路彩娟,何華軍,張 念

(1.紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 紹興 312000; 2.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020; 3.武漢長(zhǎng)江科創(chuàng)科技發(fā)展有限公司,湖北 武漢 430010)

0 引言

糧庫(kù)儲(chǔ)油罐一般采用立式鋼儲(chǔ)罐(見(jiàn)圖1),施工內(nèi)容包括罐體安裝、內(nèi)外立面除銹防腐。罐體一般采用從下而上的正裝法,該方法需要大量支撐架體及大型設(shè)備,且高空作業(yè),既不經(jīng)濟(jì)又不安全。儲(chǔ)油罐內(nèi)、外立面除銹防腐施工若采用常規(guī)吊籃或蜘蛛人作業(yè),危險(xiǎn)系數(shù)高。鑒于上述情況,亟需總結(jié)立式鋼儲(chǔ)罐安裝及除銹防腐的高效施工技術(shù)。

圖1 糧庫(kù)儲(chǔ)油立式鋼儲(chǔ)罐

1 倒裝提升施工技術(shù)

1.1 方案比選

鋼儲(chǔ)罐罐體主要采用正裝法和倒裝法進(jìn)行施工。

1)正裝法原理 完成罐底施工后,從最底層壁板向上施工至頂層,之后將底圈壁板與底板間角縫進(jìn)行焊接。可充分利用大型吊裝設(shè)備,加大預(yù)制深度,易于掌握,便于推廣鋼儲(chǔ)罐自動(dòng)焊接技術(shù),但需占用較大施工場(chǎng)地,技術(shù)難度大,高空作業(yè)多,安全風(fēng)險(xiǎn)大。正裝法施工如圖2所示。

2)倒裝法原理 完成罐底施工后,對(duì)罐頂及最頂層壁板進(jìn)行焊接拼裝,將提升設(shè)備均勻布置在罐內(nèi),通過(guò)對(duì)脹圈等輔助裝置提升罐頂及頂層壁板,隨后提升次頂層壁板,并依次循環(huán)直至完成施工。施工人員在地面作業(yè),安全系數(shù)高,人員操作方便,施工質(zhì)量好,工效高。倒裝法施工如圖3所示。

圖3 倒裝法施工實(shí)景

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)倒裝法進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,總結(jié)出新型立式鋼儲(chǔ)罐倒裝提升高效施工技術(shù),開(kāi)發(fā)新的倒裝法提升裝置,穩(wěn)定性好、提升力大,且施工快速、成本較低。通過(guò)對(duì)立柱體系的選取、立柱位置的優(yōu)化、吊點(diǎn)及脹圈的優(yōu)化設(shè)置,實(shí)現(xiàn)同步提升,精細(xì)化、高精度施工,提高了罐壁垂直度及圓弧度。

1.2 倒裝法提升裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型倒裝法提升裝置(見(jiàn)圖4)由立柱、上端吊耳、電動(dòng)葫蘆、吊耳、脹圈、定位支架、撐桿、拉桿、龍門(mén)卡具和限位支架組成。由整體需提升質(zhì)量及電動(dòng)葫蘆最大提升力,確定提升點(diǎn)及提升裝置數(shù)量。

立柱受到的外力為軸向壓力,立柱穩(wěn)定性是關(guān)系施工安全的重要因素。由于徑向及橫向拉桿牽引平衡電動(dòng)葫蘆偏角水平分力,故將立柱近似考慮為僅受豎直壓力,因此立柱受力簡(jiǎn)化為材料力學(xué)中一端固定、一端自由的壓桿穩(wěn)定性計(jì)算。

壓桿穩(wěn)定性取決于壓桿細(xì)長(zhǎng)比λ和臨界應(yīng)力Fcr。當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比非常大時(shí),臨界應(yīng)力為壓桿失效的主要形式。臨界應(yīng)力計(jì)算如式(1)所示。

Fcr=π2EI/(μL)2

(1)

式中:μ為長(zhǎng)度系數(shù),與壓桿約束條件有關(guān),一端固定、一端自由的壓桿μ取2;L為壓桿長(zhǎng)度,與電動(dòng)葫蘆提升高度和各圈壁板高度有關(guān),取4m;E為彈性模量,碳鋼彈性模量為210×109N/m2;I為壓桿截面最小慣性矩,I=π(D4-d4)/64,由臨界應(yīng)力確定鋼管等型號(hào)。

1.3 倒裝法提升主要工藝

倒裝法施工工藝流程為:施工準(zhǔn)備→鋼儲(chǔ)罐底板安裝→最頂層壁板安裝→罐頂安裝→提升裝置安裝→次頂層罐壁安裝→壁板提升→循環(huán)提升直至完成。以某糧庫(kù)為例,施工工藝如下。

1)設(shè)備及吊點(diǎn)選取 現(xiàn)場(chǎng)最大最重油罐直徑15m,高度16.2m,總重64.1t,根據(jù)施工流程,最大吊重為47.739t。計(jì)算可得,吊點(diǎn)數(shù)量為12個(gè)。

2)立柱體系選取 立柱體系由鋼管、鋼板及撐桿結(jié)構(gòu)組合而成,采用φ150圓管,厚度為8mm,高度為3m。

3)罐頂安裝 在罐底安裝中心傘架,用以輔助罐頂安裝,然后進(jìn)行壁板及頂板組裝施工,并根據(jù)立柱位置對(duì)罐頂開(kāi)洞(孔洞為600mm×600mm)。

4)提升裝置安裝 立柱安裝為罐壁提升做好準(zhǔn)備。在壁板進(jìn)行脹圈安裝(見(jiàn)圖5),脹圈結(jié)構(gòu)采用[18(180mm×68mm×7mm),100mm×10mm鋼板。根據(jù)立柱數(shù)量,采用12個(gè)電動(dòng)葫蘆保持同步提升。在圓周上應(yīng)按罐體周長(zhǎng)方向等分設(shè)置電動(dòng)葫蘆,在徑向上應(yīng)保證上、下吊耳垂直對(duì)齊,保持導(dǎo)鏈盡可能垂直受力,然后安裝支撐桿件,以保證立柱間受力的相對(duì)平衡。

圖5 脹圈細(xì)部節(jié)點(diǎn)

5)次頂層壁板安裝 按排版圖及編號(hào)順序進(jìn)行次頂層壁板拼接,圍板上留2道活口不焊,在每個(gè)活口上各設(shè)置1組活口調(diào)節(jié)裝置,用于在提升、拼接過(guò)程中逐步收緊壁板。

6)壁板提升 每次提升前要對(duì)提升裝置進(jìn)行全面認(rèn)真檢查,合格后方可開(kāi)始提升。提升至2/3高度時(shí),停止提升,在壁板下口內(nèi)側(cè)每隔500mm點(diǎn)焊1塊環(huán)縫組對(duì)擋塊(見(jiàn)圖6)。

圖6 壁板安裝與提升

2 內(nèi)外立面除銹防腐高效施工技術(shù)

2.1 方案比選

立式鋼儲(chǔ)罐內(nèi)外立面除銹防腐施工主要采用普通吊籃、蜘蛛人等作業(yè)方式。本文創(chuàng)新性提出一種可旋轉(zhuǎn)吊籃(見(jiàn)圖7),該體系僅需投入1套軸承、1根橫桿及鋼棧橋平臺(tái)、吊籠等,能實(shí)現(xiàn)鋼儲(chǔ)罐內(nèi)外立面除銹防腐施工無(wú)死角、一次性施工,施工工效高、安全可靠。

2.2 可旋轉(zhuǎn)吊籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1外立面吊籃設(shè)計(jì)

立式鋼儲(chǔ)罐外立面除銹防腐施工原理為:施工人員站在掛梯上吊籠進(jìn)行防腐施工,當(dāng)需移至下一工作面時(shí),由另一施工人員站在罐頂沿護(hù)欄推動(dòng)橫桿,施工人員可實(shí)現(xiàn)上下左右操作,此裝置整體結(jié)構(gòu)由固定端、橫桿、旋轉(zhuǎn)裝置、掛梯及吊籠組成(見(jiàn)圖8)。

外立面吊籃構(gòu)件組裝過(guò)程如下。

1)橫桿端部加固 油罐罐頂中心位置設(shè)計(jì)有氣孔,氣孔采用φ600法蘭短管制作安裝。橫桿端部固定在氣孔處,利用└50×4制作固定件(見(jiàn)圖9),尺寸相對(duì)短管法蘭盤(pán)較小。

圖9 頂部橫桿端部加固俯視圖

2)受力橫桿安裝 主橫桿一端利用角鋼固定在氣孔處,與護(hù)欄連接處采用軸承鋪墊(見(jiàn)圖10),橫桿一端懸挑出護(hù)欄外,頂部進(jìn)行掛梯安裝。

圖10 外立面吊籃軸承節(jié)點(diǎn)

3)吊籃及掛梯安裝 掛梯采用鋼管分段制作,可進(jìn)行分段拆解,掛梯固定在橫桿端部,吊籃操作平臺(tái)為掛籠,可固定在掛梯上。

2.2.2內(nèi)立面吊籃設(shè)計(jì)

立式鋼儲(chǔ)罐內(nèi)立面除銹防腐施工原理為:將吊籠安裝在一側(cè)掛梯上,在罐底由1位施工人員繞罐頂中心推動(dòng)另一側(cè)掛梯,從而實(shí)現(xiàn)鋼儲(chǔ)罐內(nèi)立面施工。此裝置整體結(jié)構(gòu)主要由固定端、鋼棧橋平臺(tái)、掛梯及吊籠組成(見(jiàn)圖11)。

圖11 內(nèi)立面吊籃整體結(jié)構(gòu)

內(nèi)立面吊籃構(gòu)件及組裝過(guò)程如下。

1)頂部固定端安裝 立式鋼儲(chǔ)罐內(nèi)部施工時(shí),在其頂部采用角鋼搭設(shè)三角支架(見(jiàn)圖12),并且在氣孔處安裝與中心桿直徑相匹配的軸承,從而實(shí)現(xiàn)中心桿以下部件可圍繞軸承進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

圖12 內(nèi)立面吊籃頂部節(jié)點(diǎn)

2)鋼棧橋平臺(tái)組裝 鋼棧橋平臺(tái)由普通鋼管及角鋼通過(guò)螺栓及焊接組合而成,其中心通過(guò)鋼板與中心桿相連。內(nèi)立面吊籃操作平臺(tái)如圖13所示,中心桿節(jié)點(diǎn)如圖14所示。

3)內(nèi)立面吊籃提升及固定 鋼棧橋平臺(tái)在地面組裝完成就位后,在油罐頂部安裝起重設(shè)備,安裝就位后進(jìn)行調(diào)試,檢查中心桿及操作平臺(tái)是否滿足要求。檢查無(wú)誤后,進(jìn)行提升,提升過(guò)程中安裝吊籃平臺(tái)兩側(cè)掛梯及吊籠。待提升至設(shè)計(jì)位置時(shí),通過(guò)插銷固定中心桿,使平臺(tái)在罐頂固定。

2.3 內(nèi)外除銹防腐主要工藝

立式鋼儲(chǔ)罐外立面除銹防腐施工工藝流程為:施工準(zhǔn)備→頂部氣孔加固→鋼橫桿組合安裝→吊籃掛梯安裝→安全繩安裝→外立面噴砂施工→外立面油漆施工→外立面組合吊籃拆除(見(jiàn)圖15)。

圖15 外立面除銹防腐施工流程

立式鋼儲(chǔ)罐內(nèi)立面除銹防腐施工工藝流程為:施工準(zhǔn)備→內(nèi)立面組合吊籃散件吊運(yùn)至罐內(nèi)→吊籃平臺(tái)組裝→吊籃掛梯安裝→頂部氣孔起重設(shè)備安裝→吊籃平臺(tái)提升至設(shè)計(jì)位置固定→內(nèi)立面噴砂施工→內(nèi)立面油漆施工→內(nèi)立面組合吊籃降落拆除(見(jiàn)圖16)。

圖16 內(nèi)立面除銹防腐施工流程

1)立面吊籃安裝 內(nèi)、外立面吊籃安裝如2.2節(jié)相關(guān)內(nèi)容所述。

2)安全繩安裝 安全繩采用直徑為8.3mm的錦綸繩并配備相應(yīng)安全扣,固定在氣孔頂部,安全繩配備專業(yè)安全扣可直接環(huán)繞于氣孔上并用鎖扣鎖住,與安全繩接觸的花架梁棱角部位必須用厚皮膠管進(jìn)行保護(hù),防止磨損斷裂,前端固定在懸挑結(jié)構(gòu)上,1根安全繩僅限1人使用。

3)防腐除銹施工 外立面施工過(guò)程中,在罐頂安排1位施工人員沿護(hù)欄操作橫桿圍繞氣孔實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn),另外1位施工操作人員通過(guò)吊籠掛在掛梯上,從而實(shí)現(xiàn)上下左右操作,工作面無(wú)死角。內(nèi)立面施工過(guò)程中,將施工操作吊籃安裝在一側(cè)掛梯,在罐底安排1位施工人員推動(dòng)另一側(cè)掛梯,從而實(shí)現(xiàn)圍繞罐頂中心旋轉(zhuǎn)施工。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)糧庫(kù)儲(chǔ)油立式鋼儲(chǔ)罐施工,罐體安裝、內(nèi)外立面除銹防腐施工危險(xiǎn)系數(shù)大,施工效率低,進(jìn)行專項(xiàng)施工工裝和工藝開(kāi)發(fā),總結(jié)新型立式鋼儲(chǔ)罐安裝及除銹防腐的高效施工技術(shù)。

1)開(kāi)發(fā)新型提升裝置,創(chuàng)新立式鋼儲(chǔ)罐倒裝法安裝提升技術(shù),優(yōu)化提升裝置電動(dòng)葫蘆及立柱數(shù)量,在確保施工安全的前提下,降低施工成本,提高施工效率。

2)開(kāi)發(fā)可360°旋轉(zhuǎn)的內(nèi)、外立面吊籃裝置及節(jié)點(diǎn),創(chuàng)新基于新型吊籃的內(nèi)外除銹防腐施工技術(shù),可自由選擇工作面,且一次性成型,安全高效。