大型球罐組裝

張志剛

摘要：大型球罐正在廣泛地應(yīng)用于燃?xì)庑袠I(yè)，本文以10000m3天然氣球罐組裝為例，從提高組裝效率方面著手，介紹了大型球罐組裝的工藝。

關(guān)鍵詞：球罐；組裝；腳手架

前言

球形儲(chǔ)罐作為一種儲(chǔ)存壓力容器，在燃?xì)庑袠I(yè)得到了廣泛應(yīng)用。由于球罐體積、直徑較大，不能整體運(yùn)輸，所以必須在制造廠壓制球片，加工制造支柱、組焊接管等部件，然后運(yùn)到使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝焊接。因此，球罐的現(xiàn)場(chǎng)組裝就成為球罐建造過程中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。

球罐的組裝工作在整個(gè)建造工程中占很大的比例，組裝質(zhì)量的好壞直接影響到該球罐其后工序的建造質(zhì)量。近年來(lái)球罐球殼板供貨能力與壓制水平的大幅提高，伴隨著材料、焊接、制造、施工安裝技術(shù)的不斷提高，球罐在不斷向大型化方向發(fā)展，整體組裝法在大型球罐的組裝中得到了廣泛的應(yīng)用。

本文將通過我公司所承擔(dān)的廣蚰南沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)某燃?xì)夤?0000m3天然氣球罐建造實(shí)例，介紹大型球罐采用整體組裝法的組裝技術(shù)。

球罐組裝原理及整體組裝法

球罐一般由球殼板、支柱、拉桿、人孔、接管等部件組成。球殼是球罐的主體，球罐由多塊壓制成球面的球殼組焊而成。我公司所施工的10000m3球罐屬五帶混合式結(jié)構(gòu)，14個(gè)支柱，球罐內(nèi)徑26800mm，罐體總高為28400mm。其特點(diǎn)是球罐的赤道帶、上溫帶、下溫帶的球殼(每帶28塊)按桔瓣分割，上、下極帶按足球瓣分割(每帶7塊)，五帶拼裝成球體。

球罐安裝是將支柱坐落在球罐基礎(chǔ)上并以此為支撐，在空中將球殼用工卡具組裝為一體，并依序進(jìn)行其后的焊接和檢驗(yàn)等工作，最終交付使用。因球罐組裝全部為高空作業(yè)，必須借助干操作腳手架來(lái)完成每塊殼板之間的連接。

整體組裝法指在球罐的基礎(chǔ)上把球殼板用工卡具逐一組裝成球，而后一并焊接的方法。它的安裝工程可大致分為二個(gè)階段，組裝階段和焊接階段。這種方法有利于球體定位，穩(wěn)定性好，還可節(jié)約大量的安裝輔助材料，由于生產(chǎn)專業(yè)性強(qiáng)，給生產(chǎn)管理和生產(chǎn)速度的提高帶來(lái)很大優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)大型球罐的安裝。

整體組裝法一般有二種形式

(1)單片組裝法又稱散裝法，即把單張球瓣逐一組裝成型的方法。這種方法由于單片組裝，故不需要很大起吊能力的機(jī)具和安裝場(chǎng)地，準(zhǔn)備工作量小，組裝速度快，且球體的組裝精度易于保證，組裝應(yīng)力小。

單片組裝法由于散裝的特點(diǎn)，它的高空作業(yè)量較多，要求全位置焊接的技術(shù)也較為嚴(yán)格，焊工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)球瓣的幾何尺寸及形狀要求也高，且需相當(dāng)數(shù)量的工夾具。

隨著球罐專用材料的出現(xiàn)(寬長(zhǎng)板材的出現(xiàn))球罐的單張球瓣就有相當(dāng)面積和重量，這樣單片組裝法對(duì)各種球罐的組裝，特別是大型球罐的組裝顯得尤為優(yōu)越。

(2)拼大片組裝法是在胎具上把已預(yù)裝編號(hào)后的各帶板中，把相鄰的二張或更多的球瓣拼接成較大的一組合瓣(視單張球瓣的大小，以及起吊能力而定)，然后吊裝各組合瓣成球。

拼大片組裝法由于部分球瓣在地面進(jìn)行組焊，故可采用各種不同的自動(dòng)焊接手段進(jìn)行焊接，大大提高這部分縱縫的焊接質(zhì)量，并減少了部分高空作業(yè)量和工夾具的數(shù)量。當(dāng)然，需要相應(yīng)提高起重的能力。這種方法對(duì)于單張球瓣不大的球罐組裝是加快工程進(jìn)度，提高質(zhì)量的一種途徑。通常應(yīng)用在較小容積球罐的安裝上。

施工方法與操作要點(diǎn)

3.1支柱基礎(chǔ)準(zhǔn)備

為保證球罐本體的安裝質(zhì)量，球罐安裝前要求對(duì)基礎(chǔ)的各部位尺寸進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，包括基礎(chǔ)中心圓直徑、基礎(chǔ)方位、相鄰支柱基礎(chǔ)中心距、地腳螺栓中心與基礎(chǔ)圓間距、支柱基礎(chǔ)上表面標(biāo)高、單個(gè)基礎(chǔ)上表面平面度。測(cè)量合格后進(jìn)行找平墊鐵的安放。

3.2球罐零部件復(fù)驗(yàn)

球瓣的曲率及外形尺寸的好壞，會(huì)直接影響球罐的安裝質(zhì)量和施工進(jìn)度。所以，在安裝之前對(duì)球瓣的曲率及尺寸精度必須嚴(yán)格檢查。球瓣檢查應(yīng)在胎具上進(jìn)行。

3.3殼板定位塊及吊點(diǎn)的布置和焊接

根據(jù)球罐組裝和施工作業(yè)的需要，要在球殼板上焊上一些必要的臨時(shí)焊件，包括組裝用定位塊、吊耳、掛鼻等。所有臨時(shí)焊件均在地面焊接完成，盡量減少高空作業(yè)的工作量，給安裝工作提供便利條件。定位塊設(shè)置于殼板內(nèi)表面，其間距視殼板厚度及幾何尺寸而定，大約在800～1000mm之間。在赤道帶板的赤道線與殼板坡口相交處焊上定位檔鐵，用以保證球罐組裝時(shí)球殼赤道線在同一平面上。帶支柱赤道帶板的定位檔鐵焊于赤道線下緣并露出板面20mm左右，不帶支柱赤道帶板的定位檔鐵焊于赤道線上緣，與殼板坡口面平齊。吊耳的布置根據(jù)吊裝要求，吊耳位置的選擇要滿足殼板吊起后，在空中具備與殼板就位時(shí)相同的傾斜角度。

3.4上支柱與下支柱的組焊

支柱與赤道帶板的組對(duì)必須在鋼制平臺(tái)上進(jìn)行，支柱通常分兩段，上段支柱與赤道帶板的組焊工作在制造廠已經(jīng)完成，安裝前需要在平臺(tái)上將下段支柱與上段支柱組焊為一體，根據(jù)赤道帶板的幾何尺寸在鋼制平臺(tái)上焊上定位檔塊，將帶支柱赤道帶板凹面向下放置干檔塊內(nèi)，之后連接下段支柱，并用水準(zhǔn)儀檢查上下段支柱的標(biāo)高，隨時(shí)用設(shè)于下段支柱下部的千斤頂調(diào)整，同時(shí)檢查支柱與赤道帶板軸線的平行度、支柱直線度、長(zhǎng)度，合格后進(jìn)行支柱焊接。

3.5操作腳手架形式

球罐的內(nèi)腳手架通常為傘形腳手架、滿堂腳手架和三角腳手架幾種形式。

滿堂腳手架主要采用鋼管桿件和扣件連接結(jié)構(gòu)，具有工作可靠和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于球罐檢測(cè)需要，腳手架必須反復(fù)搭拆，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于大型球罐而言，工作量繁重，影響工效。

傘形腳手架是借助于組裝用的中心柱架設(shè)的一種設(shè)施，是由中心柱、多層三角形架和跳板組成。在大型球罐上的應(yīng)用弊端與滿堂腳手架相同，而且，由于高度原因，中心柱的抗彎曲穩(wěn)定性較差，存在作業(yè)安全隱患。

三角腳手架是由三角托架，掛鼻，鋼跳板等組成。三角托架一般采用角鋼制作，由水平桿、支撐桿和固定桿構(gòu)成一個(gè)三角形框架。球罐組裝前，將三角托架固定桿端部固定在球殼掛鼻上，并在其水平桿上綁固鋼跳板，作為操作平臺(tái)。

三角腳手架由于支撐結(jié)構(gòu)的因素，水平桿長(zhǎng)有一定限制，通常使用在仰角不大的工作面，一般設(shè)于赤道帶內(nèi)、外壁，在上半球設(shè)于外壁，下半球設(shè)于內(nèi)壁。三角腳手架裝設(shè)比較靈活，可重復(fù)利用，不受球罐規(guī)格影響。

3.6操作腳手架設(shè)計(jì)

搭設(shè)腳手架是球罐組焊過程一項(xiàng)必要的設(shè)施，它是從安裝、焊接到檢驗(yàn)全部工程高空作業(yè)時(shí)工作人員的主要工作平臺(tái)。腳手架搭設(shè)合理與否對(duì)作業(yè)條件，安全生產(chǎn)，建設(shè)速度有密切關(guān)系。

根據(jù)10000m3球罐的具體情況，本著安全施工、縮短安裝周期、節(jié)約材料的思想，擬定

組裝方式和操作架具的結(jié)構(gòu)。

為了方便球罐的組裝操作，球罐赤道帶板及以下各帶殼板的組裝采用在罐內(nèi)側(cè)作業(yè)的方法，球罐赤道帶板以上各帶殼板的組裝采用在罐外側(cè)作業(yè)的方法。據(jù)此，赤道帶板及其下部殼板的定位塊設(shè)置于球殼內(nèi)部，赤道帶上環(huán)縫及以上殼板的定位塊設(shè)置于球殼的外部。

組裝操作用腳手架大部分采用三角腳手架形式。三角托架采用角鋼制作，預(yù)先固定在殼板所設(shè)的掛鼻上，并在層間鋪設(shè)鋼跳板作為操作平臺(tái)。

結(jié)合各帶殼板的尺寸和安裝位置，赤道帶板內(nèi)側(cè)由上至下設(shè)5層掛架，外側(cè)上部設(shè)1層掛架，帶支柱赤道帶板每層布置2個(gè)掛鼻，不帶支柱赤道帶板每層布置1個(gè)掛鼻；上下溫帶板各設(shè)4層掛架，上溫帶板的掛鼻布置在球殼外側(cè)，下溫帶板的掛鼻布置在球殼內(nèi)部，每塊板每層各設(shè)1個(gè)掛鼻；下極帶邊板內(nèi)側(cè)設(shè)1層掛架，每塊板設(shè)5個(gè)掛鼻。

球罐罐內(nèi)上部由于角度過于傾斜的原因，赤道帶板上環(huán)縫以上部位，若設(shè)置三角托架，存在臂長(zhǎng)過大，穩(wěn)定性不好的缺點(diǎn)，為滿足罐內(nèi)上部施工作業(yè)要求，僅在此部位設(shè)置雙層傘形腳手架。根據(jù)具體尺寸，預(yù)先在地面制作可拆卸的雙層傘形腳手架，在球罐殼板組裝完成后，將傘形腳手架材料輸送至罐內(nèi)，在罐底進(jìn)行螺栓連接安裝，并鋪設(shè)跳板，然后從球罐上極板人孔處提升，到達(dá)預(yù)定位置后，把上端的橫杠固定在上人孔上，完成球罐內(nèi)腳手架的安裝。外防護(hù)棚在球罐吊裝完成后組立，采用單排結(jié)構(gòu)鋼管扣件連接，防護(hù)棚采用地面預(yù)制成片，分片吊裝，并在上部外側(cè)已有腳手架的基礎(chǔ)上，綁扎下部腳手架，然后鋪設(shè)鋼跳板。完成后在外部用瓦棱鐵皮覆蓋，要求達(dá)到防火、防風(fēng)、防雨，滿足焊接及無(wú)損檢驗(yàn)的要求。

3、7球殼板的組裝過程

吊裝順序如下：

赤道帶板—下溫帶板—下極帶側(cè)板—下極帶邊板—上溫帶板—上極帶側(cè)板上極帶邊板—上極帶中板—下極帶中板

吊裝前，在地面上將三角托架安裝在設(shè)置于每塊球殼板的掛鼻上，并在帶支柱赤道帶板、下溫帶板和下極帶邊板內(nèi)側(cè)和上溫帶板外側(cè)的掛鼻上、鋪設(shè)跳板并綁扎牢固，之后進(jìn)行殼板的吊裝。

首先吊起一塊帶支柱赤道帶板就位于球罐基礎(chǔ)上，吊起另一塊帶支柱赤道帶板就位于相鄰基礎(chǔ)上，之后吊起一塊不帶支柱赤道帶板(不帶跳板)，插入兩塊已就位的球殼板之間，操作人員通過爬梯到達(dá)帶支柱赤道帶板的各層操作平臺(tái)，通過卡具固定赤道帶板，然后向不帶支柱赤道帶板上的三角托架上鋪設(shè)連接跳板，閉合操作平臺(tái)，同樣方法直至完成赤道帶板的吊裝。

為減少高空作業(yè)工作量，預(yù)先在地面將每?jī)蓧K溫帶板連接部位調(diào)整點(diǎn)焊為一體，進(jìn)行吊裝就位。先安裝一塊下溫帶板，就位后進(jìn)行相鄰溫帶板的安裝，依次完成除下極帶中板以外的下部各板的吊裝。為施工操作方便，下極帶中板暫不安裝，待球罐其余焊縫焊接及檢驗(yàn)完成后，進(jìn)行安裝組焊。

下部殼板安裝完畢后，操作人員從罐內(nèi)赤道帶板上端安裝赤道帶上環(huán)縫下外部掛架并搭設(shè)跳板和圍欄，進(jìn)行上溫帶板的吊裝時(shí)，操作人員從罐外利用赤道帶板和上溫帶板的外側(cè)掛架形成的平臺(tái)上完成上溫帶各板的組裝工作。采用同樣方法，完成上極帶各板的吊裝。

3.8組裝后球罐的調(diào)整

殼板吊裝完成后，還要進(jìn)行必要的調(diào)整，方能達(dá)到后續(xù)工序的要求。包括支柱的徑向和周向垂直度、球罐的橢圓度、焊縫的對(duì)口間隙、錯(cuò)邊量、棱角度等。通過調(diào)整，須保證在球罐焊接前各部位組裝質(zhì)量滿足允差要求。

3.9本組裝工藝的特點(diǎn)

因?yàn)?0000m3球罐體積較大，若采用其他形式的腳手架，罐內(nèi)的腳手架使用材料量大，綁扎作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，在搭設(shè)過程中頻繁的高空作業(yè)，會(huì)給施工帶來(lái)不安壘因素，重要的是，目前球罐檢測(cè)采用的一次曝光法Y射線探傷，需要球罐內(nèi)部拆除架具，必要的焊縫返工時(shí)又要重新搭設(shè)內(nèi)腳手架，工作量很大。采用本組裝工藝時(shí)，將各層三角腳手架由上至下依序拆除，保留掛鼻，然后將上部的雙層傘形腳手架落至罐內(nèi)底部拆除，射線檢測(cè)后，根據(jù)需返修焊縫的部位，安設(shè)三角腳手架和傘形腳手架，進(jìn)行焊縫的修復(fù)和檢測(cè)。待所有焊接部位檢測(cè)合格后，從上至下逐層切除掛鼻，隨即對(duì)切割部位進(jìn)行打磨處理并完成表面的無(wú)損檢測(cè)工作。

結(jié)語(yǔ)

大型球罐整體組裝法的關(guān)鍵點(diǎn)在于選用架具的搭設(shè)形式，采用上述三角腳手架及傘形腳手架的方法有效的避免了大量的高空綁扎作業(yè)，降低了高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率；架具型式簡(jiǎn)便實(shí)用，減少了施工材料的占用，降低了工程成本。