張光輝（山東勝利建設(shè)監(jiān)理股份有限公司， 山東 東營 257099）

1 工程概況

西北油田分公司順北油氣田一區(qū)奧陶系油氣藏產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目—五號聯(lián)合站建設(shè)工程（以下簡稱“該工程”）正在建設(shè)過程中。該工程位于新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣，地處塔克拉瑪干沙漠北部。本文主要探討該工程中3具20 000 m3內(nèi)浮頂式儲罐、3具5 000 m3儲罐關(guān)鍵工序和優(yōu)化工序的措施及安全管理要點(diǎn)。

2 儲罐基礎(chǔ)后澆帶施工優(yōu)化

按照設(shè)計(jì)圖紙，3具20 000 m3儲罐和3具5 000 m3儲罐在鋼筋混凝土環(huán)墻沿弧長預(yù)留3處寬度為900 mm的后澆帶，后澆帶均勻設(shè)置。按照SH/T 3528—2014《石油化工鋼制儲罐地基與基礎(chǔ)施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求，后澆帶的施工必須在環(huán)墻施工完28 d后采用比C40高一強(qiáng)度等級的微膨脹混凝土（膨脹劑摻量按試驗(yàn)配比確定）澆灌并搗實(shí)，按照正常的施工程序和步驟，儲罐基礎(chǔ)環(huán)墻澆筑后還需要47 d（環(huán)墻養(yǎng)護(hù)28 d＋后澆帶養(yǎng)護(hù)7 d＋儲罐回填、土工膜鋪設(shè)壓實(shí)10 d＋瀝青砂鋪設(shè)2 d）方可交給安裝進(jìn)行施工。為了保證施工質(zhì)量和進(jìn)度，縮短施工周期，同時(shí)結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況，與設(shè)計(jì)溝通后進(jìn)行了工序的優(yōu)化。

（1）環(huán)墻澆筑養(yǎng)護(hù)合格后（養(yǎng)護(hù)7 d），提前預(yù)制后澆帶擋板。擋板具體尺寸為每塊長1.2 m、寬0.5 m、厚0.15 m，內(nèi)置φ10 mm鋼筋橫向@150 mm、豎向@250 mm均布。擋板分3～4塊疊放，用來隔離開挖、夯實(shí)、回填的戈壁土，擋板之間采用密封條或密封墊來密封。擋板高度與斜坡平齊，用密封條粘貼擋板與鋼板之間的縫隙。具體做法如圖1所示。

圖1 后澆帶俯視圖和主視圖

（2）擋板的作用是回填罐內(nèi)壁時(shí)用于阻擋回填土進(jìn)入后澆帶。待環(huán)梁基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)28 d后強(qiáng)度達(dá)到要求，對后澆帶進(jìn)行澆筑，同時(shí)設(shè)計(jì)在后澆帶方案會(huì)簽中明確，由于后澆帶在回填過程中未進(jìn)行澆筑罐基礎(chǔ)，未形成一個(gè)整體，為保證受力均勻要求在回填過程中內(nèi)外壁同時(shí)回填，對稱進(jìn)行夯實(shí)。

（3）為保證瀝青砂在后澆帶澆筑前鋪設(shè)，在后澆帶鋪設(shè)瀝青砂的環(huán)墻鋼筋上方設(shè)置厚度為10 mm的鋼板，規(guī)格為1 100 mm（長）×260 mm（寬）的鋼板，鋼板下方采用直徑48 mm的鋼管作為支撐，并用鋼筋把鋼管固定在環(huán)墻鋼筋上。

（4）后澆帶上面的鋼板作用主要體現(xiàn)為：后澆帶澆筑時(shí)起到上方混凝土模板的作用；鋪設(shè)瀝青砂時(shí)可以作為瀝青砂擋板使用，防止瀝青砂掉落；罐底鋪設(shè)時(shí)可以承擔(dān)一部分罐體壓瀝青砂的力。

（5）該方法解決因后澆帶澆筑周期長而導(dǎo)致的儲罐罐底板以及罐壁板無法安裝等問題，大大縮短了罐基礎(chǔ)交安的施工周期，工期由原來的環(huán)墻基礎(chǔ)澆筑完成后47 d，縮短為19 d（環(huán)墻養(yǎng)護(hù)7 d＋儲罐回填、土工膜鋪設(shè)壓實(shí)10 d＋瀝青砂鋪設(shè)2 d），縮短基礎(chǔ)交安工期28 d。綜上所述采用以上方法，罐內(nèi)回填完以后，可以直接鋪設(shè)瀝青砂，等到規(guī)范要求的環(huán)墻28 d以后經(jīng)壓實(shí)系數(shù)達(dá)到要求后，完成對后澆帶的澆筑工作。后澆帶額優(yōu)化處理為儲罐的安裝提供了工期保障，也為整個(gè)項(xiàng)目的交工打下了良好的基礎(chǔ)。

3 儲罐安裝方法的選用

該工程中3具20 000 m3內(nèi)浮頂拱頂罐，尺寸均為φ38 000 mm×19 820 mm，罐本體材質(zhì)為Q235B、Q345R，罐本體重量為287 t，內(nèi)部采用單浮盤、頂部材料網(wǎng)架加蒙皮的形式。目前儲罐安裝采用倒裝法和正裝法兩種施工工藝。通過結(jié)合實(shí)際情況及對比分析兩種施工工藝，選用合適的施工工藝。

3.1 施工工藝

正裝法與倒裝法施工的不同點(diǎn)在于儲罐壁板的安裝上下順序。正裝法的罐壁安裝采用由下向上，其施工工藝主要是罐底制作完成后，從最底層的罐壁開始向上安裝、焊接罐壁，最后焊接罐頂。倒裝法采用由上向下安裝，罐底板制作完成后，從最頂層的壁板利用液壓提升裝置依次逐層提升，并隨著壁板的提升安裝各層附件（罐頂網(wǎng)架、蒙皮、抗風(fēng)圈、包邊角鋼、保溫支持圈、消防系統(tǒng)等）。倒裝法提升架安裝示意如圖2所示。

圖2 倒裝法提升架安裝示意

3.2 安全問題

正裝法一般采用內(nèi)部水浮法（如圖3所示）、外部搭設(shè)腳手架，該工程處于沙漠地帶，現(xiàn)場用水采用地下用水，而地下水為苦咸水，無法使用；同時(shí)水浮法和外部腳手架的高空施工作業(yè)較多，且該工程儲罐施工周期內(nèi)風(fēng)沙較大，安全性沒有保障。正裝法是自下而上進(jìn)行罐壁板安裝的，隨著高度提升，高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)也逐漸增大，尤其是在風(fēng)載荷的作用下，頂部壁板吊裝等不易就位，施工風(fēng)險(xiǎn)高、難度大；高處作業(yè)的腳手架等安全措施要求也逐步增加。倒裝法的罐壁板安裝是在地面上進(jìn)行，作業(yè)平臺一次搭設(shè)完成后長期使用，作業(yè)位置低，大大減少了高空作業(yè)產(chǎn)生的墜落傷人等風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 水浮法正裝壁板示意

倒裝法液壓提升柱數(shù)量的選用，按照公式

式中：W額為液壓提升柱額定起重量，式1中取16 t；

Wmax為最大起升重量；

n為液壓提升柱的個(gè)數(shù)；

η為液壓提升柱安全系數(shù)，取0.6～0.8，式1中取0.7；

K為附加系數(shù)，取1.1～1.3，式2中取1.1；

WG為提升罐體最大重量，20 000 m3罐本體重量為278 t；

W附為附加重量，罐勞動(dòng)保護(hù)用品6 t。

采用液壓提升柱對20 000 m3儲罐進(jìn)行倒裝法施工，根據(jù)式1和式2計(jì)算得出液壓提升柱不得少于28個(gè)。

3.3 施工質(zhì)量控制

正裝水浮法工藝外部腳手架作業(yè)過程中高空作業(yè)較多，對于工程安全管理和質(zhì)量控制都十分不利，同時(shí)難以有效對罐壁垂直度進(jìn)行精準(zhǔn)控制，整體成型較差。另外，本裝置地處沙漠地帶，施工周期內(nèi)風(fēng)沙較多，防風(fēng)措施實(shí)施難度較大，導(dǎo)致風(fēng)沙天氣下焊接質(zhì)量難以控制，且在正裝法工藝施工時(shí)，待組裝壁板的上邊緣不能進(jìn)行有效固定，縱縫部位的垂直度及焊縫棱角度容易產(chǎn)生超標(biāo)缺陷。倒裝法施工優(yōu)點(diǎn)主要有：作業(yè)位置低，焊接人員操作方便，焊接速度快，施工效率高，受外界環(huán)境的影響相對減少；有利施工質(zhì)量控制，每圈壁板使用完成后，技術(shù)人員和質(zhì)量管理人員只要在地面作業(yè)平臺上沿著罐體檢查一圈，就可以發(fā)現(xiàn)焊接中存在的焊縫外觀質(zhì)量缺陷，及時(shí)讓施工單位處理，有效保證施工質(zhì)量；在壁板焊接時(shí)，壁板上下邊都能固定，使得在焊接中減少了變形，罐體成型好，質(zhì)量整體得以控制。

3.4 施工工期

水浮法采用從罐底開始安裝，安裝過程中工序無法交叉進(jìn)行，并且由于沒有外部水源支撐，靠附近水井進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水效率較低，同時(shí)搭設(shè)外部腳手架時(shí)間較長。倒裝法施工采用液壓傳動(dòng)，其為一種成熟的儲罐安裝工藝。液壓提升設(shè)備通過頂部托座或底部托爪在固定行程范圍內(nèi)頂升重物。施工時(shí)，在頂圈壁板上安裝脹圈，并在脹圈上安裝筋板，然后使筋板和液壓頂升柱通過拖座形成一體。由于采用了液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，提升機(jī)可準(zhǔn)確地在小范圍內(nèi)控制提升高度，合理調(diào)整焊縫間隙，從而提高焊接質(zhì)量和焊接速度，節(jié)省焊接材料，并且大大加快各圈壁板組裝時(shí)的整體提升速度。

3.5 施工成本

正裝水浮法供水的快慢對施工的影響非常大，工程投入很高，同時(shí)外部腳手架的搭設(shè)、使用周期較長，投入較大。倒裝法施工投入主要為液壓提升設(shè)備和2 m高腳手架操作平臺，而液壓提升設(shè)備使用周期較短，投入相對于正裝法較低。

綜上，通過對比正裝法和倒裝法施工工藝、施工安全、施工質(zhì)量、施工周期、施工成本等方面，結(jié)合該工程建設(shè)的地理位置、環(huán)境、資源，得出該工程儲罐安裝采用倒裝法施工工藝符合現(xiàn)場實(shí)際情況，同時(shí)其他大型儲罐建設(shè)項(xiàng)目也可以借鑒倒裝法的優(yōu)勢，選擇合適的施工工藝。

4 沙漠地區(qū)儲罐水壓試驗(yàn)

在地面上的石油儲運(yùn)系統(tǒng)中，大中型鋼制儲罐是儲運(yùn)系統(tǒng)中的重要組成部分。水壓試驗(yàn)是儲罐建設(shè)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，該工程6具儲罐中的3具20 000 m3原油罐為內(nèi)浮頂儲罐，儲罐內(nèi)防腐采用分段防腐，底部向上2 m、頂部向下2 m采用無溶劑重防腐涂料，中間不進(jìn)行防腐工作。儲罐試水周期為1個(gè)月左右。通常儲罐試水采用淡水進(jìn)行試壓，對罐壁腐蝕性較小，因此在用淡水試壓過程中不再對水進(jìn)行處理。然而，該工程地處沙漠邊緣，現(xiàn)場無配套淡水設(shè)施，水資源緊張，淡水試壓成本太高，試壓后淡水無法回收，造成水資源浪費(fèi)。綜合考慮各種因素，采用現(xiàn)場打井的方式利用沙漠的苦咸水進(jìn)行試壓，但是在用地下苦咸水之前必須考慮試壓過程中鹽水對罐壁的腐蝕問題。

4.1 腐蝕原理

苦咸水對鋼板的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，即在腐蝕過程中有微電流產(chǎn)生。儲罐在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的腐蝕實(shí)際上是在一個(gè)或幾個(gè)電化學(xué)腐蝕機(jī)理共同作用下產(chǎn)生的。常溫下，大多數(shù)鋼鐵的腐蝕作用發(fā)生在有水的環(huán)境中，即產(chǎn)生了電化學(xué)反應(yīng)。苦咸水是促進(jìn)這一反應(yīng)的溶液，在各方面條件具備發(fā)生腐蝕的同時(shí)，產(chǎn)生了氧化反應(yīng)和得到這些電子的還原反應(yīng)。氧化反應(yīng)過程是不可逆的，會(huì)造成金屬的損失和腐蝕。單一性質(zhì)的氧化、還原反應(yīng)被稱為半電池反應(yīng)，可能會(huì)發(fā)生在金屬體的同一區(qū)域，也可能是發(fā)生在不同區(qū)域。按照電化學(xué)原理分析，腐蝕電池陰極不發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生腐蝕的是陽極。根據(jù)上述理論，按照金屬活性將被保護(hù)金屬變成該電池的陰極就可以防止金屬體的腐蝕，即陰極保護(hù)。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)該需求，即采用犧牲陽極的陰極保護(hù)以及增加強(qiáng)制電流的陰極保護(hù)。在該工程中選用的犧牲陽極的陰極保護(hù)工藝是將電位相對更負(fù)的金屬（鋁合金）與被保護(hù)金屬（Q235B/Q345R）連接，使其處于同一電解質(zhì)溶液中，把犧牲陽極材料上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，將整個(gè)罐體處于較負(fù)的相同電位下。該方式不需額外增加電源，便于操作實(shí)施，很少產(chǎn)生腐蝕干擾。

4.2 犧牲陽極塊計(jì)算

20 000 m3儲罐具體參數(shù)為：直徑38.0 m，試壓水位17.8 m，設(shè)計(jì)壽命10年。以儲罐為對象，具體計(jì)算如下。

（1）被保護(hù)體所需總保護(hù)電流

式中：I總為總保護(hù)電流（A）；

S為被保護(hù)面積（m2）；

JS為保護(hù)電流密度（A/m2）。

通過式3計(jì)算可得，20 000 m3儲罐所需總保護(hù)電流I總＝S×JS＝（3.14×38×17.8）×0.04＝84.96 A。

（2）犧牲陽極的總質(zhì)量

式中：W為犧牲陽極總質(zhì)量（kg）；

A為犧牲陽極的理論電容量（A×h/kg）

η為犧牲陽極的電流效率（%）；

Y為犧牲陽極的使用壽命（年）；

I總為總保護(hù)電流（A）。

將20 000 m3儲罐參數(shù)代入式4計(jì)算，可得

（3）犧牲陽極總數(shù)量

式中：N為犧牲陽極支數(shù)；

W為犧牲陽極總質(zhì)量（kg）；

Wa為單支犧牲陽極質(zhì)量（kg）；

K為設(shè)計(jì)系數(shù)，一般取1～3。

通過上述計(jì)算得到，陽極塊需要125.08塊，通過取整，為126塊。設(shè)計(jì)給出的犧牲安裝數(shù)量為110塊，因此需要新增16塊犧牲陽極塊。

4.3 犧牲陽極塊安裝

在原有的基礎(chǔ)上增加16塊犧牲陽極，其中浮盤下部焊接4塊，罐底焊接12塊，水壓試驗(yàn)后不再進(jìn)行拆除。

5 儲罐施工安全管理要點(diǎn)

大型儲罐施工期間重大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要存在于起重吊裝、高處作業(yè)、受限空間等直接作業(yè)環(huán)節(jié)。

5.1 起重吊裝作業(yè)

儲罐整體為鋼板及相關(guān)輔材焊接而成，1具20 000 m3儲罐的本體重量超過500 t，整個(gè)施工過程期間均涉及起重吊裝作業(yè)。首先須從設(shè)備完好性及操作、指揮人員的合規(guī)性等方面進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)；按照中石化直接作業(yè)環(huán)節(jié)相關(guān)安全管理規(guī)定辦理好作業(yè)許可證后方可進(jìn)行吊裝作業(yè)；吊裝期間，監(jiān)護(hù)人員務(wù)必履職到位，監(jiān)督吊車站位、吊點(diǎn)選擇、吊索具捆扎、輔助就位等各項(xiàng)措施的落實(shí)情況，并嚴(yán)格執(zhí)行起重吊裝作業(yè)“十不吊”的要求，確保吊裝平穩(wěn)、有序。

5.2 高處作業(yè)

該工程儲罐采用倒裝法施工，最大限度地減少在儲罐安裝期間的高處作業(yè)施工，有效從根本上降低了高處墜落等風(fēng)險(xiǎn)。在罐頂板安裝等高處作業(yè)期間認(rèn)真貫徹高處作業(yè)安全管理規(guī)定要求，重點(diǎn)管控高處作業(yè)平臺穩(wěn)固性檢查、高處作業(yè)人員的健康體檢、安全帶及安全繩等保障措施的正確使用等方面，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)管控的措施到位。

5.3 受限空間作業(yè)

采用倒裝法施工期間，頂圈壁板及罐頂板施工完成后形成了一個(gè)相對封閉的空間，在罐內(nèi)進(jìn)行后續(xù)焊接、防腐等施工時(shí)，產(chǎn)生的有毒有害煙塵、氣體對內(nèi)部作業(yè)人員的身體健康和生命安全構(gòu)成威脅，因此須按照受限空間作業(yè)進(jìn)行管理。作業(yè)期間嚴(yán)格落實(shí)“三不進(jìn)入”要求。作業(yè)前30 min及作業(yè)期間每隔2 h須對受限空間內(nèi)氣體進(jìn)行檢測，保證受限空間內(nèi)部任何部位的可燃?xì)怏w濃度和氧含量合格；罐體施工作業(yè)使用的配電箱及氣瓶等機(jī)具設(shè)備禁止帶入儲罐內(nèi)部；罐內(nèi)施工照明應(yīng)使用安全電壓；作業(yè)停工期間應(yīng)在入口處設(shè)置防止人員誤入措施及警示標(biāo)識牌，確保管控到位。

6 結(jié) 語

隨著國家能源建設(shè)的快速發(fā)展和戰(zhàn)略儲備物資的要求，部分大型儲罐建設(shè)集中在港口、沙漠采油點(diǎn)附近。本文以西北油田分公司順北油氣田一區(qū)奧陶系油氣藏產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目—五號聯(lián)合站建設(shè)工程的儲罐施工為例，對儲罐施工關(guān)鍵工藝進(jìn)行闡述。通過儲罐基礎(chǔ)后澆帶施工優(yōu)化，采用倒裝法施工，在沙漠地區(qū)利用陽極保護(hù)塊來阻擋地下苦咸水對儲罐試壓過程中的腐蝕，最終安全、高效地完成該工程儲罐施工。