大型儲(chǔ)罐倒裝法施工安全技術(shù)研究與應(yīng)用

李志飛，劉 輝，周曉琛

(1.CPE新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司 壓力容器廠，新疆 克拉瑪依 834000；2.蘭州石化質(zhì)量監(jiān)督站，甘肅 蘭州 730000)

大型儲(chǔ)罐倒裝法施工安全技術(shù)研究與應(yīng)用

李志飛1，劉 輝1，周曉琛2

(1.CPE新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司 壓力容器廠，新疆 克拉瑪依 834000；2.蘭州石化質(zhì)量監(jiān)督站，甘肅 蘭州 730000)

大型儲(chǔ)罐倒裝法施工工藝作為新興的大型浮頂儲(chǔ)罐施工工藝，施工優(yōu)勢(shì)明顯，存在的主要風(fēng)險(xiǎn)是頂升時(shí)罐體傾斜。在某工程中通過(guò)重新設(shè)計(jì)液壓頂升裝置并計(jì)算分析承載力，限制其施工載荷來(lái)最大限度地使罐體在頂升過(guò)程中保持平穩(wěn)，保障施工過(guò)程的安全質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)化、制度化、規(guī)范化的安全施工。

大型儲(chǔ)罐；倒裝法；罐體傾斜

0 前言

大型儲(chǔ)罐倒裝法施工工藝作為新興的大型浮頂儲(chǔ)罐施工工藝，施工優(yōu)勢(shì)明顯：減少了大量的高空作業(yè)量、人員操作方便、施工效率高、施工質(zhì)量易于控制、安全性高。國(guó)家某原油商業(yè)儲(chǔ)備庫(kù)工程6×10萬(wàn)m3儲(chǔ)罐建設(shè)，儲(chǔ)罐為雙盤式浮頂油罐，100 000 m3儲(chǔ)罐罐壁內(nèi)徑φ 80 000 mm，罐壁高度21800mm，罐壁板共9圈，厚度由上至下依次為12mm、12 mm、12 mm、12 mm、15 mm、19 mm、22 mm、27 mm、32 mm。最頂層兩圈罐壁材質(zhì)是Q235-B，下一圈罐壁材質(zhì)是Q345R，其他壁板的材質(zhì)是08MnNiVR或12MnNiVR；壁板單圈寬度有2380mm和2420 mm兩種。罐壁板總質(zhì)量780 t，罐底質(zhì)量492 t，浮頂質(zhì)量495t。罐體安裝有兩道抗風(fēng)圈、兩道加強(qiáng)圈。儲(chǔ)存介質(zhì)為原油，設(shè)計(jì)壓力為常壓。對(duì)100 000 m3罐倒裝工藝安裝技術(shù)安全方面進(jìn)行了研究，并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)安全施工。

1 大型儲(chǔ)罐倒裝法施工工藝安全風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 大型儲(chǔ)罐倒裝法施工工藝流程

大型儲(chǔ)罐倒裝法施工工藝采用倒裝法組裝壁板，液壓缸作為提升工具，從最頂層壁板開(kāi)始依次逐層提升，并隨壁板的提升安裝各層附件(抗風(fēng)圈、加強(qiáng)圈、包邊角鋼等)。

(1)最頂層(第九圈)罐壁組裝。

a.在已組裝好的罐壁墊塊、限位板內(nèi)組裝第九圈壁板。

b.罐壁板圍板按排版圖，從兩個(gè)沿罐圓周相差180°的點(diǎn)開(kāi)始圍板，在兩側(cè)收兩個(gè)搭口，邊圍板邊組對(duì)立焊縫，并打緊下部緊固銷，在兩個(gè)搭口處切除多余板料，然后進(jìn)行搭口立縫組對(duì)焊接。

c.第九圈壁板上劃線。包邊角鋼、第一道抗風(fēng)圈的劃線，三角架劃線可用立焊縫作定位起點(diǎn)。

(2)圍第八圈板。

a.按排版圖從兩個(gè)沿罐圓周相差180°的點(diǎn)開(kāi)始圍板，在兩側(cè)收兩個(gè)搭口，最后在兩個(gè)搭口處各用兩個(gè)5t倒鏈?zhǔn)站o，然后進(jìn)行立縫焊接，搭口不焊。

b.第八圈罐壁板上劃線(抗風(fēng)圈、三腳架、定方位)。

(3)提升第九圈板。

a.提升前，每個(gè)液壓缸單個(gè)調(diào)試；整體聯(lián)接后，仔細(xì)檢查，保證每個(gè)接頭連接牢固。

b.開(kāi)啟液壓提升系統(tǒng)，提升第九圈壁板；先提升大約200 mm，檢查提升的同步情況和擋板焊縫、液壓缸泄漏情況，確認(rèn)無(wú)誤后方可繼續(xù)提升，提升到使第九圈壁板與第八圈壁板正好處于對(duì)接位置。提升時(shí)，由于罐直徑大，為保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)提升設(shè)備可能發(fā)生的異常情況，罐內(nèi)沿一周安排6～8人巡視。

c.提升到位后，調(diào)整單個(gè)液壓缸以保證對(duì)口間隙為0～2 mm，兩個(gè)搭口用倒鏈?zhǔn)站o。用鍥鐵銷緊，使罐內(nèi)壁收緊在罐內(nèi)限位擋板上。

d.分四組組對(duì)環(huán)焊縫，到兩搭口處兩兩會(huì)合，點(diǎn)焊方向與罐壁銷緊方向相同，組對(duì)工具用撬棍、直棍、千斤頂?shù)?。點(diǎn)焊點(diǎn)長(zhǎng)度40 mm、間距300 mm。最后切除搭接部分，組對(duì)并焊接搭口。用帶磁輪的半自動(dòng)切割機(jī)切割壁板搭口余料。

e.第八圈壁板立縫焊接，第九圈與第八圈壁板之間的環(huán)縫組對(duì)、焊接。環(huán)縫組對(duì)示意如圖1所示。

圖1 環(huán)縫組對(duì)方向示意

f.提升完畢，液壓缸回落，脹圈落下，拆除擋板并焊在第八圈壁板對(duì)應(yīng)位置上，做好提升第八圈的準(zhǔn)備。罐內(nèi)焊縫、焊疤打磨平。

(4)安裝第九圈板上的附件。

第九圈壁板上的附件自上至下依次為：包邊角鋼、第一道抗風(fēng)圈，安裝高度在4 m以上。安裝時(shí)，在罐壁周圍布置組對(duì)平臺(tái)小車進(jìn)行安裝。

(5)后續(xù)工序與上述相似，重復(fù)圍板、提升操作，需注意的是：

a.第二道抗風(fēng)圈支撐三角架、第二道抗風(fēng)圈組對(duì)焊接，應(yīng)在第八圈板提起、第六圈板圍上后進(jìn)行組裝。將加強(qiáng)圈支撐三角架按圖紙位置焊于加強(qiáng)圈腹板上。利用抗風(fēng)圈三角架做吊耳掛倒鏈安裝加強(qiáng)圈。施工時(shí)從中向兩面同時(shí)施工。

b.第一道加強(qiáng)圈安裝應(yīng)在第七圈壁板提起、第五圈壁板圍上后進(jìn)行。

(6)脹圈、液壓缸拆除。

1.2 大型儲(chǔ)罐倒裝法施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析

大型儲(chǔ)罐倒裝法施工中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)主要是罐體傾斜。在利用倒裝法提升罐體時(shí)，將組對(duì)、焊接及相關(guān)方的射線探傷、安全質(zhì)量檢查等操作都下降到地面進(jìn)行，減少了高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，但在提升罐體時(shí)容易出現(xiàn)傾斜。罐體提升出現(xiàn)傾斜的主要影響因素有：

(1)液壓缸提升時(shí)由于單體液壓缸提升不同步，罐體出現(xiàn)傾斜。

(2)罐體提升高度大，罐體出現(xiàn)傾斜。100 000 m3儲(chǔ)罐高度達(dá)到21.8 m，在提升到第5圈時(shí)罐頂達(dá)到12 m，但是液壓缸基座高只有2 m，液壓桿提升罐體易傾斜。

(3)風(fēng)的影響。在施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)刮風(fēng)的天氣，當(dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)罐體受風(fēng)力影響將出現(xiàn)傾斜甚至倒塌的危險(xiǎn)。

2 大型儲(chǔ)罐倒裝法防傾斜安全技術(shù)措施

2.1 液壓提升系統(tǒng)

2.1.1 液壓缸的數(shù)量

參照公式

式中 n為液壓缸數(shù)量；k為安全系數(shù)；p為提升總重；T為液壓缸噸位。

令p＝932.8t，T＝25t，k＝1.6，計(jì)算得n＝59.7，取值60。

綜上所述，確定提升一座100 000 m3罐需要液壓缸60個(gè)，每個(gè)液壓缸布置間距(弦長(zhǎng))為4.18 m。

2.1.2 液壓缸提升速度

液壓缸內(nèi)徑180 mm，采用兩級(jí)提升(行程放大兩倍)；提升高度按2.45 m計(jì)算，單個(gè)液壓缸提升容積31.17 L；由于采用單缸單泵工作方式，泵流量3.2L／min，工作提升時(shí)間9.76min，下落時(shí)間9.76min；提升速度4.2 mm／s。

2.1.3 液壓缸提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)在新的液壓缸提升系統(tǒng)中，采用泵站控制液壓缸，一個(gè)泵站控制4個(gè)液壓缸，60個(gè)液壓缸由15個(gè)泵站控制，15個(gè)泵站由一個(gè)總控制系統(tǒng)控制。采用分級(jí)控制系統(tǒng)可以精確地控制每個(gè)液壓缸提升的高度，如若出現(xiàn)某一邊的液壓缸上升高度過(guò)快或者過(guò)慢，可以通過(guò)液壓缸控制系統(tǒng)停止提升某一邊液壓缸來(lái)達(dá)到同步提升的效果。

(2)液壓缸提升示意如圖2所示。在液壓缸提升系統(tǒng)中，在液壓桿上加上一個(gè)帶滾輪的撐桿，可以利用液壓缸基座起到撐護(hù)的作用，避免因提升高度出現(xiàn)罐體的傾斜。

圖2 液壓缸提升

2.2 壁板垂直度調(diào)節(jié)

壁板垂直度的調(diào)節(jié)采用吊錘和角尺進(jìn)行調(diào)節(jié)和檢查，如圖3所示。

圖3 垂直度調(diào)節(jié)

2.3 抗風(fēng)安全技術(shù)措施

2.3.1 抗風(fēng)裝置

(1)采用倒裝法施工，上層罐壁提升后，需要懸空較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行下層圍板、立縫組對(duì)焊接作業(yè)。由于在提升過(guò)程中和提升到位后的圍板過(guò)程中，罐壁抵抗橫向風(fēng)能力較差，為保證安全施工，設(shè)計(jì)了抗風(fēng)裝置。該裝置專為罐體抗風(fēng)安全性考慮設(shè)計(jì)，立柱上下接頭均采取鉸鏈形式，套管與脹圈焊接連接，套管側(cè)面采用鉸鏈結(jié)構(gòu)，既滿足受力結(jié)構(gòu)，又便于安裝拆除(為組對(duì)、焊接、打磨工序提供操作空間)。抗風(fēng)裝置的立柱在罐體提升前安裝，提升到位后用方銷子銷在立柱與套管的間隙。隨罐體的提升高度和儲(chǔ)罐容積確定安裝數(shù)量，均勻布置。以100 000 m3罐為例，第三圈開(kāi)始安裝，4套、8套，……，順次遞增，最多安裝到20套。

(2)脹圈。脹圈由25#槽鋼滾弧校正后對(duì)扣而成，脹圈制作時(shí)應(yīng)將接頭、吊耳等全部安裝齊全，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作量。組裝時(shí)，脹圈與壁板貼合間縫小于2 mm。使用脹圈加強(qiáng)罐壁圈的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

2.3.2 抗風(fēng)措施

(1)在罐壁每處吊點(diǎn)旁焊兩塊擋板，每塊擋板允許承重力應(yīng)大于吊點(diǎn)受力值的兩倍，后三圈提升時(shí)，每塊擋板承重應(yīng)大于等于單臺(tái)液壓缸的最大提升力(25 t)。

(2)提升最后四圈壁板時(shí)，每隔兩個(gè)液壓缸布置一臺(tái)防滑落保險(xiǎn)裝置，與罐底連接固定，并與脹圈組合，調(diào)試至工作狀態(tài)

3 結(jié)論

通過(guò)采用上述安全技術(shù)措施之后，倒裝法施工大型儲(chǔ)罐罐體傾斜得到有效的控制，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中未出現(xiàn)儲(chǔ)罐傾斜，儲(chǔ)罐中心線垂直度的檢查完全符合國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。大型儲(chǔ)罐制作安裝施工屬于高危作業(yè)，為保證施工質(zhì)量，安全快速地完成施工任務(wù)，采用倒裝法施工安全可靠，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，倒裝法施工大型儲(chǔ)罐將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

Research and application of safe construction of upside-down construction technology for large storage tank

LI Zhi-fei1，LIU Hui1，ZHOU Xiao-chen2
(1.Pressure Vessel Factory，CPE Xinjiang Petroleum Engineering Construction Co.，LTD.，Karamay 834000，China；2.Lanzhou Petrochemical Quality Supervision Station，Lanzhou 730000，China)

As a new construction technique of large floating roof tank with improvement and refinement，the inversion method of largescale storage tanks has conspicuous advantages，however，the main risk of large-scale storage tank inversion method is that the roof of the tank will tilt when lifting.In a certain project，by redesigning the hydraulic roof up device，as well as calculating and analyzing the load capacity，the maximum loading was restricted to ensure the steady process of lifting，so as to ensure the construction safety.By the means above，the site construction has achieved standardized，systematized and normalized safety.

large-scale storage tank；inversion method；tilt of tank

TG457.5

B

1001-2303(2012)08-0030-03

2012-04-13

李志飛(1960—)，男，湖南平江人，工程師，主要從事油田地面工程安全技術(shù)管理工作。