楊平(蘭州寰球工程有限公司， 甘肅 蘭州 730060)

大型浮頂油罐水浮正裝法探究

楊平(蘭州寰球工程有限公司， 甘肅 蘭州 730060)

本文介紹了大型儲(chǔ)備浮頂油罐的水浮正裝法，以期對石油化工建設(shè)企業(yè)將來在有豐富的水源、且使用價(jià)格低廉、有供排水的條件的施工區(qū)域附近，安裝該類型儲(chǔ)罐時(shí)有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

水浮正裝法；施工工藝；組焊；充水

我國在大型浮頂油罐的設(shè)計(jì)和制造業(yè)已形成系列和標(biāo)準(zhǔn)。各施工單位在工程實(shí)踐中，創(chuàng)造了多種多樣的組裝工藝方法，其中水浮正裝浮頂油罐就是其中一例。該工藝以簡單、安全、成本低而得到廣泛應(yīng)用。每次都在具體工藝方法、工序及施工管理上作了進(jìn)一步改進(jìn)和完善，使該工藝方法和管理日趨成熟，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工藝原理

水浮正裝法安裝浮頂罐，就是利用罐本體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將外抗風(fēng)圈用吊欄與浮頂連接起來，作為施工內(nèi)外作業(yè)面。利用供水系統(tǒng)向罐內(nèi)沖水，水對浮頂產(chǎn)生浮力，將浮頂連同抗風(fēng)圈一起浮起。這樣，施工人員可在抗風(fēng)圈和浮頂上組焊壁板，由下至上，直至完成罐壁和浮體安裝。

即由下列式子表述：

式中：V浮為浮頂船倉總排水量；V排為船艙實(shí)際排水量；γ為水的比重；W0為浮頂重量；W1為吊欄及抗風(fēng)圈重量；W2為浮頂、吊欄承載的人員和機(jī)具重量；R1為船艙內(nèi)側(cè)板到罐中心距離(船艙內(nèi)側(cè)半徑)；R2為船艙外側(cè)板到罐中心距離(船艙外側(cè)半徑)；α為船艙下表面坡度；H為船艙實(shí)際吃水高度。

2 施工工藝

2.1 施工工序

施工工序主要由底板組焊、浮頂組焊、壁板組焊、內(nèi)部構(gòu)件安裝四步驟組成，具體見圖1。

2.2 施工方法

(1)罐底板的鋪設(shè)與焊接 ①鋪設(shè)底板時(shí)，按底板排版圖預(yù)制編號(hào)，在中心板上劃出中心線，使其與基礎(chǔ)中心線重合。然后按順序向四周擴(kuò)散鋪設(shè)。底板直徑比設(shè)計(jì)直徑放大1.6‰，以補(bǔ)償焊接收縮量。②底板邊緣弓形板組對時(shí)，其對接縫應(yīng)是外側(cè)間隙與內(nèi)側(cè)間隙比為0.5左右。③底板點(diǎn)焊固定與焊接，應(yīng)在弓形邊緣板焊接合格，第一、二帶壁板及角焊縫組焊合格后，以壁板為剛體，點(diǎn)焊固定底板。在正式焊接前，首先將底板的所有三重疊口(馬蹄口)焊接100mm左右，再施焊中幅板。中幅板焊接應(yīng)先焊短縫后再焊長焊縫。方法是以中心為起始點(diǎn)，沿圓周方向擴(kuò)散，隔縫分段退焊，底板中幅板焊完后，不可將邊緣板搭接縫點(diǎn)焊鏟開，應(yīng)直接焊接邊緣縫。④底板與壁板間的角縫焊接，應(yīng)內(nèi)外側(cè)角縫同時(shí)交錯(cuò)同向?qū)ΨQ分段退焊。嚴(yán)格控制焊接電流。根據(jù)不同板厚選擇合適的焊接工藝，焊接層次。角縫焊接應(yīng)先將腰高喉高用較大直徑電焊條焊起，再用小電流堆焊下面的加強(qiáng)焊，防止底板邊緣部分變形，每層焊接應(yīng)間隔時(shí)間，以使熱量散失。⑤底板焊接工藝參數(shù)。a焊接電流150A左右；b焊接電壓24V左右；c焊接速度350mm/min。

(2)浮頂組焊 ①船艙組焊采用在平臺(tái)上分段組焊，每兩個(gè)艙為一組，并將船艙半徑比設(shè)計(jì)尺寸放大2‰，每組船艙內(nèi)外側(cè)板留出適當(dāng)調(diào)節(jié)余量。組焊成型后，防腐油漆試漏，最后吊入罐內(nèi)，在搭設(shè)好的臨時(shí)胎架上組焊成整體。②臨時(shí)網(wǎng)狀胎架設(shè)置，根據(jù)基礎(chǔ)坡度和浮頂各部分坡度要求及浮頂起浮初始高度，確定網(wǎng)架高度與坡度。利用型材制安胎架，找出直線度達(dá)到組焊要求。網(wǎng)架主支點(diǎn)及橫梁應(yīng)設(shè)置在距焊縫50mm處。在胎架鋪設(shè)單盤板同鋪設(shè)底板一樣程序，只是搬運(yùn)方法有所不同。③單盤板焊接是以船艙作剛體，先將單盤板找平點(diǎn)焊固定，再與船艙連接焊。焊接單盤板與中幅板前先將下表面焊縫間斷焊固定，再施焊上表面。其它焊接工藝程序同底板。④浮頂上所有開孔部位在開孔前，應(yīng)先將其下表面附近的焊縫連續(xù)焊300mm以上。⑤船艙單盤板與連接角鋼的焊接。連接角鋼大多是火煨而成表面著碳較多。在焊接前，用氣焊加熱除碳，最后人工處理一遍，然后再正式焊接，這樣可以防止焊接裂紋。

圖1 30000m3浮頂罐施工工序

(3)罐壁組焊 ①應(yīng)注意第一、二代壁板組對焊接質(zhì)量，它對后續(xù)板組對質(zhì)量有很大影響，而且也受底板的熱脹冷縮影響。因此，組焊壁板應(yīng)選擇在氣溫較低的時(shí)候進(jìn)行。②采取適當(dāng)措施，處理罐基礎(chǔ)對壁板安裝的影響。這個(gè)影響使罐邊緣基礎(chǔ)表面的瀝青砂漿受溫度影響軟化，對壁板垂直度的影響。③壁板立縫焊接，先焊中間段，其次下段，最后焊上段。在焊下段時(shí)，應(yīng)在下端留出一定長度，待整個(gè)焊縫焊完后再焊。④壁板組對調(diào)整。利用浮頂做作業(yè)面組對壁板時(shí)，應(yīng)先將浮頂臨時(shí)固定在下端已組焊成型的壁板上，利用浮頂作支撐點(diǎn)，對稱調(diào)整壁板。⑤利用加強(qiáng)圈、包邊角鋼圈調(diào)整罐壁橢圓度。利用加強(qiáng)圈、包邊角鋼圈剛性大于壁板剛性，強(qiáng)制調(diào)整橢圓度。

(4)內(nèi)部構(gòu)件安裝 ①安裝彈性密封裝置時(shí)，先將橡膠袋外表面涂一層潤滑物，再包上聚氨酯，用螺栓臨時(shí)固定，進(jìn)行圓周對稱安裝。②中央排水管安裝時(shí)，先將直角旋轉(zhuǎn)彎頭與管子連接，注滿水，做90°內(nèi)的任意旋轉(zhuǎn)，檢查是否靈活、漏水，再安裝就位。

3 主要工藝裝置

(1)供排水裝置由2臺(tái)水泵、底閥、止回閥、閘法、管道、壓力表組成。作用是向罐內(nèi)輸送水，浮起組焊成型的浮頂及吊欄，做為施工作業(yè)面；或是將罐內(nèi)水排放，以便沉降浮頂。

①根據(jù)水泵的性能、參數(shù)，選擇泵的安裝位置，并對各性能參數(shù)進(jìn)行校核。

式中：Z1為泵入口側(cè)液面至泵軸線高度；Z2為泵出口側(cè)最高液面至泵軸線高度；P2、P1為出入口側(cè)液面壓力；γ為水重度；l2、l1為出入口側(cè)直管長度；d2、d1為出入口側(cè)管直徑；ξ2、ξ1為出入口側(cè)管件、閥門阻力系數(shù)；λ2、λ1為出入口側(cè)直管摩擦系數(shù)；V2、V1為出入口介質(zhì)流速；H為理論揚(yáng)程；H實(shí)為實(shí)際揚(yáng)程；Hs為泵銘牌允許吸上真空高度；Hs′為當(dāng)?shù)夭僮鳁l件下的允許吸上真空高度；P1為當(dāng)?shù)卮髿鈮?；P2為操作溫度下的水的飽和蒸汽壓；

②充水時(shí)間(以最寬一帶板容積計(jì)算)T=Vmax/Q，得出T滿足施工需要。③放水時(shí)間(以自然排放罐公稱容積水量計(jì)算，不計(jì)管道阻力)

當(dāng)H=罐公稱容積高度時(shí)，t=0，得出C值；

當(dāng)H=0時(shí)，求得t。

R為罐半徑；r為管道半徑；g為重力加速度。

當(dāng)自然排放水所需時(shí)間滿足施工需要，則用泵抽水可不計(jì)算。

(2)吊欄裝置由抗風(fēng)圈和“F”型結(jié)構(gòu)及加固件組成。吊欄計(jì)算由下列計(jì)算式表達(dá)：

F1=K×(W1+W2+W3)/n確定主吊欄直徑

由F1L1=F2L2，F(xiàn)2=F1L1/L2確定平衡拉桿直徑

由F3=F1+F2，λ=μ1×σ3/ρ=F3/φA確定支柱截面積

由F1L1=M，σ1=M/W確定截面尺寸

式中：W1為抗風(fēng)圈重量；W2為副吊桿及加固件重量；W3為所載機(jī)具人員重量；l1、l2為吊桿與平衡拉桿到支點(diǎn)的距離；F1為主吊桿受拉力；F2為平衡桿受拉力；K為系數(shù)取2；ρ為支柱慣性半徑；μ為長度修正系數(shù)；φ為折減系數(shù)；A為支柱截面積；M為橫梁所受彎矩；F3為支柱所受壓力；σ1、σ3為橫梁彎矩應(yīng)力，支柱壓應(yīng)力。

(3)導(dǎo)向裝置 浮頂在浮升過程中，由于浮頂負(fù)載不均勻有積水流動(dòng)影響，而處于漂移狀態(tài)。為使浮頂浮升穩(wěn)定，利用導(dǎo)向管和量油管的對稱性，作導(dǎo)向裝置。

4 注意事項(xiàng)

①船艙成型胎架，一定要保證同一圓周線的平面度。②船艙與單盤板的焊接應(yīng)嚴(yán)格按照程序進(jìn)行。③船艙作氣密性試驗(yàn)時(shí)，要嚴(yán)格控制試驗(yàn)壓力，防止變形。④充水前，應(yīng)全面檢查浮頂?shù)鯔谂c其它部件有無剛性連接及吊欄的安全質(zhì)量。作好起升準(zhǔn)備工作。⑤充水時(shí)，應(yīng)注意浮頂上表面必須距已成形壁板上環(huán)縫500mm左右，防止冒頂。充水過程中，應(yīng)設(shè)專人值班，隨時(shí)檢查有無蹩卡現(xiàn)象。同時(shí)觀測基礎(chǔ)沉降情況。若發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)沉降超標(biāo)，或罐體浮頂滲水及其它異常情況，應(yīng)立即停止進(jìn)水。⑥量油管、導(dǎo)向管的安裝垂直度應(yīng)保證在1‰之內(nèi)。⑦浮頂升降實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意密封裝置是否合適，刮蠟機(jī)構(gòu)是否合適，檢查浮動(dòng)梯轉(zhuǎn)動(dòng)行走是否靈活，中央排水管是否漏水。⑧整個(gè)安裝過程應(yīng)隨時(shí)檢查罐體幾何尺寸和形狀，并及時(shí)修整，防止出現(xiàn)累積誤差。

5 結(jié)語

大型浮頂油罐水浮正裝法工藝方法簡單，所需施工機(jī)具少，措施用料少；施工作業(yè)安全無交叉；組焊工位條件好，有利于施工質(zhì)量控制；施工進(jìn)度快，成本低。其次，這種工藝方法較氣浮倒裝法和搭設(shè)臨時(shí)作業(yè)架正裝法更為經(jīng)濟(jì)和安全。

[1]立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范[S]. GB50128-2014.

[2]石油化工立式圓筒形鋼制儲(chǔ)罐施工技術(shù)規(guī)程[S].SH/ T3530-2011.

[3]鋼制焊接常壓容器[S].NBT47003.1-2009.