(shù)，在水下直接施焊。此間嚴(yán)禁施焊人員在任何時(shí)間浮出水面操作，避免接觸煤氣而發(fā)生意外，并嚴(yán)格按照確定的水下修補(bǔ)作業(yè)方案進(jìn)行操作，見圖3。焊前按水下作業(yè)要求將施焊處清理干凈，焊補(bǔ)完畢后對(duì)焊縫處進(jìn)行水下攝像、照相，確認(rèn)水中作業(yè)情況與焊接質(zhì)量，留下資料存檔。水下作業(yè)程序完成后，水下施焊人員通知外部配合人員，儲(chǔ)氣罐升起至28m，罐內(nèi)作業(yè)人員按進(jìn)罐路線返出人孔、出水。整個(gè)過程總體控制在4h內(nèi)，包括儲(chǔ)氣罐升降2h，以及作業(yè)人員每次水下工作時(shí)間2h。
 

   ④ 補(bǔ)焊質(zhì)量檢查
   根據(jù)水下攝像、照相資料判斷焊補(bǔ)質(zhì)量，要求焊縫基本平整，不得有斷焊。水下作業(yè)人員按進(jìn)入罐中的路線返出儲(chǔ)氣罐后，保持儲(chǔ)氣罐塔節(jié)升起狀態(tài)，雙方人員在外部觀測(cè)檢查，施焊處無氣泡、泄漏跡象為合格，第一處水下焊補(bǔ)作業(yè)完畢。
    隨后兩天，在焦化儲(chǔ)配站，以類似程序?qū)?號(hào)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行了第2例焊補(bǔ)作業(yè)。
5 結(jié)語
    程家村儲(chǔ)配站3號(hào)儲(chǔ)氣罐及焦化儲(chǔ)配站2號(hào)儲(chǔ)氣罐下掛圈內(nèi)漏點(diǎn)的水下焊補(bǔ)，從2005年9月27日至30日，歷時(shí)4d，2處作業(yè)，工程費(fèi)用僅用了32×104元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常開罐檢修所需資金。引進(jìn)水下焊接技術(shù)施焊的兩座儲(chǔ)氣罐使用至今，焊補(bǔ)之處再未發(fā)現(xiàn)泄漏，保證了儲(chǔ)氣罐的安全運(yùn)行和冬季高峰的穩(wěn)定供氣。
 
(本文作者：王衛(wèi) 侯紅 太原市煤氣公司 山西太原 030024)