臥式筒形罐體徑向定位方法探究

呂兆蘋 吳小波 陳月松 陳治軍

（中廣核工程有限公司，遼寧 瓦房店116319）

0 引言

臥式筒形罐體（一般為圓柱形截面帶球形封頭）廣泛存在于電力及化工行業(yè)之中，以電廠為例，臥式筒形罐體主要包含給水除氧器、高低壓給水加熱器、復(fù)合式雙聯(lián)低壓加熱器、汽水分離再熱器、軸封加熱器、疏水收集罐等。制造廠給定的設(shè)備安裝圖上，徑向（垂直軸線方向）定位基準(zhǔn)一般為該筒形罐體的中心線，其中，水平橫向定位基準(zhǔn)一般為俯視圖筒體中心線投影， 標(biāo)高定位基準(zhǔn)為水平視圖筒體中心線投影。 而筒體中心線為存在于筒體內(nèi)部空間的虛擬線，普遍采用在筒形罐體設(shè)備兩端橢球形封頭標(biāo)記的中心點(diǎn)誤差很大，制造廠出廠時(shí)在罐體側(cè)壁上預(yù)留的“沖眼”可靠性有限，采用以設(shè)備到貨實(shí)測參數(shù)為依據(jù)的方法，在筒體外表面找到中心線的水平及垂直投影點(diǎn)對(duì)于精確進(jìn)行徑向定位意義重大，此方法還擺脫了對(duì)設(shè)備出廠前原始標(biāo)記的依賴。

1 臥式筒形罐體結(jié)構(gòu)介紹

臥式筒形罐體由罐體柱面、兩端橢球形封頭、支腿、內(nèi)部構(gòu)件等組成，如圖1 所示，罐體柱面由鋼板卷制拼焊而成，兩端的橢球形封頭與柱面采用對(duì)接焊方式連接成罐體，底部的型鋼支腿再與罐體柱面加強(qiáng)版焊接后用以支撐整個(gè)罐體的重量。

圖1 臥式筒形罐體結(jié)構(gòu)簡圖

罐體柱面的中心線是罐體找正定位的最可靠基準(zhǔn)線，采用罐體柱面中心線定位可以保證罐體相連的管道、儀表、附件有最直接的定位依據(jù)，能有效避免多次間接測量帶來的不必要的累積誤差，然而罐體柱面中心線是存在于罐體內(nèi)部的虛擬中心線，工程上必須將虛擬中心線水平、垂直投影到臥式筒形罐體外壁上，如何準(zhǔn)確無誤地找到投影線是本文研究的重點(diǎn)。

2 目前普遍采用的定位方法及特點(diǎn)分析

2.1 采用支腿定位

設(shè)備制造廠（或設(shè)計(jì)院）提供的設(shè)備安裝圖除了標(biāo)注罐體的中心線以外，往往同時(shí)標(biāo)注罐體底座的標(biāo)高位置，采用基礎(chǔ)底座的坐標(biāo)參數(shù)定位臥式筒形罐體的情況比較普遍，定位操作非常簡便，設(shè)備基礎(chǔ)標(biāo)高及縱橫中心位置成為影響設(shè)備定位的唯一因素，采用墊鐵或墊片進(jìn)行調(diào)整即可快速達(dá)到找正定位的目的。

然而， 采用基礎(chǔ)支腿定位的方法將導(dǎo)致罐子本體定位誤差非常大，支腿屬于型鋼結(jié)構(gòu)，引用的是鋼結(jié)構(gòu)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，在制造廠內(nèi)支腿下料、裝配、焊接過程中不可避免地引入巨大誤差，以支腿定位將導(dǎo)致制造廠內(nèi)對(duì)型鋼支腿下料、裝配、焊接環(huán)節(jié)的誤差反過來傳遞給罐體，罐體中心線位置將無法保證，進(jìn)而與罐體相連接的管道、儀表、附件偏差就處于失控狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)投運(yùn)后的功能實(shí)現(xiàn)以及安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成巨大威脅。

因此，采用基礎(chǔ)支腿定位的方法僅適用于一般設(shè)備初找正或要求不高、重要性差、接口少的臥式筒形罐體找正定位過程。

2.2 采用制造廠標(biāo)識(shí)定位

為了方便現(xiàn)場設(shè)備安裝，制造廠在設(shè)備制造完成后，在罐體側(cè)面分散地沖出一些淺孔或者焊接、涂刷小型標(biāo)識(shí)物，用于指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)備安裝。 但是這些標(biāo)識(shí)物并非制造廠控制的主要指標(biāo)，也并不是制造廠所擅長的方面， 因各家制造廠的制造水平及重視程度存在很大的差異，甚至出現(xiàn)同一罐體設(shè)備不同截面的標(biāo)識(shí)物離散嚴(yán)重，不在同一直線上，從而給現(xiàn)場安裝帶來了很大的困難。

因此，直接無條件的采用制造廠標(biāo)識(shí)物進(jìn)行定位找正，就引入了一個(gè)將制造廠標(biāo)識(shí)物標(biāo)記過程的誤差，過分依賴制造廠并不擅長的方面將導(dǎo)致設(shè)備最終定位偏差不可控，甚至出現(xiàn)無法定位的情況。 尋找一種以實(shí)際到貨設(shè)備筒體本身為基礎(chǔ)的中心線投影方法成為保證設(shè)備定位精度的方向。在制造廠未提供定位輔助標(biāo)識(shí)物情況下作為獨(dú)立找正定位的方法，在制造廠提供了輔助標(biāo)識(shí)物情況下作為復(fù)核標(biāo)識(shí)物準(zhǔn)確性的可靠手段。

2.3 實(shí)測罐體“頂部”和“底部”標(biāo)高方法

在設(shè)備頂部、底部分別放置標(biāo)尺，使用全站式水準(zhǔn)儀測量標(biāo)高，計(jì)算得出頂部與底部的中間位置標(biāo)高，反向投射到罐體外壁上來尋找中心線水平投影點(diǎn)， 再在左右兩側(cè)水平投影點(diǎn)通過軟繩找弧長中點(diǎn)，也就是在設(shè)備頂部或底部找到垂直投影點(diǎn)。

該方法相對(duì)于前述兩種方法有了很大的改進(jìn)，數(shù)據(jù)來源于實(shí)際到貨的罐體，不依賴制造廠提供的構(gòu)件間接測量。

頂部和底部標(biāo)高測量之前一定要先找到最高和最低點(diǎn)，然而筒形罐體頂部和底部相對(duì)較為平緩，肉眼很難直接確定出這個(gè)位置，即使在設(shè)備頂部放置一個(gè)大水平尺也很難發(fā)現(xiàn)圓弧與直線的切點(diǎn)，實(shí)際來說，圓弧與直線并不相切于一點(diǎn)，而是一小段圓弧。頂點(diǎn)或底點(diǎn)確定過程存在的偏差將會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的一系列數(shù)據(jù)都存在偏差，好在小范圍內(nèi)選取的頂點(diǎn)（或底點(diǎn)）標(biāo)高與實(shí)際頂點(diǎn)（或底點(diǎn)）標(biāo)高的偏差隨著選點(diǎn)位置的偏差變化并不明顯，具體情況詳見圖2 說明，可以認(rèn)定為初選的頂點(diǎn)或底點(diǎn)，是作為尋找水平投影點(diǎn)的輔助點(diǎn)，只要不直接作為垂直投影點(diǎn)即可，而最終垂直投影點(diǎn)的確定是依靠先前確定的水平投影點(diǎn)再次間接確定的。

圖2 初選頂點(diǎn)偏差對(duì)標(biāo)高的影響示意圖

此外，該方法使用的標(biāo)高測量工具使用時(shí)要求一定區(qū)域內(nèi)無障礙物，相對(duì)空曠，并且有足夠觀察的距離，這就受到了很大的限制，很多設(shè)備所處的環(huán)境并不具備這樣的條件。

3 筒體左右兩側(cè)緊貼重錘懸繩法

將一根兩頭系有重錘的細(xì)繩緊貼跨掛與筒形罐體上，通過測量兩垂線之間的垂直距離來尋找中點(diǎn)位置，再使用另外一線錘向上找到罐體底部的垂直投影點(diǎn)，在以此點(diǎn)為起點(diǎn)使用線繩繞罐一周，并在罐上劃線標(biāo)記，通過線繩中點(diǎn)找到頂點(diǎn)、四分點(diǎn)，這樣水平投影點(diǎn)、垂直投影點(diǎn)就都出現(xiàn)了。

若不采用通過測距離找中點(diǎn)位置的方法，也可以在罐體底部緊貼放置一根大水平尺，調(diào)平之后兩端分別與懸繩接觸，這兩個(gè)點(diǎn)上方的線繩中點(diǎn)即可確定為罐體的頂點(diǎn)，以此點(diǎn)為起點(diǎn)反過來使用線繩繞罐一周，通過線繩中點(diǎn)找到底點(diǎn)、四分點(diǎn)，這樣水平投影點(diǎn)、垂直投影點(diǎn)也就都出現(xiàn)了。

圖3 采用懸繩法找各投影點(diǎn)過程

記住，不能通過懸繩與罐體相切位置直接找水平投影點(diǎn)，因?yàn)閷?shí)際上圓弧與直線并不相切于一點(diǎn)而是一個(gè)范圍，至少肉眼判斷不出這個(gè)點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，臆測的切點(diǎn)微小的偏差將直接導(dǎo)致水平投影點(diǎn)標(biāo)高偏差，將直接導(dǎo)致罐體最后定位標(biāo)高錯(cuò)誤。

圖4 避免通過觀察切點(diǎn)找水平投影點(diǎn)

懸繩法找投影點(diǎn)的理論前提是假定臥式筒形罐體的筒壁為規(guī)則的圓柱形，然而實(shí)際供貨的設(shè)備截面因制造過程存在局部不圓、橢圓、凹陷、突起等缺陷，圓周弧長隨圓心角度的變化并非絕對(duì)的線性，存在微量的偏差，就會(huì)間接體現(xiàn)在通過線繩分中確定的投影點(diǎn)上，好在設(shè)備表面規(guī)則程度以及設(shè)備表面局部缺陷屬于制造廠質(zhì)量控制的主要指標(biāo)，偏差程度很小，但若最大程度消除這種影響，有效的方法就是多位置測量。

多次采用懸繩法在罐體上的每隔一定距離的不同截面找到投影點(diǎn)，將眾多投影點(diǎn)之間居中劃出一條直線，即可認(rèn)定為設(shè)備中心線的徑向（水平、垂直）投影線，也就找到了該罐體的徑向定位基準(zhǔn)。以此為基準(zhǔn)，按照設(shè)備安裝圖上與廠房基準(zhǔn)線的距離，即可非常實(shí)際有效對(duì)臥式筒形罐體進(jìn)行徑向定位。

圖5 投影線的最終確定

4 結(jié)語

設(shè)備找正在工程建設(shè)領(lǐng)域存在廣泛，涉及到施工人員和管理人員人數(shù)眾多，每種找正的方法都有特定的使用情況，本文通過列舉目前工程上普遍采用的各種方法，分析各種方法特點(diǎn)和不足，通過分析如何應(yīng)對(duì)不足來尋找改進(jìn)的方法，最后經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)了懸繩法的直接、精確的特點(diǎn)，為精度要求較高的臥式筒形罐體的找正定位提供了一項(xiàng)重要的選擇，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。