大型雙鋼低溫儲罐安裝工藝探索

(中石化第四建設(shè)有限公司，天津 300270)

0 引言

隨著我國對環(huán)境保護(hù)的高度重視，清潔能源的需求量越來越大，雙鋼低溫儲罐是儲存LPG、LNG、乙烯、丙烷等清潔能源的形式之一。雙鋼低溫儲罐一般容積較小，因此，操作靈活，節(jié)省投資。容積為20 000 m3,30 000 m3的儲罐應(yīng)用較為普遍，近些年也逐步向大型化發(fā)展，以50 000 m3和80 000 m3儲罐居多，目前國內(nèi)也有100 000 m3儲罐正在建設(shè)。

雙鋼低溫儲罐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以某項(xiàng)目的2臺80 000 m3雙鋼LNG儲罐為例，來探索安裝工藝，儲罐結(jié)構(gòu)如圖1所示。該雙鋼儲罐容積80 000 m3，總重 2 576 990 kg。主體由外罐和內(nèi)罐構(gòu)成，外罐內(nèi)徑60 000 mm，罐壁高度36 500 mm；內(nèi)罐內(nèi)徑58 000 mm，罐壁高度34 320 mm。另外還有承壓環(huán)、外罐拱頂、鋁吊頂、保冷系統(tǒng)和罐頂開孔接管等輔助結(jié)構(gòu)。該類儲罐罐體高、直徑大、質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料種類多，施工難度大、質(zhì)量要求高，因此儲罐的安裝工藝要充分考慮這些特點(diǎn)，先進(jìn)可靠的安裝工藝是儲罐順利建成的前提。

1 安裝工藝特點(diǎn)[1]

大型雙鋼低溫儲罐罐體安裝工藝通常有正裝法和倒裝法。正裝法以氣吹升頂；倒裝法以液壓頂升等方法最為常用，每種安裝方法各有特色。

圖1 大型雙鋼低溫儲罐結(jié)構(gòu)示意

1.1 正裝法

正裝法的安裝工藝是儲罐壁板從底層第一圈開始，自下而上依次組裝焊接，組焊完成頂圈壁板后組裝加強(qiáng)圈、承壓環(huán)、罐頂結(jié)構(gòu)及附件等。

正裝法的優(yōu)點(diǎn):各工序工作明確，協(xié)調(diào)工作較少，自動焊可以充分應(yīng)用，有利于提高焊接質(zhì)量，工藝成熟，故被普遍采用。其缺點(diǎn)：高空作業(yè)多，涉及大型吊車和大量的架設(shè)，成本較高，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

正裝法通常采用氣吹升頂法安裝工藝，先鋪設(shè)、組焊罐底板，之后正裝法安裝組焊罐壁板、承壓環(huán)，同時在罐底組焊罐頂結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行氣吹升頂準(zhǔn)備，包括平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的安裝等，再利用鼓風(fēng)機(jī)將罐頂整體氣吹升頂?shù)筋A(yù)定位置組焊完成。

氣吹升頂法安裝工藝的優(yōu)點(diǎn)是，罐頂組裝和焊接都在底層，可省去高空腳手架的搭設(shè)，避免了大量高空作業(yè)，施工成本較低，罐頂質(zhì)量有保證。其缺點(diǎn)是氣吹升頂準(zhǔn)備工作復(fù)雜，平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝都必須嚴(yán)格無誤，需用的特殊設(shè)備多，投入較大，工裝種類多，措施用料用量大，氣吹升頂必須萬無一失，升頂過程要統(tǒng)一指揮，各工種協(xié)調(diào)配合；罐壁板的焊接變形和幾何尺寸要嚴(yán)格控制，尤其是垂直度、橢圓度、局部變形必須符合偏差要求，否則氣吹升頂過程有發(fā)生卡碰的風(fēng)險(xiǎn)，影響氣吹升頂?shù)捻樌M(jìn)行。

1.2 倒裝法

倒裝法的安裝工藝是在罐底板鋪設(shè)焊完后，先組對焊接頂圈罐壁板和罐頂，然后自上而下逐圈壁板組裝焊接與提(頂)升，直至底圈壁板安裝完畢。

倒裝法的優(yōu)點(diǎn)：組裝和焊接都在底層，節(jié)省腳手架，采用較小型的吊車設(shè)備，避免大量高空施工作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低，施工成本較低，工期較短。其缺點(diǎn)：倒裝施工所需的工裝和設(shè)備多，安裝和拆卸需投入一定的人力和時間，各工序要銜接緊密，協(xié)調(diào)工作多，一定程度上限制了自動焊的應(yīng)用，尤其是壁板內(nèi)側(cè)焊縫只能采用手工電弧焊焊接。

倒裝法通常采用液壓頂升倒裝法安裝工藝，利用均布在罐壁內(nèi)側(cè)邊柱上的液壓千斤頂提升與罐壁板下部臨時脹緊固定的脹圈，使上圈壁板隨脹圈一起上升到預(yù)定高度，再組焊第2圈壁板，然后松開脹圈，降至第2圈罐壁板下部脹緊、固定后再次提升。如此往復(fù)，直至組焊完成所有罐壁板。

液壓頂升倒裝法安裝工藝的優(yōu)點(diǎn)是，避免了高空作業(yè)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)低，施工速度快，施工工期容易保證；借助機(jī)、電、液一體化工作原理，通過智能檢測控制技術(shù)，液壓千斤頂提升能力可以根據(jù)需要進(jìn)行任意組合配置，實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件整體提升；工作效率高，施工成本較低。其缺點(diǎn)是，涉及工裝種類較多，措施用料投入較大；液壓千斤頂設(shè)備投入需要一定費(fèi)用；施工人員集中在罐底部內(nèi)外工作，需要統(tǒng)一指揮，工序之間需密切協(xié)調(diào)。

2 本項(xiàng)目采用的安裝工藝[2]

本項(xiàng)目采用液壓頂升倒裝法組裝外罐、正裝法組裝內(nèi)罐的施工工藝，先安裝外罐，后安裝內(nèi)罐。外罐液壓頂升倒裝是按照先施工罐底邊緣板和中幅板,然后組裝頂圈罐壁板、承壓環(huán)和拱頂(包括鋁吊頂)，再借助罐內(nèi)安裝的液壓千斤頂作為提升動力，自上而下施工其余壁板，從而完成外罐主體組裝的儲罐倒裝施工方法。外罐壁應(yīng)預(yù)留臨時大門，內(nèi)罐材料由此門運(yùn)入罐內(nèi)，外罐安裝完成后正裝法組裝內(nèi)罐，在內(nèi)罐底邊緣板安裝完畢后，安裝第1圈壁板，第1圈壁板立縫焊接完畢后，在罐內(nèi)安裝內(nèi)掛臨時鋼平臺，在此作業(yè)面上進(jìn)行第2圈壁板的安裝、組對和焊接。第1圈環(huán)縫焊接后，按照第1層作業(yè)面的要求在第2圈壁板上搭設(shè)第2層作業(yè)面，完成第3圈壁板的安裝、焊接。在第2圈環(huán)縫焊接完畢后，將第1層作業(yè)面的臨時鋼平臺拆除，在第3圈壁板上搭設(shè)下一層作業(yè)面，依此向上安裝各圈壁板。最后安裝罐底保冷結(jié)構(gòu)的同時，安裝內(nèi)罐底中幅板[3-4]。

該項(xiàng)目內(nèi)罐體的罐底、罐壁材料為9%Ni鋼，內(nèi)罐底板下面鋪設(shè)泡沫玻璃磚保冷材料，對低溫鋼和泡沫玻璃磚保冷材料需要做好防雨措施。因該類儲罐施工周期長，一般難以避開雨季施工，由于罐體高、直徑大，防雨措施很難采取。安裝工藝應(yīng)選擇先安裝外罐、后安裝內(nèi)罐，內(nèi)罐在建成的外罐內(nèi)施工，既不需采取防雨措施；又避免了雨、雪、風(fēng)等不利天氣因素對內(nèi)罐施工的影響。

2.1 外罐安裝

先正裝安裝最上圈罐壁板；之后安裝承壓環(huán)、外罐拱頂和鋁吊頂；再采用液壓頂升倒裝安裝其余各圈罐壁板，避免了罐頂施工所需的大量架設(shè)工作和高空作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

外罐安裝順序[5-6]：施工準(zhǔn)備→基礎(chǔ)驗(yàn)收→外罐罐底板鋪設(shè)、組焊→外罐頂圈壁板組焊→外罐壁承壓環(huán)與頂圈壁板組焊→罐內(nèi)臨時支架安裝、分片安裝拱頂骨架→外罐頂板組焊及罐頂附件安裝→鋁吊頂組焊→液壓頂升設(shè)備安裝→依次頂升安裝組焊剩余各圈壁板并同步安裝加強(qiáng)圈→外罐底圈壁板開設(shè)臨時大門→外罐罐底大角縫、收縮縫組焊→內(nèi)罐充水試驗(yàn)完成后外罐臨時大門封閉→外罐氣密試驗(yàn)。

2.2 內(nèi)罐安裝[7]

內(nèi)罐采用正裝法安裝，該安裝工藝成熟，安全可靠，施工效率高，自動焊可以充分應(yīng)用，有利于提高焊接質(zhì)量。

內(nèi)罐安裝順序[8]：罐底邊緣素混凝土鋪設(shè)→罐底邊緣保冷施工→罐底邊緣混凝土環(huán)梁施工→內(nèi)罐底邊緣板鋪設(shè)、組焊→內(nèi)罐第1圈壁板安裝組焊→內(nèi)罐第2圈壁板安裝組焊→內(nèi)罐壁板臨時大門開設(shè)→內(nèi)罐其余壁板安裝組焊并同步安裝加強(qiáng)圈→罐底中心部分素混凝土鋪設(shè)→罐底中心部分保冷安裝→罐底中心部分干砂鋪設(shè)→罐底中幅板安裝組焊→罐內(nèi)管線及附件安裝→內(nèi)罐臨時大門封閉→內(nèi)罐充水試驗(yàn)。

2.3 安裝過程的關(guān)鍵點(diǎn)

外罐液壓頂升倒裝、內(nèi)罐正裝安裝工藝的關(guān)鍵內(nèi)容和要點(diǎn)包括：外罐液壓頂升設(shè)備的配置、外罐壁板安裝用脹圈的制作安裝、外罐臨時出入門的開設(shè)、內(nèi)罐第1圈壁板的安裝及內(nèi)罐臨時大門的開設(shè)、內(nèi)罐大角縫的組對焊接、內(nèi)罐臨時大門的封閉等。

2.3.1 外罐液壓頂升設(shè)備的配置

液壓頂升設(shè)備中的液壓千斤頂?shù)臄?shù)量應(yīng)根據(jù)提升的最大質(zhì)量選取，每個液壓千斤頂?shù)淖畲筇嵘間(一般按照額定頂升質(zhì)量的80%計(jì)算)，液壓千斤頂數(shù)量N按下列公式計(jì)算：

N=ψG/g

式中N——液壓千斤頂數(shù)量，臺；

ψ——不均勻載荷系數(shù)，通常取1.2;

G——最大提升質(zhì)量，t；

g——每個液壓千斤頂?shù)淖畲筇嵘Γ瑃。

各參數(shù)按如下要求考慮。

G=外罐頂質(zhì)量+鋁吊頂質(zhì)量+外罐壁質(zhì)量+罐頂安裝的開孔接管質(zhì)量+安裝的罐頂鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量+2臺電動葫蘆的質(zhì)量

每臺儲罐配備一套液壓頂升設(shè)備，包括數(shù)臺油站(既可連在一起由一個控制箱控制聯(lián)動，也可單獨(dú)操作)，N臺液壓千斤頂，N個提升架，以及配套的高壓膠管、閥門、三通和工裝等。

圖2 液壓頂升設(shè)備布置示意

以3臺YB-60型液壓油站聯(lián)合控制、60臺SQD-300-100S.F型松卡式液壓千斤頂、60個ST-3000-300型提升架為例，液壓頂升設(shè)備均布在罐內(nèi)距罐壁250 mm的圓周上，液壓頂升設(shè)備布置示意見圖2，液壓千斤頂安裝示意見圖3，液壓頂升原理示意見圖4。

圖3 液壓千斤頂安裝示意

圖4 液壓頂升原理示意

2.3.2 外罐壁板安裝用脹圈的制作安裝

圖5 脹圈安裝示意

脹圈采用25c型槽鋼滾弧后對扣焊接，脹圈的外弧應(yīng)與罐壁的內(nèi)弧半徑一致。脹圈分段制作，通過32 t千斤頂脹緊在罐壁板內(nèi)側(cè)下部，在32 t千斤頂處和每個提升支柱的兩側(cè)脹圈上，均需加設(shè)龍門板防止脹圈扭曲和翻轉(zhuǎn)。脹圈安裝示意見圖5。

2.3.3 外罐臨時出入門的開設(shè)

外罐底圈壁板組裝后，用于臨時出入門的壁板暫不焊接，待出入門加固措施焊接完畢、第1圈及第2圈壁板間的環(huán)焊縫焊完后，拆除用于臨時出入門的壁板，開設(shè)臨時出入門，用于內(nèi)罐材料及施工機(jī)具和人員的出入。出入門的設(shè)置方位以及加固措施按施工圖紙的要求施工。

2.3.4 內(nèi)罐第1圈壁板的安裝及內(nèi)罐臨時大門的開設(shè)

內(nèi)罐第1圈壁板的安裝質(zhì)量是壁板整體安裝質(zhì)量的基礎(chǔ)和保障。每張壁板的定位要準(zhǔn)確，選定起始位置后，開始逐張起吊安裝壁板，使用立縫卡具將兩相鄰壁板固定到位，使用帶加減絲的斜支杠將壁板找正，每張板都要控制好安裝幾何尺寸。壁板立縫在內(nèi)側(cè)進(jìn)行組對點(diǎn)焊，組對時用立縫卡具進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)格執(zhí)行組對質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)保證組對間隙，嚴(yán)格控制錯邊量，同時要考慮焊接變形的控制，采取適當(dāng)?shù)姆醋冃未胧?/p>

在第1圈壁板安裝時，臨時大門處要安裝臨時壁板(臨時壁板厚度≥16 mm，寬度與正式壁板相同)，四周用H型鋼(H型鋼型號一般要大于H300)分段焊接加固。

臨時大門處的臨時壁板在第1圈及第2圈壁板間的環(huán)焊縫焊完后拆除，加固用的H型鋼不拆除。

2.3.5 內(nèi)罐大角縫的組對焊接

在第4圈壁板安裝、立縫組對合格后，將壁板與邊緣底板找正并組裝大角縫。在大角縫開始焊接前，在第一圈壁板及邊緣板間安裝臨時斜支撐，防止焊接時邊緣板上翹變形。大角縫焊接應(yīng)從內(nèi)側(cè)開始，然后從外側(cè)清根，再進(jìn)行外側(cè)焊接。

2.3.6 內(nèi)罐臨時大門的封閉

罐壁板及罐內(nèi)的安裝工作全部結(jié)束后,封閉內(nèi)罐壁臨時大門,正式大門壁板焊接完成后,再拆除加固用的H型鋼。

3 結(jié)語

大型雙鋼低溫儲罐的施工,外罐采用液壓頂升倒裝法、內(nèi)罐采用正裝法施工，減少了高空作業(yè)，外罐壁板成型和幾何尺寸偏差控制較好,內(nèi)罐壁板焊接質(zhì)量優(yōu)良。該安裝工藝有利于現(xiàn)場安全管理，具有勞動效率高、施工成本低、施工質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，對今后的同類工程施工具有參考意義。