大型拱頂硫酸儲(chǔ)罐的制作安裝工藝

呂仁杰，趙會(huì)琴

(山西中條山機(jī)電設(shè)備有限公司，山西 垣曲 043700)

0 前言

北方銅業(yè)垣曲冶煉廠處理約50 萬(wàn)t/a 金屬礦，綜合捕集回收技術(shù)改造工程中需要制作4 臺(tái)10000 t 98%硫酸儲(chǔ)罐。該硫酸儲(chǔ)罐為常壓下使用，罐體直徑24 m，有效高度16 m，拱頂高3.35 m，單臺(tái)有效容積6150 m3，整罐質(zhì)量464 t。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，從安全、質(zhì)量、工期等方面考慮，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件和本儲(chǔ)罐的特點(diǎn)，經(jīng)多方案討論后，公司決定該儲(chǔ)罐的制作采用電動(dòng)導(dǎo)鏈倒裝法［1］施工工藝(也就是先把罐底鋪好，然后組裝罐頂，最后再隨罐頂提升而組裝罐壁)，結(jié)合合理有效的焊接工藝措施來(lái)高質(zhì)量高速度的完成該項(xiàng)工程。

1 罐底的制作

1.1 制作要求

罐底是采用厚度30 mm，材質(zhì)為Q235B 鋼板，拼接組焊成Φ24150 mm 的圓板。罐底焊接后，其局部凹凸變形的深度，不大于變形長(zhǎng)度的2%，且不大于30 mm。

1.2 工藝措施

(1)排版下料。先根據(jù)鋼板尺寸繪制排版圖［2］，如圖1 所示，再進(jìn)行下料。具體要求如:排版圖的直徑按設(shè)計(jì)直徑放大0.1%～0.2%;邊緣板沿罐底半徑方向的最小尺寸不得小于700 mm;中幅板的寬度不得小于1000mm，長(zhǎng)度不得小于2000 mm;任意相鄰焊縫之間的距離不得小于200 mm。

圖1 底板排版圖Fig.1 Floor layout diagram

(2)底板鋪設(shè)。先在基礎(chǔ)上劃出十字線及立縫定位“o”點(diǎn)，對(duì)處于中心的鋼板劃上十字線與基礎(chǔ)的十字線對(duì)準(zhǔn)，按排版圖由中心向兩側(cè)鋪設(shè)，中幅板和邊緣板找正檢查無(wú)誤后即可點(diǎn)焊固定。

(3)底板的焊接。正確的施焊工藝是控制焊后底板變形(即中間凸起)的關(guān)鍵。中幅板的焊接順序是先焊橫向焊縫(短縫)后焊接長(zhǎng)縫，從中心對(duì)稱向外分段退焊;邊緣板對(duì)接焊縫的焊接順序是:焊工對(duì)稱分布、隔縫跳焊，先將靠外邊緣300 mm 部位的焊縫焊完，即暫停焊接，且焊縫表面光滑平整;罐圈底邊板與中幅板之間的搭接角焊縫是最后焊接，焊工應(yīng)沿圓周分部，分段退焊或跳焊。

2 罐頂?shù)闹谱髋c安裝

2.1 制作要求

罐頂直徑24080 mm，由1 塊中心板和44 塊扇形鋼板以及肋條制作成SR 24000 mm 的球形拱頂，全部材料均為10 mm 的Q235B 鋼板。

2.2 罐頂?shù)闹谱靼惭b程序

罐頂?shù)陌惭b程序:底板劃線-頂圈板安裝-搭設(shè)中心柱-搭設(shè)胎具-中心角鋼圈安裝-搭設(shè)幾個(gè)同心環(huán)形角鋼-縱向肋條安裝-環(huán)向肋條安裝-扇形板內(nèi)、外搭接縫焊接(對(duì)接)-肋條焊接。

(1)罐底劃線。在罐頂制作安裝前，在安裝好的底板上劃出頂圈壁板的中心線和圓周線，以及安裝用立柱的中心點(diǎn)和各胎具的中心線與罐頂和壁板安裝的基準(zhǔn)線。

(2)頂圈板安裝。在底板上已劃好的壁板圓周線上，每隔1 m 左右焊一塊定位檔板，擋板焊接要保證罐壁內(nèi)徑的要求，達(dá)到規(guī)范的允許偏差;頂圈壁板和加固角鋼圈安裝，必須在檢查各部尺寸符合要求后，才能安裝加固角鋼圈和肋的連接板。

(3)中心柱和胎具安裝。中心柱的中心必須與罐體中心重合，并確保立柱垂直，下座要和底板焊牢，上盤(pán)的大小符合罐頂制作安裝的要求，立柱的高低根據(jù)頂圈壁板和罐弦高之和確定;胎具按同心圓設(shè)置不少于三圈，并且要和立柱同心，各圈胎具和立柱間以及中心柱間用角鋼聯(lián)系好形成整體，下部與底板焊牢;利用中心柱和胎具間的連接角鋼搭設(shè)跳板，以備罐頂施工和進(jìn)行焊接。

(4)罐頂肋條安裝。先將中心角鋼環(huán)固定在中心立柱頂盤(pán)上，依次安裝徑向肋條調(diào)整好各肋條間距，再安裝環(huán)向肋條，注意肋條安裝和焊接時(shí)應(yīng)從罐四周方向四點(diǎn)對(duì)稱進(jìn)行，防止因拉力不均和應(yīng)力作用造成立柱和胎具變形，使罐頂幾何尺寸達(dá)不到要求。

(5)罐頂扇形板安裝。扇形板按搭接順序從一側(cè)循序鋪設(shè)，要求邊鋪設(shè)邊點(diǎn)焊，點(diǎn)完一塊再鋪一塊，直到鋪完為止。

2.3 罐頂?shù)暮附?/h3>

(1)焊短縫由中間向兩邊焊，先焊內(nèi)側(cè)焊縫，后焊外側(cè)焊縫;

(2)焊徑向縫時(shí)縫由中間開(kāi)始向鋼板兩邊焊，縱向縫宜采用隔縫對(duì)稱施焊，離安裝孔500～600 mm 處暫不施焊;

(3)焊罐頂與箍邊角鋼環(huán)焊縫，在周?chē)植?2 個(gè)焊工施焊，并沿同一方向分段退焊;

(4)罐頂扇形板的焊接，要求內(nèi)外搭接縫全部滿焊，扇形板與肋間則采用斷續(xù)焊。為滿足焊縫要求和焊后幾何形狀的正確，應(yīng)先焊扇形頂板和點(diǎn)焊固定肋條，再焊內(nèi)部焊縫，二者配合焊接，最后修整外部焊縫使緊密搭接，開(kāi)始焊接外部焊縫，直到焊完為止。

3 罐壁安裝

3.1 制作要求

該罐除了頂圈壁板δ=14 mm 在罐頂?shù)闹谱髦幸淹瓿芍猓溆喙薇诜謩e由厚度δ=18 mm、22 mm、25 mm、28 mm、32 mm、36 mm、40 mm、44 mm 高度1800 mm 的鋼圈由上至下逐層遞增。

3.2 電動(dòng)導(dǎo)鏈倒裝法吊裝工藝

利用脹圈、千斤頂、卡板及吊桿、吊具等器械來(lái)完成吊裝的，具體做法是:利用卡板和千斤頂將漲圈固定在最上一圈的壁板上，然后用掛在立柱上的電動(dòng)導(dǎo)鏈提升脹圈，從而帶動(dòng)整圈壁板上升，在上升到一定高度后，將最上面的壁板與其緊鄰的下一圈壁板組對(duì)焊接。焊接完畢后，重復(fù)以前的動(dòng)作，直至全部壁板安裝結(jié)束，其吊裝原理如圖2 所示。

3.3 具體施工

(1)在要吊裝的壁板下端180～200 mm 處裝上壁板找圓和吊裝使用的脹圈，脹圈用25#槽鋼;

圖2 倒裝法吊裝原理Fig.2 Hoisting principle of hyperbaton

(2)在距罐內(nèi)壁500 mm 左右的同心圓上均布20 個(gè)Φ219 mm ×14 mm 鋼管制作的倒裝立柱，立柱安裝必須保證垂直。在立柱3/4 高度位置安裝兩根斜撐，斜撐用75° × 6 角鋼制作。斜撐之間的夾角及斜撐與罐底的夾角均以45°為宜。對(duì)稱的兩根立柱之間用鋼絲繩拉緊。20 個(gè)20 t 電動(dòng)葫蘆固定在倒裝立柱上。電動(dòng)導(dǎo)鏈分布示意圖與提升示意圖分別如圖3、圖4 所示。

(3)為防止壁板在吊裝過(guò)程中產(chǎn)生傾斜狀態(tài)和超出圈板，保證圓周搭接量均等，在罐內(nèi)等距離焊8～12 根限位桿作為標(biāo)志。

(4)吊裝時(shí)，設(shè)專人統(tǒng)一指揮，吊裝人員緊密配合，動(dòng)作統(tǒng)一。20 個(gè)起重機(jī)要同步進(jìn)行，做到各吊點(diǎn)受力均衡，緩慢起升。每提升600 mm 左右，應(yīng)停下檢查電動(dòng)倒鏈?zhǔn)欠裢?，上升受力是否均勻。如出現(xiàn)倒鏈起升不同步，受力不均，則應(yīng)分別單獨(dú)控制調(diào)整滯后倒鏈，使其與其它倒鏈處于同樣受力狀態(tài)，避免發(fā)生意外。當(dāng)罐體吊升達(dá)到一定高度，滿足下一圈壁板安裝空間要求時(shí)，根據(jù)限位桿的拉緊程度調(diào)整罐體的垂直度和下口水平度，鎖緊鏈?zhǔn)狡鹬貦C(jī)，調(diào)整搭接口，即開(kāi)始點(diǎn)焊。

(5)壁板的焊接。只能在上一圈的圈板裝配和校正好以后，才能焊罐的下一圈的圈板。焊第一圈圈板的垂直對(duì)接縫，鏟去焊縫根部，并補(bǔ)焊好;在罐內(nèi)焊第一圈板與第二圈板之間的環(huán)形斷續(xù)焊縫，要求焊工均布，并沿同一方向焊接;在酸罐外部焊第一圈與第二圈的環(huán)形連續(xù)焊縫;焊第三圈板的立縫;焊第二圈板與第三圈板之間的斷續(xù)仰焊縫。按以上順序焊接以后各圈板。

(6)最后是罐壁與罐底邊緣板的焊接［3］。由于罐底邊緣板受力復(fù)雜，應(yīng)力值較高，特別是在罐壁與罐底的角焊縫處，應(yīng)力值最大，且該值不是定值，它隨儲(chǔ)存液位變化而變，雖然頻率很底，但應(yīng)力值高，這就要求該處焊縫盡量避免產(chǎn)生各種缺陷，另一方面要具有較高的沖擊韌性。E4316 焊條熔敷金屬其氫和氧的含量較低，減輕了產(chǎn)生裂紋的傾向，熔敷金屬的沖擊韌性大大提高。所以罐壁板與邊緣板間的角焊縫采用E4316焊條手工電弧焊進(jìn)行焊接，要求焊接3～4 遍成型。這樣，整個(gè)焊縫熔敷金屬均為晶狀組織，后一次焊接過(guò)程是前一次的退火，提高了焊縫的機(jī)械性能。而且焊接順序要避免形成大的約束，以避免產(chǎn)生焊接應(yīng)力和裂紋。

4 結(jié)論

大型儲(chǔ)罐施工經(jīng)驗(yàn)和施工方法很多，根據(jù)不同的施工條件以及不同的技術(shù)要求制定特定的工藝技術(shù)措施是保證高質(zhì)量高速度完成儲(chǔ)罐施工工程的關(guān)鍵。根據(jù)倒裝法吊裝工藝措施，制作安裝的4 臺(tái)硫酸儲(chǔ)罐完全符合建設(shè)部頒布的《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和相關(guān)行業(yè)工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，一次性驗(yàn)收合格。

［1］劉君.淺談十萬(wàn)立儲(chǔ)罐倒裝法施工工藝［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(20).

［2］符興國(guó).濃硫酸大儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)制造［J］.廣東化工，2003(01).

［3］吳海陸.石油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題［J］.廣東化工，2002(04).