馬 根，王兆坤，孫洪強(qiáng)，曹?chē)?guó)慶，魏方平

中國(guó)石油管道局工程有限公司第三工程分公司，河南鄭州 451450

馬來(lái)西亞石油公司（Petronas） RAPID 項(xiàng)目位于馬來(lái)西亞柔佛州哥打丁宜區(qū)邊佳蘭鎮(zhèn)，距離柔佛州首府新山市約100 km，所在地屬于柔佛港區(qū)，距離新加坡國(guó)境線(xiàn)7 km。Petronas 計(jì)劃將RAPID項(xiàng)目建立成世界一流的煉化一體化石化總廠(chǎng)，包括一個(gè)日產(chǎn)30 萬(wàn)桶油的煉油廠(chǎng)、一個(gè)年產(chǎn)128 萬(wàn)t乙烯的石腦油蒸汽裂解裝置、石化裝置、公用設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施。項(xiàng)目業(yè)主為Petronas，EPCM 承包商為OUI JV，中國(guó)石油管道局東南亞項(xiàng)目經(jīng)理部馬來(lái)西亞分公司為EPCC 承建單位。

1 工程概況

Petronas RAPID 項(xiàng)目P14 包施工內(nèi)容包括儲(chǔ)罐10 座 （8 825 m3儲(chǔ)罐 2 座，1 718 m3儲(chǔ)罐 4 座，707 m3儲(chǔ)罐 2 座，50 m3儲(chǔ)罐 2 座），二期項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐為自支撐式錐頂罐，且為外支撐結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式十分特殊。

為了避免馬來(lái)西亞DOSH 認(rèn)證耽誤儲(chǔ)罐安裝工期，項(xiàng)目采用壁板與罐頂同時(shí)施工，然后實(shí)施罐頂整體吊裝的技術(shù)，以縮短工期。如圖1 所示。

2 罐頂整體吊裝法與典型正裝法對(duì)比

典型正裝法儲(chǔ)罐安裝流程[1]如圖2 所示。

從圖2 可以看出，在典型正裝法儲(chǔ)罐安裝流程中，罐頂以及罐頂平臺(tái)附件的安裝與焊接都是在罐壁安裝完成之后分片按順序進(jìn)行的。這樣做只需要原有焊接機(jī)組就可完成所有施工，但是施工周期太長(zhǎng)。

圖1 錐頂罐罐頂整體吊裝

圖2 典型正裝法安裝流程

由于本項(xiàng)目施工方案變更造成了關(guān)鍵路徑的滯后，采用典型正裝法順序施工不能滿(mǎn)足項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃里程碑的要求；因此，項(xiàng)目技術(shù)人員研究后采用圖3 所示罐頂整體吊裝方案。從安裝流程圖的對(duì)比中看出，罐頂整體吊裝方案，雖然增加了罐頂預(yù)制人員，但是縮短了關(guān)鍵路徑，加快了施工進(jìn)度，保證了項(xiàng)目能夠按照里程碑計(jì)劃順利完成，避免了業(yè)主因工程滯后收取每天質(zhì)保金0.1%的罰款。

圖3 罐頂整體吊裝方案安裝流程

3 罐頂整體吊裝流程與施工工藝

除罐頂安裝外，罐主體安裝與其他大型油罐采用的架設(shè)正裝法[2]大體相同。

罐頂支撐結(jié)構(gòu)的施工在預(yù)制好的混凝土平臺(tái)上進(jìn)行，等罐頂全部焊接完成后，最后進(jìn)行罐頂?shù)牡跹b就位。

罐壁安裝完成后，根據(jù)中心柱的高度確定吊裝時(shí)間。當(dāng)罐壁及中心柱較高時(shí)，則在第三節(jié)壁板組對(duì)完成后（6 m 左右） 進(jìn)行支柱的吊裝就位。

3.1 罐頂預(yù)制

預(yù)制臨時(shí)支撐平臺(tái)，然后組裝臨時(shí)平臺(tái)，罐頂?shù)念A(yù)制安裝工作在臨時(shí)平臺(tái)上進(jìn)行，如圖4 所示。

圖4 壁頂預(yù)制平臺(tái)

首先吊裝罐頂邊緣板，并進(jìn)行組對(duì)焊接。隨后吊裝罐頂中心板，然后吊裝邊緣板，組對(duì)調(diào)整后進(jìn)行焊接。

焊接時(shí)首先焊接罐頂下表面焊縫，焊工對(duì)稱(chēng)分布并沿相同方向進(jìn)行焊接，采用分段退焊及跳焊法，然后進(jìn)行罐頂外表面焊縫的焊接。

3.2 罐頂?shù)跹b方案

根據(jù)儲(chǔ)罐和罐頂預(yù)制平臺(tái)的中心距，確定起重幅度，并進(jìn)行基礎(chǔ)處理和耐壓力試驗(yàn)，確保吊裝基礎(chǔ)滿(mǎn)足罐頂?shù)跹b的載荷要求；根據(jù)罐頂高度和吊索具長(zhǎng)度確定起重高度，計(jì)算吊裝載荷，選擇滿(mǎn)足起重載荷的汽車(chē)吊。

吊裝前做好準(zhǔn)備和檢查，正式吊裝前先進(jìn)行試吊，待各項(xiàng)指標(biāo)均測(cè)試穩(wěn)定可靠后平穩(wěn)起吊，最后進(jìn)行吊裝就位和安裝焊接。吊裝方案平面布置如圖5 所示。

圖5 罐頂?shù)跹b平面布置

3.3 罐頂?shù)跹b設(shè)計(jì)基本參數(shù)

3.3.1 確定起重幅度

由于儲(chǔ)罐和罐頂預(yù)制平臺(tái)的中心距為40 m，為方便施工，可選取他們的中點(diǎn)作為起重機(jī)的吊裝位置，因此起重幅度為20 m，如圖6 所示。

圖6 起重幅度示意

3.3.2 基礎(chǔ)處理

對(duì)汽車(chē)起重機(jī)站位的支承面進(jìn)行壓實(shí)和處理后，應(yīng)鋪設(shè)25 mm 厚的鋼板，以保證起重機(jī)支腿具有足夠的承載力。

3.3.3 確定起重高度

根據(jù)圖紙RAPID -P0014 -0013 -MEC -DWG-6150-0004，罐頂高度為19.5 m。因此選擇罐頂起吊高度為41.5 m，如圖7 所示。

圖7 罐頂?shù)跹b起重高度示意

3.3.4 吊裝載荷計(jì)算

3.3.4.1 罐頂質(zhì)量

參考儲(chǔ)罐罐頂設(shè)計(jì)圖紙，計(jì)算罐頂質(zhì)量，見(jiàn)表1。

表1 罐頂質(zhì)量計(jì)算

3.3.4.2 吊裝載荷

吊裝載荷為罐頂和所有吊索具的質(zhì)量見(jiàn)表2。

表2 吊裝載荷質(zhì)量計(jì)算

3.4 起重機(jī)的選型

根據(jù)起重幅度、高度和吊裝載荷，并考慮適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，起重機(jī)選擇利勃海爾Liebherr LTM1400（400 t 汽車(chē)起重機(jī)）。

3.5 設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

3.5.1 鋼絲繩

鋼絲繩規(guī)格為φ25 mm×16 m（7 ×9.8 kN/根），共14 根。如圖7 所示，鋼絲繩夾角為60°，因此14 根鋼絲繩最大允許拉力為：

14×7×9.8 kN×cos 30°=831.7 kN>49.452×9.8 kN=484.6 kN

由上述計(jì)算可知鋼絲繩強(qiáng)度滿(mǎn)足吊裝要求。

3.5.2 U 型環(huán)

U 型環(huán)選用規(guī)格6.5 t，共14 個(gè)。因此U 型環(huán)最大允許拉力為：

14×6.5×9.8 kN=891.8 kN>484.6 kN

由上述計(jì)算可知U 型環(huán)強(qiáng)度滿(mǎn)足吊裝要求。

3.5.3 吊耳計(jì)算

吊耳尺寸為120 mm×150 mm×16 mm。吊耳底板尺寸為150 mm×100 mm×20 mm，吊耳和底板材質(zhì)為S275。

3.5.3.1 a-b 截面吊耳拉應(yīng)力計(jì)算 （見(jiàn)圖8）

圖8 吊耳(a-b 和c-d)截面示意

對(duì)于a-b 截面，吊耳拉應(yīng)力σ（MPa） 為：

式中：P 為最大載荷，P=484.6 kN/14=34.6 kN；δ為吊耳厚度，δ = 16 mm；L2為吊耳高度，L2=120 mm；r 為吊耳半徑，r=20 mm。

上述數(shù)值代入式（1），計(jì)算得：σ=27.3 MPa＜吊耳許用應(yīng)力[σ]（材料S275 的許用應(yīng)力值為275 MPa），因此，對(duì)于吊耳，a-b 部分是安全的。

3.5.3.2 c-d 截面吊耳拉應(yīng)力計(jì)算 （見(jiàn)圖8）

對(duì)于c-d 截面，吊耳的拉應(yīng)力τ（MPa） 為：

式中：L1為吊耳寬度，L1=150 mm。

代入式（2），計(jì)算得：τ=39.3 MPa ＜吊耳許用拉應(yīng)力[τ]（[τ]=[σ]/31/2= 158.8 MPa），因此，對(duì)于吊耳，c-d 部分是安全的。

3.5.3.3 對(duì)于焊縫應(yīng)力

焊縫所受的拉應(yīng)力τh（MPa） 的計(jì)算公式為：

式中：P 為焊縫的最大載荷，MPa，P=34.6 kN；k指動(dòng)態(tài)載荷系數(shù)，k = 1.1；he為角焊縫的計(jì)算厚度，he=0.7 hf（hf為角焊縫的高度，取10 mm）；lw為角焊縫的長(zhǎng)度，lw=150 mm+150 mm+16 mm+16 mm= 332 mm。則：τh=34.6 kN × 1.1/（7 mm× 332 mm） = 16.38 MPa ＜ 焊縫許用應(yīng)力[τh]（[τh]=[σ]/21/2=275/21/2=194.5 MPa）。從上述計(jì)算結(jié)果可知，吊耳焊縫強(qiáng)度滿(mǎn)足吊裝安全要求。

3.6 吊裝前的準(zhǔn)備和檢查

罐頂?shù)跹b需要滿(mǎn)足重大設(shè)備吊裝的安全要求。吊裝之前保證吊裝方案得到業(yè)主的批復(fù)，吊裝設(shè)備安全可靠，相關(guān)人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底。在吊裝范圍內(nèi)設(shè)置隔離帶，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入。邀請(qǐng)業(yè)主安全部門(mén)進(jìn)行吊裝前的監(jiān)督檢查和吊裝過(guò)程的見(jiàn)證，確保施工安全。

吊裝前檢查罐頂安裝質(zhì)量、接管方向、平臺(tái)位置等，確保與設(shè)計(jì)圖紙相符。

檢查吊裝輔助機(jī)械、設(shè)備和材料是否到位。驗(yàn)證起重機(jī)的性能參數(shù)是否與所選的一致，鋼絲繩規(guī)格是否正確，不應(yīng)有腐蝕、磨損和斷裂，確保綁定正確。

檢查高空作業(yè)程序是否遵循有關(guān)規(guī)定。

檢查索具設(shè)備是否完成第三方檢查，并有質(zhì)量證明文件和合格證。

確保起重機(jī)所在的地面堅(jiān)實(shí)可靠，起重區(qū)域用警戒帶隔離封閉，不允許未經(jīng)授權(quán)的人員進(jìn)入吊裝區(qū)域。

對(duì)吊耳連接到罐頂結(jié)構(gòu)部分的焊縫進(jìn)行目視檢查和100%磁粉檢測(cè)。

3.7 試吊

繩索、吊耳的布置見(jiàn)圖9。將罐頂緩慢平穩(wěn)提升至罐頂臨時(shí)預(yù)制平臺(tái)上方約200 ～300 mm，進(jìn)行全面檢查，起重機(jī)駕駛員檢查起重機(jī)的工作狀態(tài)，以確保起重機(jī)所有部件處于安全工作環(huán)境，起重試驗(yàn)大約需要5 ～10 min。司索工檢查所有的吊索具，確保無(wú)打結(jié)或懸空現(xiàn)象。出現(xiàn)受力不均現(xiàn)象時(shí)，先將罐頂降落到預(yù)制平臺(tái)，司索調(diào)整花籃螺絲長(zhǎng)度后，重新試吊，直到14 根鋼絲繩均勻承載罐頂重量時(shí)再準(zhǔn)備正式起吊。

圖9 繩索吊耳布置

3.8 正式起吊就位

將罐頂平穩(wěn)提升到指定高度，在提升過(guò)程中由指定人員監(jiān)控繩索的垂直情況，所有吊裝動(dòng)作命令由信號(hào)工統(tǒng)一發(fā)出，起重監(jiān)理和安全經(jīng)理現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督指導(dǎo)。

升高到相應(yīng)的高度后先穩(wěn)定2 min。罐頂完全停穩(wěn)后，起重機(jī)整體旋轉(zhuǎn)到罐頂位置，到達(dá)罐頂中心位置后再穩(wěn)定2 min，然后緩慢下降到與包邊角鋼結(jié)合的位置放置穩(wěn)定。

管工和司索工背好安全帶從腳手架爬到頂部工作平臺(tái)，在最終位置進(jìn)行必要的調(diào)整，然后進(jìn)行組對(duì)焊接。罐頂點(diǎn)焊牢固后，司索可以拆除吊索具，起重機(jī)撤離現(xiàn)場(chǎng)。

起重期間嚴(yán)禁在吊臂下懸掛物體，禁止人員進(jìn)入起重機(jī)旋轉(zhuǎn)區(qū)域。起重機(jī)在起吊過(guò)程中不能熄火，起重機(jī)操作人員未經(jīng)許可不得離開(kāi)操作室。罐頂現(xiàn)場(chǎng)吊裝如圖10 所示。

圖10 罐頂現(xiàn)場(chǎng)吊裝

4 結(jié)束語(yǔ)

為了解決RAPID 項(xiàng)目P14 包項(xiàng)目工期緊張的壓力，采用罐頂整體吊裝的方法完成了合同范圍內(nèi)10 臺(tái)錐頂罐的安裝，節(jié)約了1.5 月的工期。由于采用地面預(yù)制罐頂?shù)姆桨福瑴p少了腳手架作業(yè)，不僅降低了腳手架的費(fèi)用，同時(shí)降低了項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了項(xiàng)目的綜合經(jīng)濟(jì)效益，為今后錐頂罐的正裝施工提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。