大型浮頂原油罐罐壁保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工

張 毅 張有渝 謝 兵 余澤慶 萬 娟

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041

0 前言

大型鋼制原油儲罐是石油化工行業(yè)的重要儲運(yùn)設(shè)備［1］。 隨著近年來我國煉鋼技術(shù)的突破，大型原油儲罐用高強(qiáng)鋼板國產(chǎn)化， 與之匹配的高強(qiáng)鋼焊材在國內(nèi)項(xiàng)目中成功應(yīng)用［2］，這標(biāo)志著我國已全面掌握了大型原油儲罐國產(chǎn)化的成套技術(shù)，并在多個項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用［3-4］。

原油的密度、黏度、凝固點(diǎn)等物理性質(zhì)決定了原油儲運(yùn)的復(fù)雜性， 而溫度與影響原油流動性的原油黏度、析蠟傾向密切相關(guān)，因此大型儲罐保溫結(jié)構(gòu)對原油儲罐長周期操作運(yùn)行的安全性、節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性有重要影響［5］。由于大型儲罐，特別是儲存易燃介質(zhì)原油的10×104m3浮頂罐，需要配備消防噴淋系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)及各種儀表探頭等安全附件， 因此通常會在罐壁上設(shè)置各種支撐，此外罐體結(jié)構(gòu)固有的抗風(fēng)圈、加強(qiáng)圈和盤梯等結(jié)構(gòu)支架，以及罐壁上各種規(guī)格開口接管，在罐壁上構(gòu)成了大量不連續(xù)性安裝障礙，給罐體保溫設(shè)計(jì)和施工帶來了很大困難。

儲罐的保溫方式眾多，但多數(shù)文獻(xiàn)［6］以及各設(shè)計(jì)院和施工單位的技術(shù)規(guī)格書大都局限于對1 000～5×104m3的儲罐保溫介紹。 以中國石油四川石化有限責(zé)任公司原油儲備庫工程和原油罐區(qū)工程10×104m3大型浮頂原油罐為例，介紹了“保溫棉—金屬波形板”保溫方式的設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)。

1 保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工程建設(shè)方十分重視10×104m3雙盤式浮頂原油罐的保溫效果，對保溫結(jié)構(gòu)質(zhì)量和外觀要求很高，并組織開展了調(diào)研考察，據(jù)此設(shè)計(jì)方認(rèn)為10×104m3原油浮頂罐保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至少應(yīng)滿足以下要求：

a）保溫結(jié)構(gòu)安全可靠，在各種惡劣的自然環(huán)境中能完好無損，并保證其功能不變。

b）能滿足原油儲存運(yùn)行中的保溫要求，盡量減少熱能損耗，做好節(jié)能降耗。

c）使用壽命≥20 a。

d）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)美觀整潔。

根據(jù)上述要求，經(jīng)過分析篩選，決定內(nèi)部保溫層采用高溫玻璃纖維棉板，外部保護(hù)層采用彩鋼壓型板。 為保證使用壽命≥20 a，結(jié)合考慮材料價格因素，選用了熱鍍鋅基板的彩鋼壓型板，其正面為聚偏氟乙烯（PVDF）面漆。 彩鋼板為白色，寬度為1 000 mm，厚度為0.7 mm，為保證彩鋼板卷及其加工后的壓型板質(zhì)量，在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上編制了本工程用的彩鋼壓型板技術(shù)條件，對彩鋼板卷的基板，彩鋼板卷表面質(zhì)量、彩層色差、光澤度、彩鋼壓型板尺寸偏差等方面內(nèi)容作出了規(guī)定。

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本工程在10×104m3浮頂原油罐保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的特點(diǎn)是自罐底至第二層加強(qiáng)圈的彩鋼壓型板為板幅長達(dá)12.67 m 的一張整板，中間無橫向接縫，大大提高了保溫結(jié)構(gòu)的安全性和罐體保溫的整體效果。 根據(jù)對國內(nèi)現(xiàn)有10×104m3罐的考察，將整板板幅長達(dá)12.67 m 的彩鋼壓型板用于10×104m3浮頂原油罐罐壁保溫結(jié)構(gòu)上尚屬國內(nèi)首創(chuàng)，故在設(shè)計(jì)和壓型加工、安裝施工方案上均考慮細(xì)致，因而在工程現(xiàn)場安裝施工上取得了成功，安裝質(zhì)量和外觀效果很好。

保溫結(jié)構(gòu)分為內(nèi)部保溫層和外部彩鋼壓型板保護(hù)層，相關(guān)文獻(xiàn)也曾介紹過該種保溫方式的結(jié)構(gòu)組成和施工要點(diǎn)［7］。根據(jù)本工程的地理位置、介質(zhì)條件和工藝流程設(shè)計(jì)，要求內(nèi)部保溫層采用的高溫玻璃纖維棉板的保溫厚度為50 mm，單張規(guī)格為1 200 mm×600 mm，平均厚度為50 mm，密度約為48 kg/m3，分圈層鋪裝于預(yù)焊在罐壁上的相鄰兩圈承重角鋼之間， 并以鍍鋅鋼帶橫向固定。保溫層外鋪裝彩鋼壓型板，環(huán)向以自攻螺釘固定于各圈承重角鋼之上， 彩鋼壓型板搭接棱處以抽芯鉚釘固定，鉚釘?shù)拈g距應(yīng)保證壓型板的安裝牢固可靠，但又要考慮其美觀、整潔。

彩鋼壓型板的尺寸和波型選擇應(yīng)考慮國內(nèi)生產(chǎn)的彩鋼板卷的規(guī)格，現(xiàn)有彩鋼壓型機(jī)的型式、規(guī)格，壓型板吊裝、運(yùn)輸和安裝中的剛度要求及使用壽命、美觀等因素。本工程確定的彩鋼壓型板板幅寬度為840mm， 波距為210 mm，波高為25mm，板厚0.7mm，最大板幅長12.67m。 經(jīng)過壓型加工、吊裝運(yùn)輸和安裝施工的實(shí)踐，證明壓型板的這些尺寸參數(shù)完全滿足上述因素的要求，16 臺10×104m3原油浮頂罐保溫結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量很好，外形美觀整潔。

2 保溫結(jié)構(gòu)安裝

2.1 保溫施工總體要求

為保證保溫結(jié)構(gòu)的安裝施工質(zhì)量，特別是板幅長度達(dá)12.67 m 的壓型板的安裝施工質(zhì)量和外形美觀， 必須在彩鋼壓型板壓型、吊裝運(yùn)輸和安裝施工等每一環(huán)節(jié)上有嚴(yán)格細(xì)致的技術(shù)要求：

a）壓型板成型時必須滿足其尺寸偏差和外形要求，表面不被污染劃傷，板邊不出現(xiàn)變形。

b）壓型板在吊裝、運(yùn)輸和安裝過程中必須保證不變形且無其它機(jī)械損傷。

c） 壓型板在罐壁上的安裝直接影響到保溫結(jié)構(gòu)的美觀整潔，因此要求安裝時全罐壓型板的上下邊緣必須整齊劃一，鉚釘位置應(yīng)上下均成一直線，左右應(yīng)在同一高度上。

d）壓型板安裝屬高空作業(yè)，應(yīng)確保施工人員安全。

e）板幅長達(dá)12.67 m 的壓型板應(yīng)減少或避免橫向接縫，即便是在罐壁盤梯處也應(yīng)滿足此要求。

f） 壓型板拼接時必須上板壓下板，避免雨水污物流入［8-9］。

由于罐體附件多， 結(jié)構(gòu)支撐復(fù)雜，10×104m3罐保溫結(jié)構(gòu)安裝施工的主要難點(diǎn)在于板幅長達(dá)12.67 m 的壓型板的吊裝就位，特別是在罐壁盤梯處，在安裝過程中會出現(xiàn)很多需要拼板和貼補(bǔ)的地方。 為保證12.67 m 長的壓型板的吊裝就位和開孔、盤梯處的拼接，召開了多次專題會議進(jìn)行方案研究，并由施工方編制了詳細(xì)的施工方案組織實(shí)施。 在保證罐體保溫結(jié)構(gòu)牢靠的同時，又保證保溫結(jié)構(gòu)整體效果的美觀，因此拼板和貼補(bǔ)的總體思路是：

a）盡量使用整板，開槽（開孔）盡可能小。

b）相鄰開槽（開孔）部位間距太小則采用整體貼補(bǔ)，減少小規(guī)格補(bǔ)貼板的使用，盡量減少拼接橫縫的數(shù)量。

2.2 罐體開口接管處安裝

罐體開口接管通常可以劃分為DN 500～DN 600 的大開孔和DN 50～DN 300 的開孔。 由于開孔越大，貼補(bǔ)越困難，因此必須優(yōu)先考慮大開孔的貼補(bǔ)。 在保溫結(jié)構(gòu)安裝之前，需按照罐體接管開口方位圖進(jìn)行排板，優(yōu)先考慮大開孔的拼板。

單個開口接管相對于固定規(guī)格的彩鋼壓型板來說，可以歸納為如圖1 所示的三種相對位置。 對于位置Ⅰ而言， 壓型板的搭接位置位于接管橫截面中心線附近；位置Ⅱ的接管整體處于單張壓型板寬度范圍以內(nèi)；位置Ⅲ的接管與位置Ⅰ的區(qū)別在于接管大部分處于單張壓型板板幅以內(nèi)。

圖1 單個開口接管與彩鋼壓型板的相對安裝位置

圖2 開口接管處的彩鋼壓型板拼板方式

圖3 加熱器接管處的彩鋼壓型板拼板方式

針對圖1 所示三種情況， 拼板方式可以采用圖2 所示的方式。

對于成排布置的較為特殊的加熱器開口，拼板方式可參照圖2 中位置Ⅱ的方式，采用整體上下合攏的方式，將拼接縫預(yù)留在成排接管中心連線處，見圖3。

對于攪拌器開口而言，直徑大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜（設(shè)有6個沿接管圓周均布的支耳），保溫結(jié)構(gòu)施工難度相當(dāng)大。因此，原則上在施工開始之前排板時，要重點(diǎn)考慮攪拌器開口處的安裝，盡量全面把握保溫結(jié)構(gòu)施工過程中的難點(diǎn)。

2.3 罐體附件支撐支架貼補(bǔ)

罐壁附件縱向和環(huán)向支撐眾多， 而支撐均為角鋼，因此難免需要在整板上橫向開槽并采用補(bǔ)貼板對開槽進(jìn)行貼補(bǔ)，此類障礙的下料及修補(bǔ)需要遵循以下原則：

a）對于立管垂直線上的支撐，開槽寬度由角鋼規(guī)格確定，補(bǔ)貼板縱向高度定為開槽寬度加40 mm，補(bǔ)貼板橫向?qū)挾雀鶕?jù)實(shí)際切口長度確定。 要求同一立管支撐補(bǔ)貼板尺寸統(tǒng)一。

b）對于盤梯、抗風(fēng)圈、加強(qiáng)圈等處的三角支撐，由于相鄰兩個開槽部位間距小于1 m， 采用兩處合并整體開槽，使用尺寸較大的補(bǔ)貼板整體修補(bǔ)。

c） 對補(bǔ)貼板的要求：選材上，不得選用有色差和外觀損傷的材料， 不得選用搭接于底層的棱邊側(cè)板材上；處理上，切割必須保證直線度，且下料后的補(bǔ)貼板必須對切邊毛刺進(jìn)行修磨清理；安裝上，補(bǔ)貼板四周必須連續(xù)涂抹密封膠，保證補(bǔ)貼板與母材之間涂膠有足夠的厚度，成形后以45°倒角光滑均勻過度。 涂抹密封膠后的補(bǔ)貼板自下而上觀察不得有黑邊。

d）各圈層壓型板如需長度調(diào)整，將切割余量放在上端，保證下端按圖紙要求落齊，避免下端安裝就位后切割產(chǎn)生二次損傷。

2.4 盤梯處保溫安裝

由于盤梯處邊梁與罐壁間距小、盤梯和立管支撐多等因素， 板幅長達(dá)12.67 m 的壓型板在盤梯特別是盤梯中部位置安裝難度相當(dāng)大。 在盡量采用整板鋪裝（不裁板）和減少拼接橫縫的原則下，采用整板縱向?qū)ζ实男问?，將寬板變窄（原板幅?40 mm），以解決壓型板垂直吊裝時受盤梯以及立管支撐阻礙難以安裝的問題，避免在盤梯處壓型板出現(xiàn)拼接橫縫。 由于板幅長度達(dá)12.67 m，壓型板現(xiàn)場手工縱向切割直線度難以保證，因此安裝時要求切割棱邊搭接于底層，不得外露。

該處理方法的優(yōu)點(diǎn)是，安裝后在原板寬長度內(nèi)增加一條通過抽芯鉚釘固定的縱向搭接縫，較之橫向剪裁拼接縫美觀整潔；缺點(diǎn)是，相同板幅寬度內(nèi)，為了滿足縱向搭接縫的要求，板材的耗損量增加一倍。

3 結(jié)論

本工程10×104m3浮頂原油罐罐壁保溫結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工上有創(chuàng)新。 設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)各方嚴(yán)格按照質(zhì)量管理體系要求，達(dá)到了法規(guī)、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，確保了質(zhì)量安全，取得了很好的效果，可得出以下結(jié)論：

a） 大型儲罐保溫結(jié)構(gòu)采用聚偏氟乙烯（PVDF）彩鋼壓型板作外保護(hù)層的質(zhì)量較好，外形美觀、整潔。

b） 保溫結(jié)構(gòu)的外保護(hù)層壓型板板幅長度可以達(dá)到12.67 m 或更長， 只要在設(shè)計(jì)和施工安裝上措施控制得當(dāng)，均是可行的。 本工程中的保溫設(shè)計(jì)和安裝在國內(nèi)屬于首創(chuàng)。

c）大型儲罐保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工安裝質(zhì)量好壞取決于細(xì)部結(jié)構(gòu)上的嚴(yán)格要求和處置方式。

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