張 塞

(中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 102500)

表1 D2403工藝及結(jié)構(gòu)參數(shù)

鋼制立式儲罐是煉油行業(yè)中廣泛使用的儲存設(shè)備，在石油化工行業(yè)中用來儲存各種原料油、半成品油、成品油、芳烴產(chǎn)品及液化氣等【1-3】。冷焦溢流、放空儲水罐D(zhuǎn)2403是延遲焦化裝置中的關(guān)鍵常壓儲罐，作用是在焦炭塔冷焦溢流時儲存冷焦水【4】。2019年8月28日，D2403發(fā)生負壓嚴重損壞事故，因罐體變形比較嚴重，需要拆除并重新安裝新罐。從安全、質(zhì)量、工期等方面考慮，新罐采用導(dǎo)鏈倒裝法施工。本文主要探討D2403的施工安裝技術(shù)，為進一步提升儲罐施工質(zhì)量提供參考。

1 儲水罐(D2403)

1.1 D2403簡述

D2403由罐頂、罐壁、罐底、平臺、盤梯幾大部分組成，其中罐壁有7帶板，罐頂采用以-50×10扁鋼為主骨架的拱頂結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，其工藝及結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

1—罐底；2—7帶罐壁板；3—拱頂；4—罐頂板；5—盤梯

1.2 事故分析

2019年8月28日11：40，除焦班工作人員聽到水區(qū)有異響，立即通知外操人員到現(xiàn)場查看，11：45，外操人員檢查發(fā)現(xiàn)D2403罐體嚴重變形(見圖2)， 分析認為， 冷焦溢流時間不足以及大量低溫冷焦水直接進入大量蒸汽環(huán)境的儲罐、 導(dǎo)致D2403出現(xiàn)嚴重負壓抽空是本次事故的主要原因。

2 D2403舊罐體拆除

舊儲罐拆除時，原有各設(shè)備開口需要拆除后重新安裝，因此，所有附件必須是保護性拆除，內(nèi)容包括: 人孔拆除、下線管拆除、腳手架搭設(shè)、排污孔拆除、附屬管線拆除、高液位報警拆除、攪拌器拆除、罐頂板拆除、罐壁板拆除以及罐底板修復(fù)。拆除順序為：先將罐頂分片吊裝拆除，再將罐壁分段吊裝拆除。

3 D2403新罐預(yù)制

3.1 D2403罐壁板預(yù)制

根據(jù)鋼板到貨規(guī)格繪制罐壁排板圖(如圖3所示)。罐壁共7帶板，每帶由8塊鋼板焊接而成。首先計算出每張鋼板的幾何尺寸并同時加工坡口，然后將切割加工后的每張罐壁板都做好相應(yīng)標識。切割好的罐壁板經(jīng)檢驗合格后，在滾板機上滾弧，并保證每張壁板滾弧后的曲率偏差均在允許值范圍內(nèi)。滾圓后的罐壁板應(yīng)存放在同壁板弧度一致的胎具上，運輸成形壁板時也應(yīng)設(shè)置同樣類型的胎具。儲罐壁板的規(guī)格均為1.98 m×6.3 m，如果單一用板卡子進行吊裝十分危險【5】，因此，根據(jù)每塊罐壁板等長的特點，采用在罐壁板上焊接吊點用卸扣連接的方法，并同時采用導(dǎo)鏈牽引。

圖2 D2403罐體變形

圖3 D2403罐壁板排版

3.2 D2403罐頂板預(yù)制

罐頂由中心頂板、罐頂板及筋板組成。罐頂板預(yù)制包括頂板排版(如圖4所示)、頂板預(yù)制和筋版預(yù)制。

圖4 D2403罐頂板排版

按照排版圖制作下料樣板，然后采用樣板下料。在地樣上將各種梯形板料組焊成扇形面，板面焊接采用手工雙面焊。筋版包括經(jīng)向長條弧筋板和緯向短條弧筋板。經(jīng)向長條弧筋板由數(shù)段煨弧的扁鋼煨制成雙曲面弧狀后在地樣上拼焊而成。緯向短條雙曲弧筋板用各種展開長度的扁鋼煨制成雙曲弧狀，每種筋板用兩塊樣板檢驗雙曲煨弧質(zhì)量。

4 D2403罐體安裝

D2403罐體安裝采用 “內(nèi)主柱多點倒裝法”(即導(dǎo)鏈提升倒裝法)施工。將導(dǎo)鏈固定在沿距罐壁300 mm的同心圓均布的倒裝立柱上。其中，中心柱由φ325 mm×10 mm的20鋼管制成；倒裝立柱共16根，由φ273 mm×8 mm的Q235B鋼管制成；倒裝立柱與中心柱之間采用角鋼連接。罐壁下端用槽鋼[28a焊成的脹圈加固。脹圈安裝在距罐壁板下緣300 mm以上的位置，采用脹圈支撐板支撐，以保證該圈罐壁板與下帶板的對口,同時便于液壓操作。開始頂升時，調(diào)整罐壁使之均勻上升,用龍門卡具和千斤頂將脹圈之間以及脹圈與罐壁固定在一起。龍門板厚度應(yīng)大于14 mm,安裝位置應(yīng)盡量靠近提升柱，中間豁口處要用角鋼楔子塞緊，以使脹圈能力充分體現(xiàn)。用導(dǎo)鏈提升焊接在脹圈上的吊耳，達到提升罐壁的目的。吊裝立柱受力分析如圖5所示。立柱起吊最大質(zhì)量P1=K×G=1.2×60 t≈72 t，其中K為吊裝安全系數(shù)，取K=1.2；G為提升總質(zhì)量(單位：t)。吊裝機構(gòu)的脹圈由長度為L=12.5 m、規(guī)格為[22a的4段槽鋼組成；提升擋板1塊，材質(zhì)為Q235B鋼板，規(guī)格為長度h=200 mm、寬度b=100 mm、厚度δ=20 mm；吊裝柱16根，每根長度為L=3.5 m，吊點共16處，每處設(shè)置1個10 t導(dǎo)鏈。因此，該吊裝機構(gòu)允許提升的總質(zhì)量為：16×10 t=160 t>72 t。導(dǎo)鏈提升示意如圖6所示。

圖5 吊裝柱受力

圖6 導(dǎo)鏈提升示意

首先進行吊裝立柱強度校核。已知偏心距e=273/2+100=236.5 mm≈24 cm；每個吊裝柱受力P=72/16=4.5t=4 500 kg；吊裝柱管截面積A為66.6 cm2；吊裝柱外徑D=273 mm=27.3 cm；吊裝柱內(nèi)徑d=25.7 cm；Q235的許用應(yīng)力[σ]=1 570 kg/cm2。故，立柱鋼管彎矩M=P×e=4 500×16=72 000 kg·cm。

吊裝柱的抗彎截面模量

(1)

式中：W——抗彎截面模量，cm3。

(2)

式中：σ——吊裝柱應(yīng)力，kg/cm2。

由式(1)和式(2)計算得出：σ=293 kg/cm2。

σ<[σ]，所以吊裝柱滿足強度條件要求。

其次進行吊裝柱的穩(wěn)定性校核。

(3)

式中：φ——壓彎桿的穩(wěn)定系數(shù)。

細長比

(4)

式中：L——鋼管長度，m；

μ——系數(shù)，取1；

i——柔度，cm。

其中

(5)

式中：J——慣性矩，cm4。

(6)

由式(4)～式(6)計算得出：J=585 cm4，i=9.37 cm，λ=29.9。查詢得到壓彎桿的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.91，代入式(3)計算可得：σ=299.6 kg/cm2。

σ<[σ]，所以吊裝柱有足夠的穩(wěn)定性。

最后進行提升擋板處壁板的強度校核。

(7)

式中：σmax——提升擋板最大應(yīng)力，kg/cm2。

(8)

式中：τmax——提升擋板最大剪切應(yīng)力，kg/cm2。

由式(7)和式(8)計算可得：

τmax=169 kg/cm2，σmax=337 kg/cm2。

根據(jù)第三強度理論，提升擋板應(yīng)力σ=(σmax+4τmax)/2=506.5 kg/cm2<[σ]，所以提升擋板處壁板滿足強度條件要求。

4.1 D2403罐底板利舊

考慮到本次罐底板無損壞和變形，對其進行利舊。在儲罐安裝前，應(yīng)保證基礎(chǔ)中心標高允許偏差為±20 mm。支承罐壁的基礎(chǔ)表面高差應(yīng)滿足：環(huán)梁每10 m弧長內(nèi)任意兩點的高差不得大于6 mm；整個圓周長度內(nèi)任意兩點的高差不得大于12 mm。

4.2 D2403罐第7帶罐壁板及罐頂安裝

按照排板圖安裝第7帶罐壁板,安裝后應(yīng)保證該帶板橢圓度、垂直度和上口水平度滿足要求。將第7帶罐壁板臨時固定，同時安裝3塊防變形圓弧板以防焊接變形。安裝完后，再安裝包邊角鋼。包邊角鋼拼接縫和壁板縱縫應(yīng)錯開200 mm以上。罐頂板安裝前在罐底安裝中心傘架，并通過計算確定傘架高度。傘架上表面應(yīng)保證水平度。安裝前檢查包邊角鋼的半徑偏差,并與包邊角鋼上的等分點對應(yīng),然后開始組焊罐頂板。每塊罐頂板在焊接過程中,施工人員內(nèi)、外分布,利用鋼管來調(diào)整罐頂板搭接間隙，使之貼緊并定位焊接。

罐頂板安裝完成后,于11月6日對其進行焊縫滲透試驗。焊道外觀檢查合格后，進行清理，除去飛濺、焊瘤等，再用鋼絲刷清理焊道及兩側(cè)表面(100 mm左右)，最后用棉紗對焊道進行清潔處理；在已清理完的焊道外表面用毛刷涂刷白粉漿；白粉漿完全干燥后，在焊道內(nèi)表面涂刷煤油，并使其得到足夠浸潤；之后，檢查焊道外表面，當氣溫>0℃時，0.5 h后檢查，當氣溫≤0 ℃時，1.0 h后檢查。當日氣溫16 ℃，檢查結(jié)果顯示，焊道外表面無煤油滲痕，合格。

4.3 D2403罐第6帶至第1帶罐壁板安裝

罐內(nèi)16人同時提升導(dǎo)鏈，罐頂和第7帶罐壁板開始提升。提升過程中有專人集中控制，同步運行。高度提升至約600 mm時，檢查導(dǎo)鏈運行是否同步、提升高度是否一致等。如無問題，可繼續(xù)提升。如果提升不同步，則調(diào)整不同步導(dǎo)鏈，直至受力狀態(tài)和提升高度一致【6-7】，并最終提升到所需高度。同時利用吊車將第6帶罐壁板安裝在罐底板墊墩上。組對點焊第6帶板縱縫，共8道，剩余1道縱縫待環(huán)縫焊接完后再焊接。然后開始組對第7帶板與第6帶板的環(huán)縫。為調(diào)整環(huán)縫組對間隙，可個別升降導(dǎo)鏈。點焊完畢后，焊最后1道縱焊縫外側(cè)，檢查合格后，再焊接內(nèi)側(cè)。內(nèi)、外側(cè)均焊接完畢并自然冷卻到環(huán)境溫度后，對罐內(nèi)側(cè)的縱縫、環(huán)縫以及臨時點焊處進行打磨；打磨完畢，按設(shè)計圖紙和規(guī)范的要求進行檢查；檢查合格后撤下脹圈，用導(dǎo)鏈將脹圈放下，重新安裝到第6帶板下部，并用千斤頂緊固定好。提升第5帶罐壁板，并組對縱焊縫和環(huán)焊縫；組對好后焊接；焊完后回落脹圈，安裝到第5帶板下部。重復(fù)上述過程，直到第1帶罐壁板全部安裝完畢。

4.4 D2403水壓試驗和罐體防腐

附屬管線安裝完畢后開始進行水壓試驗。試驗前封閉人孔等所有開孔。試驗液位高度為罐底板上表面至罐壁上部法蘭(溢流線法蘭)處。檢查內(nèi)容包含：罐底嚴密性；罐壁強度及嚴密性；罐頂?shù)膹姸?、穩(wěn)定性及嚴密性；基礎(chǔ)的沉降觀測等。2019年11月27日15：00開始充水，29日17：00充水至D2403罐試驗液位高度，保持0.5 h，檢查罐壁焊縫、罐壁人孔及管口法蘭密封面均無泄漏。

4.5 D2403罐體防腐

罐體防腐包括外壁和內(nèi)壁防腐。防腐前對罐頂，罐壁的內(nèi)、外表面和罐底板上表面進行噴砂除銹，機械除銹等級均不得低于St2.5級。

5 D2403罐體驗收

2019年11月29日對罐體進行驗收檢查,檢查罐頂板、罐壁板、罐底板是否變形,儲罐基礎(chǔ)有無下沉,罐體有無傾斜等。整體檢查結(jié)果顯示，罐體及附屬管線均合格。

6 結(jié)語

隨著工業(yè)化水平的快速發(fā)展，鋼制立式儲罐的施工技術(shù)也得到不斷的改進和完善。本文詳細闡述了儲水罐D(zhuǎn)2403安裝施工的過程、水壓試驗、罐體防腐以及驗收情況，對安裝施工中的技術(shù)和經(jīng)驗進行總結(jié)，以期為進一步提升儲罐施工質(zhì)量提供參考，對儲罐的安全使用也具有一定的參考意義。