王宏強

中石化第四建設有限公司 天津 300270

隨著石化工業(yè)的不斷發(fā)展，我國大型儲罐正向大型化、群罐化發(fā)展，近年來在大型儲罐的施工中，先進的施工工藝備受重視。大型拱頂儲罐的建造要同時考慮儲罐主體和網殼施工方法。本文依據中安聯合煤化工有限責任公司5萬m3金屬拱頂儲罐建設的成功經驗，探討大型拱頂儲罐的儲罐主體正裝和網殼倒裝相結合的施工方法。

1 工程簡況

中安聯合煤化有限責任公司煤制 170萬t/a甲醇及轉化烯烴項目高鹽水暫存罐區(qū)安裝工程共有8臺5萬m3高鹽水儲罐，儲罐都為拱頂網殼結構，儲存介質為高濃度鹽水，外罐材質為Q370R+Q345R+Q235B。儲罐正裝無論從進度、質量均可保證，但拱頂網殼要在壁板安裝結束后才可采取倒裝法施工，因此本文從網殼倒裝出發(fā)論述網殼倒裝施工的工藝。

2 網殼倒裝施工工藝

網殼倒裝施工流程示意圖如圖1所示。

2.1 雙向子午線鋼網殼安裝

圖1 網殼倒裝施工流程示意圖

2.1 .1網殼組對安裝準備

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

（2）網殼組對在罐底板0.5～1m左右高度進行施工。

（3）由網殼安裝單位與設計人員商定網殼平面坐標軸的走向，并在罐底板與罐壁上作出相應標記。

（4）根據網殼安裝要領書節(jié)點，在罐底板上標出安裝時各個支撐點的平面位置，安裝臨時支撐桿。

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

（6）對雙向子午線網殼進行低位置組焊。

2.1.2 網殼網桿安裝

為了保證下層網桿的安裝和起拱高度，在安裝下層網桿之前，應以X軸與Z軸的交點為中心，對稱臨時設置約41根豎向支撐桿，在X軸線方向固定，垂直方向用經緯儀或線墜進行找正，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焊牢固。支點的Y向坐標允差為±10mm，X向及Z向坐標允差為±25mm。

然后對邊節(jié)點和上、下網桿進行安裝和防腐修補：

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

（2）地面拼接所有X向、Z向的接長網桿，且按焊接要求焊接完成。

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

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

（5）網桿的安裝嚴禁強力組裝。

（6）網殼的焊縫及油漆破壞部位用鋼絲刷進行手工除銹清理。清理完畢后，按防腐施工要求對破壞部位進行修補，修復后的總漆膜厚度應符合技術協議要求。

2.1.3 蒙皮板安裝

（1）蒙皮安裝前，組焊完畢的網殼結構的節(jié)點坐標應符合要求；

（2）蒙皮對儲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，從罐頂中部開始,沿著與X軸和Z軸45°角的方向鋪設；

（3）相鄰蒙皮板之間的搭接寬度不應小于5倍板厚；

（4）蒙皮板焊接后的表面凹凸度，用弦長不小于2m的樣板測量，相鄰網桿間的最大凹陷量不應超過25mm；

（5）罐頂開孔必須避開網桿所在位置；

（6）蒙皮在網殼吊裝前僅鋪設十字中心部分，其余部分在網殼提升吊裝與錐板焊接完成后鋪設。

2.1.4 錐板安裝

（1）頂圈罐壁驗收應在錐板組焊之前，并要對儲罐最上圈罐壁上口進行水平度測量，要求如下：沿圓周每10m弧長上任意兩點的水平允許偏差為2mm，整個圓周上任意兩點的水平允許偏差為6mm；儲罐罐壁上口任意點的半徑允許偏差值±25mm。

（2）錐板安裝要求：安裝錐板前應安裝支持板，D=60m儲罐支持板圓周等分，嚴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)梁的內表面上畫出與罐壁外壁組裝的弧線，且在壁板上預先劃好錐形板的位置線，組裝時罐壁外壁必須根據弧線走向，以保證儲罐筒體的圓度；邊環(huán)梁對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外支持板上，接口處用鎖具固定好；錐板組焊后用儲罐罐壁的樣板檢查儲罐筒體的圓度，必須保證儲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）錐板的自身對接焊縫應采用全熔合、全焊透的等強度接頭，并采用與材質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均分焊接，沿同方向同時焊接；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,應避免錐板與罐壁之間的夾角變形超標；

（3）錐板焊接完畢后，拆除支撐錐板支持板，打磨壁板內、外焊疤與罐壁齊平；

（4）網殼之間的搭接角焊縫和邊環(huán)梁之間的對接焊縫應按現行GB50205-2001《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》中的3級焊縫進行檢驗。

2.2.2 網桿、邊節(jié)點連接件的焊接

（1）同一條子午線上的網桿現場拼接采用連接板夾持等強度形式連接；

（2）網桿的桿端與連接板、托板、罐壁及錐板之間采用連續(xù)滿角焊；

（3）上、下網桿的焊接嚴格按焊接技術要求規(guī)定的焊接形式，應從中心頂部向四周焊接，在焊接過程中逐步拆除中間支撐桿；

（4）下網桿的連接板應緊貼網桿平面的墊板，連接板的豎向位置和頂端應頂住罐壁板和錐板，并施以連續(xù)角焊，焊腳高度為相焊件中較薄件的厚度；上網桿的連接板應緊貼網桿底部的托板，連接板的豎向位置和頂端應頂住罐壁板和托板，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滿角焊，內側不予焊接；

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

（3）蒙皮與網殼桿件之間不允許焊接。

2.3 雙向子午線鋼網殼結構的吊裝

2.3.1 基本概況

網殼結構的組裝、焊接在罐底板表面0.5～1m高度進行。待網殼整體安裝完成后，需在網殼的桿端底部與吊裝用的環(huán)形托梁進行連接，并在托梁的上表面均布分出網殼整體提升的吊點位置；待完成全部罐壁板的安裝及錐形板的安裝后，在儲罐的外腳手架頂部用線墜找出環(huán)形托梁對應的吊點位置，并標注在錐形板表面，在錐板標注的位置安裝臨時扒桿和電動葫蘆；將電動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，鏈條處在預緊狀態(tài)；然后在離罐壁80～100mm處將每根網桿徹底和罐壁分離，使網殼重量全部由40套提升機構分擔，φ60m網殼整體起吊重量約為150t，單臺環(huán)鏈電動葫蘆有效起吊載荷為10t，鏈條長度為22m，其工作特征：速度低而均衡；最終將網殼提升至指定高度，再按設計要求將網桿端部與罐壁和錐形板進行連接。

2.3.2 網殼結構吊裝順序

（1）在網殼下面設置一圈距離罐壁300mm的環(huán)形托架。

（2）采用連接件將每根網桿與環(huán)形托架固定，使整個網殼結構完全支撐在環(huán)形托架上。

（3）在環(huán)形托梁的上平面均勻地設置40個吊耳，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。

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

（5）通過卸扣將電動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處將每根網桿徹底切斷，使網殼重量全部由提升機構分擔。

（6）進行第一次試提升，提升前需要進一步確認每根網桿已與罐壁徹底分離。確認后，將網殼徐徐提升，提升高度不超過300mm時停下來作如下檢查與調整：仔細檢查吊裝機索具情況和吊耳、扒桿焊縫位置，確認安全后方可進行吊裝；檢查環(huán)形托架上表面的水平偏差，并控制在±50mm之內。

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

（8）網殼提升：經第一、第二次試提升后，網殼提升至第6帶罐壁板環(huán)焊縫處，關閉電動葫蘆電源，檢查所有電動葫蘆鏈條是否受力一致，并檢查環(huán)形托梁是否水平；網殼提升中，各電動葫蘆在統(tǒng)一工作中，保持平穩(wěn)提升；并隨時觀察有無異?，F象出現，若有出現必須及時調正；當網殼整體提升到上網桿肢端離錐板下表面100mm時，應停止整體提升，調整網殼水平后逐個將網殼提升至安裝高度要求時，再進行與罐壁和錐板之間的連接；對于處在吊耳附近尚未到位的網桿，可謹慎地小幅度提升兩側吊點使之到位，并進行焊接。

（9）在完成上網桿的邊節(jié)點組焊之后，方可進行下網桿邊節(jié)點的組焊。

（10）檢查每個邊接點焊接是否有漏焊或少焊。檢查通過后，徹底割開各網桿與環(huán)形托架之間的聯系。

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

（12）必須清除因為在網殼安裝罐壁及錐板時罐底留下的損傷，采用與母材相匹配的焊條補焊，并將表面進行打磨平滑，還要做防腐處理工作。

2.3.3 起吊工藝要求

（1）對所使用的電動葫蘆進行試吊：將所有電動葫蘆進行全面檢查；任選5個電動葫蘆進行全負荷試驗,起升離地面約90mm，進行10min的靜全負荷試驗，并檢查是否正常；檢查全負荷后結構變形情況。

（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，檢查各吊點情況。

（3）起吊：安排專人指揮，要求信號明確；在起吊過程中有4～6人巡查各吊點受力情況（保證受力一致），起吊過程中如發(fā)現電動葫蘆異常或網桿端部與罐壁觸碰，應立即向起吊負責人匯報，并由負責人對上述情況修正后方可繼續(xù)起吊：在起吊過程中不應有長時間的停留，停留時間一般不超過100min。

（4）就位：快就位時應停止整體提升，調整好網殼水平后逐個提升就位；全部就位后，必須把電源的總閘拉開，切斷電源。

（5）注意事項：為避免罐壁正裝施工過程中遭遇強風受損，應按設計圖紙的位置及時設置罐壁加強圈；在覆蓋罐頂蒙皮前，若遭遇強降雨雪，應及時將浮頂上的雨雪排入罐底，并及時排出罐外。

2.4 善后處理措施

（1）將環(huán)形托梁與網桿之間的所有聯系拆除后，將托梁徐徐放下，在罐底板上將托梁分成若干段從罐頂運出，為第二臺罐網殼安裝作準備；

（2）拆除小扒桿；

（3）將網殼低位組裝時罐底、罐壁、錐板的臨時焊接部位打磨干凈，并修補平整；

（4）網殼頂的強度、穩(wěn)定性及嚴密性試驗應在儲罐進行充水試驗時一并進行，試驗壓力要按照圖紙技術要求。固定頂的試驗正壓值為2200Pa，試驗負壓值為-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）的計算方式見式（1）。

式中，N1——網殼重，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“+”字形板帶），t；

40——扒桿數量。

萬一某個扒桿失效，會將荷載轉嫁給相鄰扒桿。因此，單根扒桿的設計荷載（N0）采用N0=1.5N=1.5×3.5=5.25t。

扒桿最大應力（σmax）校核如式（2）所示。

由式（2）可見，扒桿具有足夠的強度。需要注意的是，對于D=60的油罐，起重扒桿不應少于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）根據式（3）計算。

網桿端部推力引起環(huán)梁斷面上的拉力（H）（總計）見式（4）。

沿托梁圓周單位長度上承受的推力（水平方向）（q1）計算見式（5）。

由水平推力q1引起托梁截面中的環(huán)拉力（H）計算見式（6）。

由H 引起的環(huán)向拉應力（σH）計算見式（7）。

把托梁作為一圈連續(xù)梁，在垂直荷載作用下對彎曲應力（σmax）的核算見式（8）。計算簡圖采用某個吊點失效后，使支點間距擴大一倍作為控制條件，此時吊點間距需加大一倍。

其中最大彎矩（Mmax=0.1q12），詳見式（9）。

環(huán)形托梁復合應力（σ0）的核算見式（10）。

綜上所述，對于D=60m，起重量為140t的起重設施，采用以上斷面和40等分設置扒桿是安全的；若減少扒桿數量，環(huán)梁計算長度會按平方比影響其強度。因此，需要采用更大的斷面。需要注意的是，吊點越少受力均勻性越差。

2.5.3 托梁吊耳計算

目前對于D=60m雙向子午線網殼整體提升所采用的起重工具及連接固定方式，已經有幾十臺的成功施工經驗。實踐中發(fā)現，最容易被疏忽的薄弱環(huán)節(jié)是設在托梁上的吊耳。為此，對吊耳進行了強度計算。

網殼整體提升時的重力荷載包括：網殼結構、十字型蒙皮板帶及起重工具的總重（W），其計算式見式（11）。

沿托梁均布有40個吊點，每個吊點分擔的荷載（P1）計算式見式（12）。

當個別吊點葫蘆失效等待更換時，失效吊點的荷載會分給相鄰吊點承擔，此時相鄰吊點承擔的荷載（P2）按式（13）計算。

連接板與托梁、銷軸與銷孔的構造：連接板厚22mm、材質Q235B；銷軸直徑為φ38mm，材質Q235B；連接板與托梁上表面梁用雙面角焊，焊腳為10mm。

2.5.4 銷軸雙面剪切強度核算φ38銷軸的雙面剪切面積（2A）計算式見式（14）。

Q235B抗剪強度為130N/mm2。

銷軸剪切應力（τ）的計算式見式（15）。

綜上可見，銷軸有足夠的強度來承擔作業(yè)。

2.5.5 銷孔承壓強度計算

連接板厚22mm，銷軸與銷孔接觸面積F=22×38×60%=501.6mm2。

Q235B承壓強度為320N/mm2。

銷孔接觸面應力（τ）的計算式見式（16）。

因此，開孔滿足承壓強度的要求。

2.5.6 連接板與托梁之間的雙面角焊縫強度要求

焊縫剪切應力（τ）的計算式見式（17）。

因為焊縫的剪切應力遠小于焊縫剪切許用強度86.6N/mm2，因此滿足焊縫的強度要求。

3 結束語

實際經驗表明，大型拱頂儲罐主體采用正裝及網殼，采取電動倒鏈倒裝頂升的施工方法，施工質量、安全性和進度均可滿足要求。