李祖平 / 中國(guó)核工業(yè)二三建設(shè)有限公司

罐體空氣內(nèi)浮頂升安裝工藝淺述

李祖平 / 中國(guó)核工業(yè)二三建設(shè)有限公司

介紹一種鋼質(zhì)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂升的施工技術(shù)，即：在罐底制作單浮盤及浮艙，并完成單浮盤和浮艙的拼裝焊接，然后用電動(dòng)倒鏈整體提升浮頂，實(shí)現(xiàn)整體就位。該項(xiàng)技術(shù)避免了傳統(tǒng)施工中搭設(shè)組裝臺(tái)架的輔助材料及工作量，避免了高空作業(yè)，同時(shí)合理利用浮頂支柱作為提升支撐，具有良好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。

鋼制內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐；單浮盤；浮艙；電動(dòng)倒鏈

一、概述

鋼制內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的一般結(jié)構(gòu)形式為鋼制拱頂+鋼制內(nèi)浮頂雙頂結(jié)構(gòu)。內(nèi)浮頂多為單盤，距罐底板高度2m 左右。傳統(tǒng)內(nèi)浮頂施工工藝多采用先安裝拱頂儲(chǔ)罐主體，再搭設(shè)臨時(shí)浮頂組裝臺(tái)架，在臺(tái)架上安裝浮頂?shù)姆椒?。此方法存在施工難度大、工效低、高空作業(yè)不安全、質(zhì)量不易控制等問(wèn)題；罐主體施工完成后，內(nèi)部浮盤施工作業(yè)空間受限，安裝高度在 2m 左右高空作業(yè)，板料就位困難，不利于施工。另有一種方法是水浮提升就位。弊端在于需兩次進(jìn)水，增加用水量，延長(zhǎng)施工工期，還增加罐內(nèi)加熱器和工藝管線的施工難度。

二、儲(chǔ)罐主體內(nèi)浮頂升安裝工藝

金屬儲(chǔ)罐內(nèi)浮頂升安裝工藝,是國(guó)內(nèi)外普遍使用的一種多、快、好、省的施工方法,但是對(duì)于內(nèi)浮頂升儲(chǔ)罐,如何采用空氣頂升的方法,我們?cè)谑┕で斑M(jìn)行了充分研究討論。由于罐底上表面組裝有內(nèi)浮盤,罐壁為對(duì)接結(jié)構(gòu)，均給一般拱頂罐空氣頂升法帶來(lái)新的困難。為此我們?cè)谥黧w施工中大膽采用無(wú)平衡裝置,并加設(shè)內(nèi)胎的方法,即解決了內(nèi)浮盤上安裝平衡裝置的困難及罐壁對(duì)接精度,又保證了施工中的安全問(wèn)題,從而使空氣頂升工藝在內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的施工中又有了新的突破。

1、內(nèi)胎的組裝為保證罐壁對(duì)接準(zhǔn)確(內(nèi)半徑偏差小于等于15mm)及空氣頂升法施工做到安全平穩(wěn),我們?cè)谝唁佋O(shè)好的儲(chǔ)罐底板上,組裝預(yù)制好底層壁板,外徑較儲(chǔ)罐內(nèi)徑小5～ 10mm找圓,內(nèi)角花焊定位,其上加焊一圈寬度B= 400mm的壁板，使內(nèi)胎高度達(dá)1900mm。并于內(nèi)胎上口加焊若干14#環(huán)形槽鋼(圓周等分)及厚度=10mm的鋼板,槽鋼接頭處利用千斤頂撐開,以增加內(nèi)胎之鋼度。嚴(yán)格檢查內(nèi)胎，其橢圓度小于10mm,垂直度小于3/1000,并將外壁的焊縫,焊瘤、焊痕等全部磨光,以保持光滑圓正,至此,內(nèi)胎組裝全部完成。

2、儲(chǔ)罐主體安裝

（1）內(nèi)胎組裝完成后,將已組裝焊好的內(nèi)浮盤按圖紙要求提升900mm,放線開孔焊接導(dǎo)向套等附件,此時(shí)內(nèi)浮盤可作為組裝罐頂及壁內(nèi)側(cè)焊縫焊接的腳手架使用,節(jié)約另行搭設(shè)焊接平臺(tái)或腳手架之費(fèi)用。壁板下料、預(yù)制均應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行，壁板寬度為1600mm,較內(nèi)胎低300mm,第一圈壁板組裝放在內(nèi)胎四周放置的若干高度500mm的支承架上進(jìn)行,先組焊兩半圓弧板,而后利用倒鏈將圍在內(nèi)胎外側(cè)的半圓弧壁板拉緊焊接。

（2）第一圈壁板與罐頂焊接完成后,在內(nèi)壁內(nèi)胎上中位置焊接若干三角支撐,將組裝后的罐頂與壁板通過(guò)三角形支撐支持在內(nèi)胎上,撤除內(nèi)胎外圍的500mm支承架,此時(shí),即可采用空氣頂升法進(jìn)行其余壁板的組裝焊接工作。送風(fēng)前應(yīng)將內(nèi)胎與罐底,罐底邊緣板與中心板花焊處用橡膠密封以解決漏風(fēng)問(wèn)題。送風(fēng)頂升,因內(nèi)胎與組焊的罐壁有2mm左右的間隙(預(yù)留1/1000焊接收縮量),外壁光滑圓正,垂直度、橢圓度較精確,所以送風(fēng)過(guò)程中罐體能平穩(wěn)均勻上升,偶然出現(xiàn)傾斜,施工人員可隨時(shí)在罐壁上調(diào)正。當(dāng)罐體浮升至接口400mm處,(預(yù)先已放線)在未組裝壁板已預(yù)先焊好下?lián)醢宓南鄬?duì)位置,焊接低位裝置的上擋板,穿入限位螺栓避免冒頂,拉緊對(duì)接倒鏈,調(diào)整對(duì)接間隙并點(diǎn)焊,停風(fēng)檢查兩節(jié)壁板的橢圓度、垂直度，焊接立縫及環(huán)縫,并在罐內(nèi)焊接上一節(jié)壁板之內(nèi)面焊縫,打磨光滑,至此，一圈壁板組裝結(jié)束。重復(fù)以上工作,逐圈壁板進(jìn)行空氣頂升法組裝。

3、底層壁板的處理

當(dāng)罐體頂升超過(guò)內(nèi)胎連接焊縫(即加高部位)5～10mm處時(shí),控制風(fēng)速,停止浮升,使用角鐵及角鐵木契將罐體與內(nèi)胎靠緊,停風(fēng)沿罐壁焊接十六個(gè)2m長(zhǎng)14#槽鋼的支撐,使罐體重量全部落在槽鋼支撐上。取下內(nèi)胎的環(huán)形槽鋼、加強(qiáng)鋼板,去掉內(nèi)胎加高部份并割開一條立縫,剔除內(nèi)胎與罐底的焊縫,沿割開的立縫,利用斜鐵逐段將內(nèi)胎壁板向外脹出,調(diào)換一塊加長(zhǎng)壁板,以補(bǔ)償直徑變大而引起的長(zhǎng)度差,上下接口對(duì)準(zhǔn)后,拆除支撐,檢查罐體垂直度、橢圓度后再進(jìn)行施工焊接。至此,罐體施工全部結(jié)束。

三、施工要點(diǎn)

1、內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐罐壁屬于對(duì)接焊接結(jié)構(gòu),因此對(duì)壁板下料的尺寸、形狀、精度,應(yīng)按規(guī)范要求嚴(yán)格檢查。

2、采用無(wú)平衡裝置空氣頂升法,因有組裝內(nèi)胎,所以壁板下料前必須確定合適的焊接收縮量,以避免焊接后壁板與內(nèi)胎間隙過(guò)大或過(guò)小,影響施工順利進(jìn)行。

3、內(nèi)胎在組裝焊接前應(yīng)仔細(xì)檢查水平度、橢圓度、垂直度及尺寸精度,焊接后應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度和剛度,焊接后要打磨光滑,以利罐壁浮升滑動(dòng)。

4、本施工方法因在空氣頂升過(guò)程中,存在罐壁與內(nèi)胎的磨擦,外圈組裝壁板的夾緊,故在選擇風(fēng)機(jī)時(shí),較一般拱頂罐空氣頂升法風(fēng)壓增加30%。

5、操縱控制風(fēng)閥的人員,要精力集中,時(shí)刻觀察U型壓差計(jì)的壓力變化,根據(jù)浮升情況,調(diào)節(jié)放風(fēng)閥,保持罐體緩慢平衡上升,尤其在儲(chǔ)罐壁板對(duì)接時(shí),更要注意保持風(fēng)壓,以防冒頂。

6、在送風(fēng)前和送風(fēng)過(guò)程中,應(yīng)隨時(shí)細(xì)致檢查裝置的可靠性,遇有停電,鼓風(fēng)機(jī)故障等緊急情況,施工人員要保持沉著冷靜,關(guān)緊控制風(fēng)閥,拉緊罐壁對(duì)接的倒鏈,使罐體緩慢下降。

四、穩(wěn)定性校核計(jì)算

1、罐頂許用臨界載荷集油槽整體吊裝工藝頂部三角支架的輔助支腿支撐在罐頂，做穩(wěn)定性校核。選取帶筋罐頂殼穩(wěn)定公式中[Pcr]為穩(wěn)定許用臨界載荷（單位：N/m2）；R 為罐頂殼的半徑，取16m；t為罐頂厚度的半徑，取6mm；tm為折算厚度（單位：cm）；D為罐頂板抗彎剛度（單位：N/cm）；D1、D2分別為拱頂?shù)膹较蚝铜h(huán)向帶筋截面的平均抗彎剛度（單位：N/m）；li為筋間距（單位：m）；bi為筋板寬（單位：m）；hi為筋板高（單位：m）；ν為泊桑系數(shù)，取0.3；E為彈性模量，取200GPa。計(jì)算得[Pcr]=3960Pa。集油槽及輔助工裝質(zhì)量約3t，輔助支撐受力860N，支撐點(diǎn)區(qū)域壓強(qiáng)為417Pa，417Pa＜3960 Pa，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2、浮頂整體提升穩(wěn)定性校核，浮頂采用電動(dòng)倒鏈整體提升，所有的提升受力點(diǎn)都是立柱套管，受力狀態(tài)和浮頂通過(guò)立柱支撐在罐體受力一致，浮頂本體的穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)的受力計(jì)算。

五、效益分析

進(jìn)行10000m3儲(chǔ)罐設(shè)施安裝。傳統(tǒng)搭設(shè)臺(tái)架施工方法，現(xiàn)場(chǎng)安裝一套罐內(nèi)設(shè)施，需30人15天完成，費(fèi)用需要310000元；而采用內(nèi)浮頂整體提升施工安裝技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)安裝一套罐內(nèi)設(shè)施，需30人10天完成，費(fèi)用僅需205000元。按照一套設(shè)施30人計(jì)算，節(jié)約浮頂臺(tái)架搭拆費(fèi)、機(jī)械費(fèi)、人工費(fèi)共 105000元。相比傳統(tǒng)工藝，儲(chǔ)罐鋼質(zhì)內(nèi)浮頂整體提升工藝提升工效 1.5 倍，施工費(fèi)降低50%。

六、結(jié)語(yǔ)

采用內(nèi)浮頂整體提升施工技術(shù)，準(zhǔn)備工作（電動(dòng)倒鏈安裝）不足半天，且可以和其他工序同時(shí)施工，整個(gè)提升過(guò)程僅需10至15分鐘。該技術(shù)安裝速度快，工藝簡(jiǎn)便，節(jié)省了傳統(tǒng)的浮頂臺(tái)架搭設(shè)材料及工作量，避免了浮頂施工中的高空作業(yè)；同時(shí)，合理利用浮頂支柱作為倒鏈支架，減少材料消耗，避免重復(fù)工作。提升后即可安裝罐內(nèi)工藝和浮頂一二次密封等附件，最后水壓試驗(yàn)，節(jié)省了費(fèi)用，縮短了工期。實(shí)踐證明，內(nèi)浮頂整體提升施工技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)、應(yīng)用效果好、經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)。該技術(shù)還可應(yīng)用在各種不同規(guī)格敞口儲(chǔ)罐單盤浮頂?shù)陌惭b。

[1]GB50341《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》

[2]GB50128《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》