肖 然

(中石化第四建設(shè)有限公司，天津 300270)

大型低溫儲罐罐頂金屬結(jié)構(gòu)通常包括拱頂鋼結(jié)構(gòu)、吊頂結(jié)構(gòu)、罐頂配管附件等，總質(zhì)量約占罐體金屬總質(zhì)量的25%。罐頂施工是工程工期、質(zhì)量保障的核心環(huán)節(jié)。罐頂施工目前有正裝和倒裝兩種安裝方法。正裝施工一般適用于50 000 m3以下的低溫儲罐，該方法需設(shè)立中心柱，將罐頂骨架、吊頂、罐頂板等分片預(yù)制成形后，采用吊車對稱依次吊裝就位；正裝法安裝，作業(yè)均在高空進行，需搭設(shè)大量腳手架，措施用料多、施工周期長、安全風(fēng)險大。倒裝施工適用于大型儲罐，該方法在罐底板上方將罐頂各部分結(jié)構(gòu)預(yù)制件組合成整體，采用機械抬升方式或氣吹頂升方式抬升至外罐壁頂部，與罐頂承壓環(huán)相連接；倒裝法安裝，作業(yè)面低、不需大型施工機械、安全風(fēng)險小，目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

罐頂氣吹頂升方式相比機械抬升方式，更適用于大容積儲罐的施工。該方式通過在金屬罐頂與外罐罐壁間采取措施，使之形成相對密閉空間，并向密封空間內(nèi)持續(xù)輸送空氣，使罐頂結(jié)構(gòu)從底部平穩(wěn)上升至罐頂承壓環(huán)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)連接。國內(nèi)最初的LNG儲罐施工作業(yè)，氣吹頂升均執(zhí)行外方施工方案，其工藝方法復(fù)雜、措施用料多、施工周期長。我公司是國內(nèi)最早進行低溫儲罐施工的單位，多年的實踐中對氣吹頂升施工工藝(特別是平衡系統(tǒng)和密封系統(tǒng))不斷進行優(yōu)化，大大減少了措施用料，縮短了施工周期，取得了很好的應(yīng)用效果。

1 工藝特點

1) 利用大型鼓風(fēng)機向罐頂與罐體組成的密閉空間內(nèi)持續(xù)送入空氣，當(dāng)空氣達到一定壓力時，在平衡裝置的控制下，罐頂沿外罐內(nèi)壁實現(xiàn)平穩(wěn)上升。這種施工工藝最大的特點就是受罐頂直徑和質(zhì)量的影響小、罐頂頂升速度快、操作平穩(wěn)、成本低廉。

2) 本文所述的罐頂氣吹頂升施工新工藝，以平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)為改進和優(yōu)化的重點，減少了很多配件及加工步驟，同時螺栓緊固作業(yè)也大幅減少，工藝更加合理，結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化且利于施工。

3) 氣吹頂升作業(yè)，因其采用平穩(wěn)施壓的方法使罐頂上升，因此罐頂?shù)臉?gòu)件不易因為吊裝時受力不均而導(dǎo)致變形，而且較之機械吊裝方法，不僅可以大大節(jié)省吊裝時間(機械方式提升罐頂約需5 h，而氣吹頂升方法只需要約2 h即可將罐頂安裝就位)，還可以節(jié)省使用大型吊車等機械設(shè)備的費用開支。同時此項工藝還可以提高安全性。傳統(tǒng)的倒裝法和采用機械設(shè)備進行吊裝的方法隨著罐頂直徑、質(zhì)量的增加在施工上受到很大的限制；而采用氣吹頂升工藝則不受以上因素的影響，反而儲罐直徑和質(zhì)量越大，其優(yōu)勢越明顯。

4) 容積50 000 m3以上、儲存各類介質(zhì)的低溫儲罐均適用于該施工工藝；儲罐結(jié)構(gòu)形式從全包容混凝土外罐結(jié)構(gòu)，到單容/全容雙金屬結(jié)構(gòu)儲罐，再到三層罐壁低溫罐，其罐頂氣吹頂升施工均可按照該施工工藝執(zhí)行。

2 工藝流程

氣吹頂升工藝流程見圖1。

圖1 氣吹頂升工藝流程

3 工藝優(yōu)化要點

3.1 平衡系統(tǒng)安裝改進

平衡系統(tǒng)安裝程序如圖2所示。新舊平衡系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 新舊平衡系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比

圖2 平衡系統(tǒng)安裝程序

3.1.1 原施工工藝

原施工工藝中平衡系統(tǒng)(見圖3)在金屬罐頂上部安裝。平衡系統(tǒng)所用滑輪、支架數(shù)量多，鋼絲繩張拉困難，配重分配困難，鋼絲繩位置很容易與罐頂套管位置沖突，造成平衡控制力不均勻、安全系數(shù)低。

圖3 原施工工藝平衡系統(tǒng)

3.1.2 新施工工藝

新施工工藝中平衡系統(tǒng)(見圖4～圖6)在金屬罐頂下部安裝，一般可由24個T形平衡支架、24組導(dǎo)向滑輪組和24根鋼絲繩組成，且每組僅用1個滑輪。新工藝的平衡系統(tǒng)具有以下特點：無需支架，鋼絲繩張拉及固定簡單，配重分配方便；易操作，鋼絲繩位置與罐頂套管位置可以及時調(diào)整；施工成本低；安全系數(shù)高。

圖4 新工藝T形平衡支架和導(dǎo)向滑輪組安裝示意

圖5 新工藝鋼絲繩系索架系統(tǒng)安裝示意

圖6 新施工工藝平衡系統(tǒng)

3.2 密封系統(tǒng)安裝改進

密封系統(tǒng)通過密封裝置的有效設(shè)置，使罐頂金屬結(jié)構(gòu)與外罐壁之間形成相對封閉的空間，以保證密封空間內(nèi)氣體壓力的穩(wěn)定。其施工程序如圖7所示。

圖7 密封系統(tǒng)施工程序

3.2.1 原施工工藝

原施工工藝密封系統(tǒng)(見圖8和圖9)的一次密封焊接固定到拱頂上，二者之間采用螺栓連接；二次密封也是采用螺栓固定連接。原工藝密封系統(tǒng)的組成配件較多且繁雜，工序繁瑣；施工過程消耗人力、物力多，且不易倒運；安全性差(螺栓緊固不到位，易脫落)。

圖8 原施工工藝密封系統(tǒng)的一次密封

圖9 原施工工藝密封系統(tǒng)的二次密封(防雨布)

3.2.2 新施工工藝

新施工工藝密封系統(tǒng)(見圖10～圖12)的一次密封通過卡碼、圓楔固定到拱頂上；二次密封也是采用卡碼、圓楔固定。新工藝密封系統(tǒng)的組成配件少且結(jié)構(gòu)簡單，施工作業(yè)量小(密封結(jié)構(gòu)質(zhì)量較原施工工藝減少2/3)、周期短、工藝方法簡練；施工過程人工消耗可較原施工工藝減少50%，倒運方便。

圖10 新施工工藝密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

圖11 新施工工藝密封系統(tǒng)的一次密封

圖12 新施工工藝密封系統(tǒng)的二次密封(鋁箔玻璃布)

新舊密封系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比見表2。

表2 新舊密封系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比

3.3 鼓風(fēng)機系統(tǒng)安裝

鼓風(fēng)機系統(tǒng)是為罐頂上升提供動力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過鼓風(fēng)機的進、出氣量達到控制罐頂上升速度快慢的目的。其安裝的主要步驟見圖13。

圖13 鼓風(fēng)機系統(tǒng)安裝主要步驟

3.4 測量系統(tǒng)

測量系統(tǒng)是對罐頂氣吹頂升全過程進行監(jiān)控的系統(tǒng)，包括罐內(nèi)壓力檢測、上升高度檢測和罐頂位移量的檢測等。其主要通過檢測罐頂上升高度計算出上升速度，進而達到控制鼓風(fēng)機系統(tǒng)、確保罐頂氣吹頂升在規(guī)定的時間內(nèi)完成的目的。

4 主要安全措施

氣吹頂升施工新工藝的主要安全措施包括：

1) 氣吹頂升工具箱要穩(wěn)固，防止工具墜落。

2) 2名以上專業(yè)電氣人員操作發(fā)電機，檢查接地電阻。

3) 在預(yù)氣吹頂升鼓風(fēng)機剛剛開啟時，按規(guī)定人數(shù)進罐檢查罐內(nèi)密封和平衡系統(tǒng)，罐外人員做好監(jiān)護工作。

4) 氣吹頂升作業(yè)過程中，要防止作業(yè)面上任何物體墜落到拱頂上，以避免密封破壞或卡住。

5) 氣吹頂升作業(yè)過程中，頂部人員要遠離T形平衡支架和平衡鋼絲繩固定點。

6) 嚴(yán)格控制罐頂上的人數(shù)，如有作業(yè)需要超出規(guī)定人數(shù)，實行替換上下。

7) 應(yīng)對作業(yè)人員進行技術(shù)交底和安全培訓(xùn)；作業(yè)人員應(yīng)熟知崗位操作要點和安全撤離通道；無關(guān)人員不得進入作業(yè)區(qū)。

8) 保證通訊設(shè)備的正常運行；應(yīng)急預(yù)案完善并經(jīng)演練。

5 環(huán)保措施

氣吹頂升施工新工藝的環(huán)保措施包括：

1) 做好施工用發(fā)電機柴油燃料用量測算，保證油桶和供油管線等嚴(yán)密性良好，杜絕泄漏污染環(huán)境。

2) 施工用發(fā)電機均采用集裝箱式電站，減少噪音污染，同時便于設(shè)備在惡劣天氣條件下正常運行。

3) 嚴(yán)格限制作業(yè)范圍，做到布局合理，標(biāo)識清晰。

4) 對風(fēng)機和臨時電站等施工場地進行硬化處理，經(jīng)常對臨時道路進行灑水降塵處理，防止污染周邊環(huán)境。

5) 儲罐氣吹頂升完成后，拆除的密封材料、塑料、鐵皮、膠帶等要集中存放，回收處理，嚴(yán)禁隨意丟棄。

6 應(yīng)用實例與效益分析

本文所述氣吹頂升施工新工藝，從儲罐頂升平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝等方面進行了改進和優(yōu)化，其中的平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)零部件制備及安裝周期大大縮短，同時施工措施用料也大幅減少；氣吹頂升完成后，工裝拆卸容易而且可以重復(fù)利用，為施工帶來很大便利。

該工藝已在10多臺100 000 m3以上低溫儲罐施工中得到應(yīng)用，單臺儲罐施工措施用料較原施工工藝節(jié)省一半以上，頂升作業(yè)周期縮短近2個月，且工裝可以重復(fù)利用，取得了非常顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。