胡 飛 曾欽禮 李均分 周曉晨 陳 林 尤軍豪

中國(guó)化學(xué)工程第六建設(shè)有限公司 湖北 襄陽(yáng) 441100

中國(guó)化學(xué)工程第六建設(shè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)六化建）承建某外資企業(yè)空氣化工（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AP）低溫液氮雙層儲(chǔ)罐。該儲(chǔ)罐為立式圓柱形平底自支撐拱頂雙壁槽，內(nèi)、外罐材質(zhì)分別為S30408、Q235B，內(nèi)罐有效容積為14000m3，儲(chǔ)存介質(zhì)為低溫液氮，介質(zhì)操作溫度為- 196℃，是世界上最大的鋼構(gòu)雙層儲(chǔ)罐之一。儲(chǔ)罐施工完成后如圖1 所示。

圖1 儲(chǔ)罐施工完成圖

1 技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1.1 工期緊，任務(wù)繁重

（1） 焊 縫 總 長(zhǎng) 度 為9900m， 折 算 達(dá) 因 量 為39000DIN，總施工周期為150d；

（2）內(nèi)外罐壁板共計(jì)25 帶壁板，每帶板的必要施工周期為2.5d，且每天需加班到晚上11 點(diǎn)半；

（3）內(nèi)罐最厚壁板為40mm，外罐最厚為20mm，且內(nèi)罐要求全氬弧焊接，提高了焊接質(zhì)量，但大大降低焊接效率。

1.2 大型腳手架搭設(shè)難度大

（1）AP 對(duì)于安全要求高，內(nèi)部和外部均需搭設(shè)滿(mǎn)堂腳手架（圖2），直徑為30m，高度為30m；

圖2 滿(mǎn)堂紅腳手架

（2）經(jīng)過(guò)認(rèn)真討論和專(zhuān)家論證，確定全部使用盤(pán)扣式腳手架搭設(shè)；

（3）腳手架搭設(shè)難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。1.3 罐體重且高，頂升難度大

（1）液壓頂升法：罐體提升采用塔機(jī)頂升液壓系統(tǒng)整體提升法，罐體起升液壓頂準(zhǔn)備24 套，備用2 套，高度為3.9m，行程2.6m。內(nèi)罐總重量為360.181t，去除底板的重量為330t。外罐總重量為300t，去除底板的重量為266t。液壓頂升及中心支撐如圖3、圖4 所示。

圖3 液壓頂升圖

圖4 中心支撐圖

（2）嚴(yán)格考驗(yàn)每一個(gè)機(jī)構(gòu)，包括液壓缸、液壓頂、提升桿，以及穩(wěn)定系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的可靠性，每次升罐前都必須檢嚴(yán)格查。因?yàn)橐画h(huán)出錯(cuò)就會(huì)造成難以估量的安全事故。

（3）頂升技術(shù)不夠成熟。由于油管行程不同，頂升速度不同步，提升時(shí)會(huì)造成傾斜，過(guò)程中必須嚴(yán)格控制。

（4）落罐時(shí)同樣速度不同步，一次只能下降10cm，需要精心操作。

2 技術(shù)特點(diǎn)及工藝原理

2.1 采用液壓千斤頂提升技術(shù)

（1）提升平穩(wěn)、安全、可靠：由于采用液壓統(tǒng)一控制，并且可以進(jìn)行單個(gè)或局部（幾個(gè)）的調(diào)整，因而整個(gè)提升過(guò)程比較平穩(wěn)。松卡式千斤頂自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其自鎖性良好，不會(huì)因停電而造成罐體或重物下滑或下墜，液壓提升過(guò)程安全可靠，液壓頂結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 液壓頂結(jié)構(gòu)

（2）施工質(zhì)量有保證：因松卡式千斤頂具有可調(diào)（微降）功能，提升高度可以較精確的控制。

（3）設(shè)備便于操作，施工環(huán)境好，工效高。

（4）設(shè)備的適應(yīng)性強(qiáng)：該成套設(shè)備只要增減液壓提升機(jī)（即松卡式千斤頂、提升架、提升桿等）的數(shù)量即可適用于幾千立方米到幾萬(wàn)立方米的不同容積大型儲(chǔ)罐的液壓提升施工；

（5）液壓泵站可根據(jù)實(shí)際工況，設(shè)置在合理位置。對(duì)于大型儲(chǔ)罐而言，液壓泵站可置于罐體內(nèi)，也可置于罐外或兩個(gè)罐體中間（當(dāng)兩臺(tái)罐體安裝由一臺(tái)泵站控制時(shí)）進(jìn)行施工控制。

（6）液壓泵站分手動(dòng)和自控兩種，施工適應(yīng)性強(qiáng)，技術(shù)性能價(jià)格比優(yōu)良。

（7）工期短、成本低、經(jīng)濟(jì)效益好。由于成套設(shè)備的現(xiàn)代化程度高，提升速度快，因而施工成本低，經(jīng)濟(jì)效益好。

2.2 采用焊接小車(chē)半自動(dòng)焊接技術(shù)

采用焊接小車(chē)半自動(dòng)焊接技術(shù)，大大提高了焊接效率，同時(shí)施工質(zhì)量得到了保證。單臺(tái)自動(dòng)焊效率是人工的3 倍。自動(dòng)焊機(jī)如圖6 所示。

圖6 自動(dòng)焊機(jī)

3 工藝原理

3.1 液壓千斤頂技術(shù)

（1）液壓提升裝置（成套設(shè)備）均布于儲(chǔ)罐內(nèi)壁圓周處，先提升罐頂及罐體的上層（第一層）壁板，然后逐層組焊罐體的壁板。

（2）采用松卡式液壓千斤頂、提升架、提升桿組成的液壓提升裝置進(jìn)行提升，當(dāng)液壓千斤頂進(jìn)油時(shí)，通過(guò)其上卡頭卡緊并舉起提升桿和脹圈，下卡頭由提升桿向上帶動(dòng)時(shí)松開(kāi)提升桿，從而帶動(dòng)罐體（包括罐頂）向上提升。

（3）當(dāng)千斤頂回油時(shí)，其上卡頭隨活塞桿回程，此時(shí)下卡頭會(huì)自動(dòng)卡緊提升桿使其不再下降；卡頭隨活塞回程繼續(xù)下降，使千斤頂回落到位。千斤頂如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)使提升桿帶著罐體不斷上升，直到提升到預(yù)定的高度（空出下一層板的高度）。

（4）圍好這層壁板進(jìn)行對(duì)接組焊，焊接完成后定位擋塊后，松開(kāi)液壓千斤頂?shù)南驴^，千斤頂回程將提起的罐體回落在新圍上的壁板上；焊接完成環(huán)縫和立縫后，松開(kāi)上、下卡頭，將提升桿及脹圈回落到提升架底部，再進(jìn)行下一圈板的脹緊、焊好門(mén)型卡等傳力筋板，再進(jìn)行提升。如此反復(fù)，使已組焊好的罐體上升，直到最后一層壁板組焊完成，從而將整個(gè)儲(chǔ)罐安裝完畢。

3.2 焊接小車(chē)自動(dòng)焊

（1）焊接電源：其輸出功率和焊接特性應(yīng)與擬用的焊接工藝方法相匹配，可使用遙控器設(shè)置不同焊接條件下的電源。

（2）送絲機(jī)及其控制與調(diào)速系統(tǒng)：送絲機(jī)可根據(jù)焊接速度自動(dòng)控制送絲速度，其控制電路有測(cè)速反饋。

（3）焊接機(jī)頭用移動(dòng)機(jī)構(gòu)：由焊接機(jī)頭、焊接機(jī)頭支承架和懸掛式拖板等組成，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用裝有編碼器的伺服電動(dòng)機(jī)。

（4）焊件移動(dòng)或變位機(jī)構(gòu)：如焊接滾輪架、頭尾架翻轉(zhuǎn)機(jī)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)和變位機(jī)等，精密型的移動(dòng)變位機(jī)構(gòu)配伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

（5）主控制器亦稱(chēng)系統(tǒng)控制器主要用于各組成部分的聯(lián)動(dòng)控制、焊接程序控制，以及主要焊接參數(shù)的設(shè)定、調(diào)整和顯示。

4 施工工藝流程及施工方法

施工工藝流程如圖7 所示。

圖7 施工工藝流程示意圖

4.1 總體施工方法

總的制作安裝方法為先制作安裝外筒，后制作安裝內(nèi)筒。內(nèi)筒和外筒制作安裝均采用液壓提升倒裝法，其特點(diǎn)一是適應(yīng)范圍廣，理論上可適用于任意大小的儲(chǔ)罐；二是操作控制簡(jiǎn)單、可靠、危險(xiǎn)性小，因此已經(jīng)越來(lái)越多的被采用。其主要缺點(diǎn)是目前成套設(shè)備價(jià)格較貴，設(shè)備購(gòu)置一次性投入較大。這種方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的正裝法及充氣頂升倒裝法的不足，是一種技術(shù)成熟、安全可靠、綜合效益好的施工工藝。在質(zhì)量方面，由于這種方法有利于罐體的對(duì)接控制，內(nèi)筒的制作和焊接可在較為封閉的環(huán)境下施工，大大減少天氣和環(huán)境對(duì)制作和焊接的影響，從而保證了焊接質(zhì)量。又由于脹圈的作用，可極好地保證整個(gè)貯罐的外形。在安全方面，又減少了大量的高空作業(yè)。

4.2 拱頂組裝

（1）頂板組裝前，先裝倒數(shù)第一帶壁板及包邊角鋼；全部組焊完畢后，檢查包邊角鋼半徑偏差不大于±19mm；并安裝中心架，中心架安裝須牢固，其中心對(duì)準(zhǔn)底板中心，垂直度不大于0.1%L，且不大于10mm。

（2）在外罐頂部26 個(gè)珠光砂孔和1 個(gè)中心孔處各用100mm×100mm×10mm 的角鋼焊接在頂蓋上，用來(lái)固定DN80 的鋼管。每根鋼管上懸掛Ф16mm 的鋼絲繩共計(jì)27 根，每根35m，每根鋼絲繩下掛一個(gè)2t 的手拉葫蘆；鋼絲繩與鋼管連接和手拉葫蘆連接處各用3 個(gè)卡扣不同向固定。

（3）用吊車(chē)將壁板吊到預(yù)留進(jìn)板口處，用溜繩拉進(jìn)罐內(nèi)1/ 3；用頂部掛好的倒鏈連接吊耳，拉到第二個(gè)倒鏈處；取吊車(chē)勾，夾緊第二個(gè)板夾，依次循環(huán)。

（4）頂板組裝完成，經(jīng)檢查合格后，即可進(jìn)行焊接。頂板支撐圈如8 所示。

圖8 頂板支撐圈

4.3 壁板組裝

（1）壁板預(yù)制組裝須按壁板排版圖進(jìn)行。

（2）當(dāng)?shù)装褰M焊完成后，即可組對(duì)罐頂下的第一帶板。組對(duì)時(shí)以底板上中心為圓心，以罐體半徑為半徑，在底板上劃出貯罐筒體組裝圓周線(xiàn)，并沿此圓周線(xiàn)內(nèi)側(cè)每隔約1m 點(diǎn)焊一長(zhǎng)為100mm 的壁板組裝定位角鋼。

（3）筒體組裝前應(yīng)繪制排版圖，并應(yīng)符合以下條件：各圈板縱向接頭間距不小于500mm；底圈板的縱向接頭與底板邊緣板對(duì)接焊接接頭之間距離不得小于200mm；開(kāi)孔接管或補(bǔ)強(qiáng)板外緣與筒體縱焊縫間距離不得小于200mm，與筒體環(huán)焊縫距離不得小于100mm；加強(qiáng)圈或包邊角鋼對(duì)接接頭與筒體縱焊縫間距離不得小于200mm。

（4）根據(jù)排版圖，組裝下一帶板。組裝時(shí)，壁板內(nèi)側(cè)用鋼管作臨時(shí)支撐，以防傾斜。為調(diào)節(jié)帶板松緊度和控制焊接收縮量，在圓周對(duì)稱(chēng)位置設(shè)兩道活口，每道活口焊兩組掛鉤，以2t 倒鏈拉緊即可焊接壁板立縫。

（5）每一帶板立縫焊接完成后，在距下口300mm 處設(shè)置脹圈，焊縫長(zhǎng)度、高度必須滿(mǎn)足方案要求；用16t 千斤頂及楔子頂裝脹圈，以同樣的方法在第一帶板外側(cè)組對(duì)第二帶板，并將立縫外側(cè)焊接完成。

（6）筒體形狀與尺寸：筒體高度的允許偏差不應(yīng)大于設(shè)計(jì)高度的0.5%；筒體鉛重的允許偏差不應(yīng)大于筒體高度的0.4%，且不得大于50mm；筒體的局部凹凸變形應(yīng)平緩，不得有突然起伏，且不得大于13mm；筒體焊縫棱角高不得大于10mm；當(dāng)直徑小于12.5mm 時(shí)，筒體半徑允許偏差±12mm；當(dāng)半徑大于12.5mm 時(shí)，筒體半徑允許偏差±18mm。

4.4 罐體提升：采用塔機(jī)頂升液壓系統(tǒng)整體提升法

（1）液壓缸進(jìn)場(chǎng)，排好編號(hào)，分別按順序就位。液壓千斤頂設(shè)置如圖9 所示。

（2）液壓缸與牛腿安裝可靠后，再用[10 的槽鋼與柜底板成八字形支撐可靠焊接，防止左右偏移。上方用16mm 槽鋼與活塞桁架連接，24 臺(tái)液壓缸支架用16mm槽鋼可靠連接在牛腿下，焊接I32a 的工字鋼作為牛腿。液壓頂升裝置如圖9 所示。

圖9 液壓頂升裝置

（3）液壓缸是一種采用柱塞作為剛性支撐頂舉的液壓缸，用以起升重物，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、用途廣泛、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。本次低溫罐安裝所用的液壓缸為分離式液壓缸，由底座、缸體柱塞、液壓油泵站、液壓油連接管等組成液壓集成系統(tǒng)。其主要技術(shù)參數(shù)如下：最大工作壓力為25MPa，流量14.2L/ min；電機(jī)功率7.5kW，單缸頂升力25t；組合油缸200/ 140—2000 四根使用，最快下降速度0.2m/ min；24 支液壓缸控制重物的頂升和下降，單臺(tái)泵站同步控制四個(gè)油缸下降頂升控制精度5%，24 支油缸1泵站（回路）控制，泵站之間可以手動(dòng)變量校準(zhǔn)同步精確，每次只能提升100mm，以保證同步和安全。

4.5 貯罐組裝采用液壓頂提升倒裝法

（1）每個(gè)貯罐設(shè)置的液壓頂沿罐壁內(nèi)周向均布，使各點(diǎn)受力均勻；在脹圈內(nèi)設(shè)置米字支撐，米字支撐端部設(shè)置吊耳，液壓頂盡量靠近罐壁。漲圈吊耳必須安裝在罐體圓心與提升柱的同一軸線(xiàn)上，保證罐體的平穩(wěn)提升。

（2）為了環(huán)縫組對(duì)口方便、保證質(zhì)量、提高工效，在罐內(nèi)側(cè)每隔500mm 焊一個(gè)定位板。

（3）為保證環(huán)縫對(duì)接質(zhì)量，組對(duì)前在上下兩對(duì)焊環(huán)縫上每隔2m 放置一塊定位板，通過(guò)楔子找平；環(huán)縫按要求組對(duì)完成后，點(diǎn)焊固定，點(diǎn)焊長(zhǎng)度40～60mm、間隔500mm，最后將環(huán)縫焊接。

（4）按同樣方法組裝其他帶板，直至最后一帶板。

4.6 內(nèi)罐底板絕熱基礎(chǔ)施工

（1）外筒底板合格后，進(jìn)行下部均壓板的澆注；下部均壓板養(yǎng)護(hù)合格后，用無(wú)機(jī)粉末找平，然后進(jìn)行泡沫玻璃磚的施工。

（2）泡沫玻璃磚按規(guī)定層數(shù)、高度鋪設(shè)完畢后，必須鋪上一層鋁箔，然后在上面澆灌100mm（外緣250mm）的鋼筋混凝土層作為均壓板。

（3）均壓板施工時(shí)，應(yīng)先制作模板，以防砂漿外溢?；炷翝沧?yīng)用人工搗實(shí)，不得使用平板振動(dòng)器，以防損傷下面的泡沫玻璃磚。澆注養(yǎng)生期內(nèi)，周邊應(yīng)采取有效的防水措施。

4.7 接管安裝

（1）罐體組裝完后，按照管口方位畫(huà)出管口的安裝位置；內(nèi)罐開(kāi)孔采用等離子或者冷切割，用砂輪片打磨掉氧化層，接管伸出長(zhǎng)度須符合設(shè)計(jì)要求，焊縫要做著色檢驗(yàn)。

（2）管道對(duì)接焊縫焊接采用氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面；不銹鋼管煨彎時(shí)采用冷煨，嚴(yán)禁用氣焰加熱煨彎，且煨彎時(shí)不得用鐵錘敲打管道。

（3）分罐組裝前，對(duì)所有物件經(jīng)檢驗(yàn)合格方可進(jìn)行組裝；對(duì)所有的管件、接管管線(xiàn)進(jìn)行清洗，去油污處理，并經(jīng)檢驗(yàn)合格，才可組裝。

（4）液體管道安裝沿液體流動(dòng)方向須向下傾斜，按照?qǐng)D紙要求的坡度進(jìn)行安裝，尤其膨脹節(jié)安裝一定按圖施工。

（5）管接頭須經(jīng)清洗后才能進(jìn)行安裝。

（6）管子的端面和焊接坡口采用機(jī)械切削，并去除毛刺。

4.8 管架、閥架施工

（1）管架、閥架不得直接與罐體焊接，須先焊一塊補(bǔ)強(qiáng)板，補(bǔ)強(qiáng)板距離罐體焊縫不得小于200mm。

（2）管架、閥架須按圖施工，不得隨意修改設(shè)計(jì)型式。

5 結(jié)語(yǔ)

14000m3低溫液氮雙層儲(chǔ)罐施工使用了液壓千斤頂、焊接小車(chē)等先進(jìn)技術(shù)，保證了施工質(zhì)量，并使施工工期提前，為后序施工節(jié)約了時(shí)間。同時(shí)，克服了大型腳手架搭設(shè)難度大、焊接量多、頂升難度大等一系列難題。經(jīng)過(guò)監(jiān)理、業(yè)主及檢測(cè)單位三方檢驗(yàn)，工程質(zhì)量達(dá)到相關(guān)規(guī)范驗(yàn)收要求，為后續(xù)的類(lèi)似工程施工提供了技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)支持。