大型儲(chǔ)罐網(wǎng)殼倒裝法施工工藝

2020-09-02 05:44王宏強(qiáng)

石油化工建設(shè) 2020年2期

王宏強(qiáng)

中石化第四建設(shè)有限公司天津 300270

隨著石化工業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)大型儲(chǔ)罐正向大型化、群罐化發(fā)展，近年來(lái)在大型儲(chǔ)罐的施工中，先進(jìn)的施工工藝備受重視。大型拱頂儲(chǔ)罐的建造要同時(shí)考慮儲(chǔ)罐主體和網(wǎng)殼施工方法。本文依據(jù)中安聯(lián)合煤化工有限責(zé)任公司5萬(wàn)m3金屬拱頂儲(chǔ)罐建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，探討大型拱頂儲(chǔ)罐的儲(chǔ)罐主體正裝和網(wǎng)殼倒裝相結(jié)合的施工方法。

1 工程簡(jiǎn)況

中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司煤制 170萬(wàn)t/a甲醇及轉(zhuǎn)化烯烴項(xiàng)目高鹽水暫存罐區(qū)安裝工程共有8臺(tái)5萬(wàn)m3高鹽水儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐都為拱頂網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)存介質(zhì)為高濃度鹽水，外罐材質(zhì)為Q370R+Q345R+Q235B。儲(chǔ)罐正裝無(wú)論從進(jìn)度、質(zhì)量均可保證，但拱頂網(wǎng)殼要在壁板安裝結(jié)束后才可采取倒裝法施工，因此本文從網(wǎng)殼倒裝出發(fā)論述網(wǎng)殼倒裝施工的工藝。

2 網(wǎng)殼倒裝施工工藝

網(wǎng)殼倒裝施工流程示意圖如圖1所示。

2.1 雙向子午線鋼網(wǎng)殼安裝

圖1 網(wǎng)殼倒裝施工流程示意圖

2.1 .1網(wǎng)殼組對(duì)安裝準(zhǔn)備

（1）罐主體完成3圈罐壁板的安裝后進(jìn)行網(wǎng)殼的低位安裝，同時(shí)需為上網(wǎng)桿在罐外地面組對(duì)留出足夠場(chǎng)地，用此施工方法有利于施工質(zhì)量和施工安全的控制，并具有網(wǎng)殼安裝時(shí)間短、吊車臺(tái)班費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)（25t吊車即可滿足網(wǎng)殼安裝）。如果罐主體完成所有罐壁板的安裝后再進(jìn)行網(wǎng)殼的低位安裝，同時(shí)也需為上網(wǎng)桿在罐外地面組對(duì)留出足夠場(chǎng)地，這會(huì)給網(wǎng)殼的安裝增加很大難度，不利于施工安全和質(zhì)量的控制，而且網(wǎng)殼安裝周期長(zhǎng)，吊車噸位需加大（至少50t以上的吊車），此時(shí)單臺(tái)網(wǎng)殼的安裝費(fèi)用比3圈罐壁板時(shí)安裝網(wǎng)殼費(fèi)用增加60%左右。

（2）網(wǎng)殼組對(duì)在罐底板0.5～1m左右高度進(jìn)行施工。

（3）由網(wǎng)殼安裝單位與設(shè)計(jì)人員商定網(wǎng)殼平面坐標(biāo)軸的走向，并在罐底板與罐壁上作出相應(yīng)標(biāo)記。

（4）根據(jù)網(wǎng)殼安裝要領(lǐng)書(shū)節(jié)點(diǎn)，在罐底板上標(biāo)出安裝時(shí)各個(gè)支撐點(diǎn)的平面位置，安裝臨時(shí)支撐桿。

（5）下網(wǎng)殼材料沿罐頂位置吊入罐內(nèi)；擺放在罐底板上的網(wǎng)桿材料必須分散開(kāi)，均勻受力。

（6）對(duì)雙向子午線網(wǎng)殼進(jìn)行低位置組焊。

2.1.2 網(wǎng)殼網(wǎng)桿安裝

為了保證下層網(wǎng)桿的安裝和起拱高度，在安裝下層網(wǎng)桿之前，應(yīng)以X軸與Z軸的交點(diǎn)為中心，對(duì)稱臨時(shí)設(shè)置約41根豎向支撐桿，在X軸線方向固定，垂直方向用經(jīng)緯儀或線墜進(jìn)行找正，90°方向(Z向)用兩根斜桿支撐牢固，支撐桿下端還要加墊板與單盤板點(diǎn)焊牢固。支點(diǎn)的Y向坐標(biāo)允差為±10mm，X向及Z向坐標(biāo)允差為±25mm。

然后對(duì)邊節(jié)點(diǎn)和上、下網(wǎng)桿進(jìn)行安裝和防腐修補(bǔ)：

（1）照給出的各邊節(jié)點(diǎn)的弧長(zhǎng)值，在罐壁上作各邊節(jié)點(diǎn)垂線，長(zhǎng)度為500mm；再用水準(zhǔn)儀或水平管找出X、Z軸水平基準(zhǔn)面，與等分垂線交成十字線，十字的中點(diǎn)就是連接件的交點(diǎn)位置；然后分別將A、B、C、D各連接件按編號(hào)點(diǎn)焊在位置上，同時(shí)檢查通過(guò)中心的兩只連接件是否完全一樣。

（2）地面拼接所有X向、Z向的接長(zhǎng)網(wǎng)桿，且按焊接要求焊接完成。

（3）X向的第一根網(wǎng)桿著落在中間支撐桿上，測(cè)量各節(jié)點(diǎn)的Y值應(yīng)為該節(jié)點(diǎn)的Y+DY值，差值允許±10mm；41根都測(cè)量合格后，將網(wǎng)桿兩端邊節(jié)點(diǎn)與罐壁板分段焊接。

（4）分別使X方向第二根、第三根長(zhǎng)網(wǎng)桿以Z軸為對(duì)稱，兩邊安裝；然后安裝Z軸方向的第一根長(zhǎng)網(wǎng)桿，節(jié)點(diǎn)1與X方向的長(zhǎng)網(wǎng)桿節(jié)點(diǎn)1重合，依次的節(jié)點(diǎn)位置必須重合點(diǎn)焊固定，兩端點(diǎn)也要與邊節(jié)點(diǎn)連接件點(diǎn)焊固定。分別用同樣的方法，以X軸線為對(duì)稱軸線兩邊對(duì)稱安裝點(diǎn)焊。

（5）網(wǎng)桿的安裝嚴(yán)禁強(qiáng)力組裝。

（6）網(wǎng)殼的焊縫及油漆破壞部位用鋼絲刷進(jìn)行手工除銹清理。清理完畢后，按防腐施工要求對(duì)破壞部位進(jìn)行修補(bǔ)，修復(fù)后的總漆膜厚度應(yīng)符合技術(shù)協(xié)議要求。

2.1.3 蒙皮板安裝

（1）蒙皮安裝前，組焊完畢的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)符合要求；

（2）蒙皮對(duì)儲(chǔ)罐起密封及傳遞荷載的作用，因此蒙皮必須使用平整的鋼板；罐頂蒙皮板采取“人”字形排板，從罐頂中部開(kāi)始,沿著與X軸和Z軸45°角的方向鋪設(shè)；

（3）相鄰蒙皮板之間的搭接寬度不應(yīng)小于5倍板厚；

（4）蒙皮板焊接后的表面凹凸度，用弦長(zhǎng)不小于2m的樣板測(cè)量，相鄰網(wǎng)桿間的最大凹陷量不應(yīng)超過(guò)25mm；

（5）罐頂開(kāi)孔必須避開(kāi)網(wǎng)桿所在位置；

（6）蒙皮在網(wǎng)殼吊裝前僅鋪設(shè)十字中心部分，其余部分在網(wǎng)殼提升吊裝與錐板焊接完成后鋪設(shè)。

2.1.4 錐板安裝

（1）頂圈罐壁驗(yàn)收應(yīng)在錐板組焊之前，并要對(duì)儲(chǔ)罐最上圈罐壁上口進(jìn)行水平度測(cè)量，要求如下：沿圓周每10m弧長(zhǎng)上任意兩點(diǎn)的水平允許偏差為2mm，整個(gè)圓周上任意兩點(diǎn)的水平允許偏差為6mm；儲(chǔ)罐罐壁上口任意點(diǎn)的半徑允許偏差值±25mm。

（2）錐板安裝要求：安裝錐板前應(yīng)安裝支持板，D=60m儲(chǔ)罐支持板圓周等分，嚴(yán)格控制支持板角度呈40°的斜度，確保焊后的錐形板角度不小于36.03°；邊環(huán)梁安裝前先在邊環(huán)梁的內(nèi)表面上畫(huà)出與罐壁外壁組裝的弧線，且在壁板上預(yù)先劃好錐形板的位置線，組裝時(shí)罐壁外壁必須根據(jù)弧線走向，以保證儲(chǔ)罐筒體的圓度；邊環(huán)梁對(duì)接接頭與頂圈罐壁縱向焊縫之間的距離不得小于200mm；邊環(huán)梁組焊后的仰角允許偏差為0～1°；將錐形板逐張地吊在內(nèi)外支持板上，接口處用鎖具固定好；錐板組焊后用儲(chǔ)罐罐壁的樣板檢查儲(chǔ)罐筒體的圓度，必須保證儲(chǔ)罐筒體的圓度符合規(guī)范要求。

2.2 焊接

2.2.1 錐板的焊接

（1）錐板的自身對(duì)接焊縫應(yīng)采用全熔合、全焊透的等強(qiáng)度接頭，并采用與材質(zhì)及板厚相匹配的焊接材料與焊接工藝；

（2）錐形板與壁板的焊接用直流焊機(jī)均分焊接，沿同方向同時(shí)焊接；錐板與罐壁板之間采用雙面連續(xù)角焊，焊腳高度為焊件中較薄件的厚度,應(yīng)避免錐板與罐壁之間的夾角變形超標(biāo)；

（3）錐板焊接完畢后，拆除支撐錐板支持板，打磨壁板內(nèi)、外焊疤與罐壁齊平；

（4）網(wǎng)殼之間的搭接角焊縫和邊環(huán)梁之間的對(duì)接焊縫應(yīng)按現(xiàn)行GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中的3級(jí)焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.2.2 網(wǎng)桿、邊節(jié)點(diǎn)連接件的焊接

（1）同一條子午線上的網(wǎng)桿現(xiàn)場(chǎng)拼接采用連接板夾持等強(qiáng)度形式連接；

（2）網(wǎng)桿的桿端與連接板、托板、罐壁及錐板之間采用連續(xù)滿角焊；

（3）上、下網(wǎng)桿的焊接嚴(yán)格按焊接技術(shù)要求規(guī)定的焊接形式，應(yīng)從中心頂部向四周焊接，在焊接過(guò)程中逐步拆除中間支撐桿；

（4）下網(wǎng)桿的連接板應(yīng)緊貼網(wǎng)桿平面的墊板，連接板的豎向位置和頂端應(yīng)頂住罐壁板和錐板，并施以連續(xù)角焊，焊腳高度為相焊件中較薄件的厚度；上網(wǎng)桿的連接板應(yīng)緊貼網(wǎng)桿底部的托板，連接板的豎向位置和頂端應(yīng)頂住罐壁板和托板，并施以連續(xù)角焊，焊腳高度為相焊件中較薄件的厚度。焊接詳情見(jiàn)圖紙要求。

2.2.3 蒙皮板的焊接

（1）蒙皮板搭接接頭只需外側(cè)滿角焊，內(nèi)側(cè)不予焊接；

（2）蒙皮周邊與邊環(huán)梁的錐面板搭接，外側(cè)周邊采用連續(xù)角焊，焊腳高度為4mm，內(nèi)側(cè)不允許焊接；

（3）蒙皮與網(wǎng)殼桿件之間不允許焊接。

2.3 雙向子午線鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的吊裝

2.3.1 基本概況

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的組裝、焊接在罐底板表面0.5～1m高度進(jìn)行。待網(wǎng)殼整體安裝完成后，需在網(wǎng)殼的桿端底部與吊裝用的環(huán)形托梁進(jìn)行連接，并在托梁的上表面均布分出網(wǎng)殼整體提升的吊點(diǎn)位置；待完成全部罐壁板的安裝及錐形板的安裝后，在儲(chǔ)罐的外腳手架頂部用線墜找出環(huán)形托梁對(duì)應(yīng)的吊點(diǎn)位置，并標(biāo)注在錐形板表面，在錐板標(biāo)注的位置安裝臨時(shí)扒桿和電動(dòng)葫蘆；將電動(dòng)葫蘆的上掛鉤掛在扒桿的吊耳上，下掛鉤掛在環(huán)形托架的吊耳上，再將每根鏈條拉直，鏈條處在預(yù)緊狀態(tài)；然后在離罐壁80～100mm處將每根網(wǎng)桿徹底和罐壁分離，使網(wǎng)殼重量全部由40套提升機(jī)構(gòu)分擔(dān)，φ60m網(wǎng)殼整體起吊重量約為150t，單臺(tái)環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆有效起吊載荷為10t，鏈條長(zhǎng)度為22m，其工作特征：速度低而均衡；最終將網(wǎng)殼提升至指定高度，再按設(shè)計(jì)要求將網(wǎng)桿端部與罐壁和錐形板進(jìn)行連接。

2.3.2 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)吊裝順序

（1）在網(wǎng)殼下面設(shè)置一圈距離罐壁300mm的環(huán)形托架。

（2）采用連接件將每根網(wǎng)桿與環(huán)形托架固定，使整個(gè)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)完全支撐在環(huán)形托架上。

（3）在環(huán)形托梁的上平面均勻地設(shè)置40個(gè)吊耳，然后用吊垂線的方法確定起吊扒桿的位置，使每根扒桿的中心線與托梁吊耳處在同一向心的垂直平面之內(nèi)。

（4）樹(shù)立扒桿，將上、下支腿分別與錐板及罐壁板相焊，扒桿應(yīng)保持垂直，兩個(gè)方向的垂直偏差均不應(yīng)大于2mm。

（5）通過(guò)卸扣將電動(dòng)葫蘆上掛鉤掛在扒桿的吊耳上，下掛鉤掛在環(huán)形托架的吊耳上；然后將每根鏈條拉直，但不要張緊，保持提升力為0的狀態(tài)；然后在離罐壁80～100mm處將每根網(wǎng)桿徹底切斷，使網(wǎng)殼重量全部由提升機(jī)構(gòu)分擔(dān)。

（6）進(jìn)行第一次試提升，提升前需要進(jìn)一步確認(rèn)每根網(wǎng)桿已與罐壁徹底分離。確認(rèn)后，將網(wǎng)殼徐徐提升，提升高度不超過(guò)300mm時(shí)停下來(lái)作如下檢查與調(diào)整：仔細(xì)檢查吊裝機(jī)索具情況和吊耳、扒桿焊縫位置，確認(rèn)安全后方可進(jìn)行吊裝；檢查環(huán)形托架上表面的水平偏差，并控制在±50mm之內(nèi)。

（7）第二次試提升：網(wǎng)殼提升至第1圈罐壁板環(huán)焊縫時(shí)，關(guān)閉電動(dòng)葫蘆電源，利用罐壁板環(huán)焊縫水平檢查和調(diào)整網(wǎng)殼水平，并檢查各電動(dòng)葫蘆受力情況和各部位的焊縫受力情況。

（8）網(wǎng)殼提升：經(jīng)第一、第二次試提升后，網(wǎng)殼提升至第6帶罐壁板環(huán)焊縫處，關(guān)閉電動(dòng)葫蘆電源，檢查所有電動(dòng)葫蘆鏈條是否受力一致，并檢查環(huán)形托梁是否水平；網(wǎng)殼提升中，各電動(dòng)葫蘆在統(tǒng)一工作中，保持平穩(wěn)提升；并隨時(shí)觀察有無(wú)異常現(xiàn)象出現(xiàn)，若有出現(xiàn)必須及時(shí)調(diào)正；當(dāng)網(wǎng)殼整體提升到上網(wǎng)桿肢端離錐板下表面100mm時(shí)，應(yīng)停止整體提升，調(diào)整網(wǎng)殼水平后逐個(gè)將網(wǎng)殼提升至安裝高度要求時(shí)，再進(jìn)行與罐壁和錐板之間的連接；對(duì)于處在吊耳附近尚未到位的網(wǎng)桿，可謹(jǐn)慎地小幅度提升兩側(cè)吊點(diǎn)使之到位，并進(jìn)行焊接。

（9）在完成上網(wǎng)桿的邊節(jié)點(diǎn)組焊之后，方可進(jìn)行下網(wǎng)桿邊節(jié)點(diǎn)的組焊。

（10）檢查每個(gè)邊接點(diǎn)焊接是否有漏焊或少焊。檢查通過(guò)后，徹底割開(kāi)各網(wǎng)桿與環(huán)形托架之間的聯(lián)系。

（11）在確認(rèn)環(huán)形托架已徹底脫離網(wǎng)殼之后，將環(huán)形托架徐徐放下。

（12）必須清除因?yàn)樵诰W(wǎng)殼安裝罐壁及錐板時(shí)罐底留下的損傷，采用與母材相匹配的焊條補(bǔ)焊，并將表面進(jìn)行打磨平滑，還要做防腐處理工作。

2.3.3 起吊工藝要求

（1）對(duì)所使用的電動(dòng)葫蘆進(jìn)行試吊：將所有電動(dòng)葫蘆進(jìn)行全面檢查；任選5個(gè)電動(dòng)葫蘆進(jìn)行全負(fù)荷試驗(yàn),起升離地面約90mm，進(jìn)行10min的靜全負(fù)荷試驗(yàn)，并檢查是否正常；檢查全負(fù)荷后結(jié)構(gòu)變形情況。

（2）正式起吊前的檢查：受重后檢查起重鏈條的垂直度，且不得打扭（十分重要）；起吊10cm后靜止，檢查各吊點(diǎn)情況。

（3）起吊：安排專人指揮，要求信號(hào)明確；在起吊過(guò)程中有4～6人巡查各吊點(diǎn)受力情況（保證受力一致），起吊過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)電動(dòng)葫蘆異?；蚓W(wǎng)桿端部與罐壁觸碰，應(yīng)立即向起吊負(fù)責(zé)人匯報(bào)，并由負(fù)責(zé)人對(duì)上述情況修正后方可繼續(xù)起吊：在起吊過(guò)程中不應(yīng)有長(zhǎng)時(shí)間的停留，停留時(shí)間一般不超過(guò)100min。

（4）就位：快就位時(shí)應(yīng)停止整體提升，調(diào)整好網(wǎng)殼水平后逐個(gè)提升就位；全部就位后，必須把電源的總閘拉開(kāi)，切斷電源。

（5）注意事項(xiàng)：為避免罐壁正裝施工過(guò)程中遭遇強(qiáng)風(fēng)受損，應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙的位置及時(shí)設(shè)置罐壁加強(qiáng)圈；在覆蓋罐頂蒙皮前，若遭遇強(qiáng)降雨雪，應(yīng)及時(shí)將浮頂上的雨雪排入罐底，并及時(shí)排出罐外。

2.4 善后處理措施

（1）將環(huán)形托梁與網(wǎng)桿之間的所有聯(lián)系拆除后，將托梁徐徐放下，在罐底板上將托梁分成若干段從罐頂運(yùn)出，為第二臺(tái)罐網(wǎng)殼安裝作準(zhǔn)備；

（2）拆除小扒桿；

（3）將網(wǎng)殼低位組裝時(shí)罐底、罐壁、錐板的臨時(shí)焊接部位打磨干凈，并修補(bǔ)平整；

（4）網(wǎng)殼頂?shù)膹?qiáng)度、穩(wěn)定性及嚴(yán)密性試驗(yàn)應(yīng)在儲(chǔ)罐進(jìn)行充水試驗(yàn)時(shí)一并進(jìn)行，試驗(yàn)壓力要按照?qǐng)D紙技術(shù)要求。固定頂?shù)脑囼?yàn)正壓值為2200Pa，試驗(yàn)負(fù)壓值為-1200Pa。

2.5 核算

2.5.1 扒桿的核算

正常操作狀態(tài)下，單根扒桿的起重荷載（N）的計(jì)算方式見(jiàn)式（1）。

式中，N1——網(wǎng)殼重，t；

N2——起重工具重，t；

N3——“+”字形板帶的重量（為了蒙皮安裝在高空的安全性，允許在低位先焊一個(gè)“+”字形板帶），t；

40——扒桿數(shù)量。

萬(wàn)一某個(gè)扒桿失效，會(huì)將荷載轉(zhuǎn)嫁給相鄰扒桿。因此，單根扒桿的設(shè)計(jì)荷載（N0）采用N0=1.5N=1.5×3.5=5.25t。

扒桿最大應(yīng)力（σmax）校核如式（2）所示。

由式（2）可見(jiàn)，扒桿具有足夠的強(qiáng)度。需要注意的是，對(duì)于D=60的油罐，起重扒桿不應(yīng)少于40根，必須留有余地。圖2為扒桿示意圖。

2.5.2 環(huán)形托梁的核算

環(huán)形托梁及其尺寸和常規(guī)接頭型式示意圖分別見(jiàn)圖3、圖4和圖5。

圖2 扒桿示意圖

圖3 環(huán)形托梁示意圖

圖4 環(huán)形托梁的尺寸示意圖

圖5 環(huán)形托梁的常規(guī)接頭型式

托梁斷面為2[280×82×7箱形斷面；

箱形斷面面積2A=2×40.02=80.04cm2；

箱形斷面抗彎模量2Wx=2×339.5cm2=679cm2；

箱形斷面中徑D0=2952×2+18=5922cm。

托梁在起吊中承受的豎向荷載（Q）根據(jù)式（3）計(jì)算。

網(wǎng)桿端部推力引起環(huán)梁斷面上的拉力（H）（總計(jì)）見(jiàn)式（4）。

沿托梁圓周單位長(zhǎng)度上承受的推力（水平方向）（q1）計(jì)算見(jiàn)式（5）。

由水平推力q1引起托梁截面中的環(huán)拉力（H）計(jì)算見(jiàn)式（6）。

由H 引起的環(huán)向拉應(yīng)力（σH）計(jì)算見(jiàn)式（7）。

把托梁作為一圈連續(xù)梁，在垂直荷載作用下對(duì)彎曲應(yīng)力（σmax）的核算見(jiàn)式（8）。計(jì)算簡(jiǎn)圖采用某個(gè)吊點(diǎn)失效后，使支點(diǎn)間距擴(kuò)大一倍作為控制條件，此時(shí)吊點(diǎn)間距需加大一倍。

其中最大彎矩（Mmax=0.1q12），詳見(jiàn)式（9）。

環(huán)形托梁復(fù)合應(yīng)力（σ0）的核算見(jiàn)式（10）。

綜上所述，對(duì)于D=60m，起重量為140t的起重設(shè)施，采用以上斷面和40等分設(shè)置扒桿是安全的；若減少扒桿數(shù)量，環(huán)梁計(jì)算長(zhǎng)度會(huì)按平方比影響其強(qiáng)度。因此，需要采用更大的斷面。需要注意的是，吊點(diǎn)越少受力均勻性越差。

2.5.3 托梁吊耳計(jì)算

目前對(duì)于D=60m雙向子午線網(wǎng)殼整體提升所采用的起重工具及連接固定方式，已經(jīng)有幾十臺(tái)的成功施工經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，最容易被疏忽的薄弱環(huán)節(jié)是設(shè)在托梁上的吊耳。為此，對(duì)吊耳進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算。

網(wǎng)殼整體提升時(shí)的重力荷載包括：網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、十字型蒙皮板帶及起重工具的總重（W），其計(jì)算式見(jiàn)式（11）。