LNG储罐建设9%镍钢板施工工艺的技术难点及应对策略

LNG储罐建设9%镍钢板施工工艺的技术难点及应对策略

李阳阳1 李佳洪1 陈泽彬2

1.国家石油天然气管网集团有限公司建设项目管理分公司 065000 

2.国家管网集团液化天然气接收站管理分公司 300450

摘要：LNG储罐的内罐在进行焊接时需要对不同壁厚的 9%镍钢板进行环缝焊接试验，通过观察焊缝的成形状态，再使用无损检测与理化性能分析等实验对焊缝的质量进行分析，但是从现有LNG储罐建设9%镍钢板施工工艺的使用情况来看，在进行焊接工作时，极易出现焊缝质量不达标等问题，如何保证焊缝的成型，确保各钢板之间的街头性能至关重要。基于此，本文对9%镍钢板施工的工艺技术难点进行了介绍并给出了相应的措施，旨在提高我国LNG储罐建设的质量与效率。

关键词：LNG储罐； 9%镍钢板；施工工艺；技术难点；应对策略

引言：液化天然气作为我国使用普遍的一种液体燃料，其在我国的发电以及用车领域都有非常广泛的应用。随着我国能源经济发展水平的不断提高，对LNG接收站的建设速度也在不断加快，LNG储罐是接收站建设中非常重要的一个环节。对LNG储罐来说，9%镍钢板具有低温韧性好、热膨胀系数高和强度高等特点成为LNG内罐建造的主要材料之一，但是在使用9%镍钢板时，需要注重其焊接工艺的应用。

1.LNG储罐建设中钢板施工工艺的应用现状

目前，我国LNG储罐内罐在进行环缝的焊接工作时，主要存在以下几方面的问题。一是盖面的余高较大，在清根打磨工作时容易浪费焊材。二是在进行焊接工作时极易造成粉尘污染。三是由于工人的操作技能水平存在差异，这就导致在焊接过程时会出现夹碳、粘渣等问题影响焊缝的质量。为了顺应国家低碳环保的理念，提高9%镍钢板的焊接质量，对焊接工艺中的难点进行分析并给出针对性的措施必不可少。

2.9%镍钢板焊接技术的难点

2.1焊接难度较大

9%镍钢板在焊接过程中的难点之一便是镍元素的添加，会使钢板的熔点降低，这就使得焊接工人在进行焊接工作时，必须要对热量的输入进行控制，避免因为钢板温度过高而导致热影响区晶粒的生长，因为晶粒的生长会大大影响焊缝的力学性能，使得钢板的受力性能变差。其次，9%镍钢板在焊接过程中容易发现气孔现象，出现气孔的原因主要是镍元素在较高的温度下会与氢气反应生成氢化物，而当焊接温度降低时，氢化物又会释放出氢气，进而形成气孔。所以在进行焊接工作时，首先需要对焊接材料进行清洁工作，对钢板的[P1]清洁可以大大减少气孔的产生。考虑到钢板的膨胀系数较大，在焊接过程中钢板的变形和热应力也较难控制，为了保障钢板的整体焊接质量，需要借助低氢型焊条或气体保护焊等方式来对焊接过程中的预热和后热过程进行保护，这样可以很好提高焊接缝的韧性和整体承受力。

2.2低温韧性

对于LNG储罐内罐的焊接接头来说，-196 ℃的低温冲击功应不低于70 J，由于影响焊接低温韧性的最主要因素是热输入和层间温度。所以在进行焊接工作时，需要严格控制这两个因素，对全自动TT环缝焊接系统来说，系统中的热丝可以有效降低焊接热量的输入，但是如果没有热丝的存在，焊接过程中可能会出现熔滴、熔池表面张力、杂气体析出等问题，使得9%镍钢板的冲击韧性不能得到保障。

2.3磁化问题

   9%镍钢对磁性反应较为敏感，但是在对齐焊接过程中不可避免地会出现焊接电流所产生的磁性偏吹现象，这不仅会导致焊缝成型不佳，还会直接影响焊接质量。现有焊接人员经过多次的试验发现，焊接的磁化问题多出现在焊接熔池前方大概150mm处，除此之外，磁性最大位置还会随着焊接工作的开展而发生变化。考虑到在对储罐内罐进行焊接时，其环缝是一个首尾相连的圆形铸件，所以磁性问题会随着焊接方向一直前移。

2.4熔池受重力影响下坠

对环缝的焊接过程而言，由于焊材和母材熔化后会形成焊接熔池，而焊接熔池又会受到重力的影响出现下坠现象，这就会导致焊缝的坡口容易出现融合不良的情况。容池受重力影响下坠，一般会影响焊缝的上侧坡口，所以在对9%镍钢板进行焊接工作时，需要改变现有的焊接工艺，可以通过增大焊枪在上坡口的停留时间来尽量减少熔[P2]池受重力下坠而导致的坡口愈合不全的问题，对[P3]坡口愈合问题的处理，可以大大增强现有焊缝的强度，增强储罐的使用寿命。

3.9%镍钢板施工难点的应对策略

3.1焊接工艺参数控制

为了使焊接工艺可以最大发挥其作用，可以通过对焊接过程中的工艺参数进行控制来保证焊接效果。首先可以减少焊接热量的输入来尽量避免熔池下坠和热影响区晶粒生长等问题。为了达到这一要求，可以选择合适的电流与电压来进行焊接工作，同时在焊接过程中还要注意调整焊接速度，保证焊接工程的质量。除此之外，焊接工作还要注意控制道间温度，过高的道间温度也会导致晶粒粗大现象的出现，这不利于焊缝的冲击韧性，而较低的道间温度又可能会导致冷裂纹的产生。基于以上因素，在对材料进行焊接时，需要根据材料自身的性能，选择合适的热处理方式和焊接工艺。对于9%镍钢板焊接而言，可以采用预热和层间保温等方式来使焊接处于较为合适的温度，进而使焊接的接头性能满足工程的需要。

3.2焊接材料管理

    焊接材料是保证焊接质量的关键，通过分析[P4]板材的化学成分以及力学性能等来对其焊接工艺进行选择。例如，在对9%镍钢材料进行焊接时，需要分析镍元素的性质，根据镍元素的性质选择合适的焊接材料来保证焊缝的强度和韧性。在焊接材料选择后，一定要对其做好管理工作，不能使其受潮或受到污染等。为了保证材料的可追溯性，还可以对材料进行出入库记录，在对9%镍钢材料进行焊接时，不可避免的需要对焊条或焊机等材料进行烘烤处理，烘烤的目的主要是为了去除材料中所含的湿气或易挥发性物质，这样便可以大大减少焊接过程中出现的裂纹或气孔现象。在对焊条或焊机进行烘烤处理时，烘烤时间与温度需要根据实际的焊接工艺进行确定。

3.3消磁处理

消磁处理是焊接过程中一个重要的步骤，消磁工作可以有效提高焊接的质量。磁化现象的产生主要是在焊接过程中由于电弧的高温作用使得焊接区内的铁磁性材料被磁化，而磁化产生的电场又会使得焊接过程中出现电弧偏吹现象，这就大大影响了焊接的稳定性和均匀性。而消磁工作可以很好地避免这一现象，消磁工作可以借助消磁器或直流电源进行，主要原理是在焊接区域内生成一个较小的反向磁场来对原有的磁场进行中和。此外，还可以通过机械方法来对焊接区域内的磁能进行释放，如敲击或振动等，消磁工作不仅可以减少磁偏吹现象，还可以降低焊接后材料的残余应力，这对提高焊接材料的质量和性能都有着重要的意义。

3.4优化焊接技术

对焊接技术的优化可以是调整焊接角度，也可以是选择气体保护焊等方式。例如在降低气孔的产生时，可以采用低氢型焊接材料，这样避免氢气的溢出，对焊接材料造成吸孔。而为了减少由于重力作用所导致的熔池下坠现象，可以提高熔池的稳定性，通过采用脉冲焊接等来对熔池的形状和热量输入进行控制。不仅如此合理的坡[P5]口设计也有助于改善熔[P6]池下坠的现象，采用特殊的坡[P7]口形状，可以有效改善熔[P8]池的支撑情况，进而起到保证坡口焊接效果的目的。除以上措施之外，合理的焊接顺序也可以减少熔池下坠，例如采用先焊接裂缝再焊接环缝的方式，或者在进行环缝焊接过程中适当的停顿焊接操作，通过控制环境的温度和湿度来保证焊接质量。以上措施均可以避免熔池因重力下坠而对焊缝质量所造成的影响。

结语：大型 LNG 低温储罐建造中，9%镍钢的焊接较为常见，本文主要对其工艺实施过程中的焊接工艺、低温韧性、磁偏吹、熔池下坠等问题及解决方案进行了介绍，希望通过本文的介绍，可以提高大型储罐[P9]9%镍钢的焊接质量和水平[P10]。

参考文献：

[1]张晓兵,宋宗杰,王涛,等.LNG管道裂纹缺陷产生原因分析及安全评估[J].化工机械,2024,51(02):304-30 9%.

[2]申永亮.基于数字射线的LNG储罐焊缝检测可行性研究[J].河南化工,2024,41(04):46-48.

[3]张月.LNG接收站内罐设计与安装技术研究[J].山东化工,2024,53(07):191-192+199.[P11]

[P1]清洁

[P2]熔

[P3]坡

[P4]板

[P5]坡

[P6]熔

[P7]坡

[P8]熔

[P9]大型储罐

[P10]质量和水平

[P11]这个对吗