大型成品油儲罐子午線網(wǎng)殼整體提升施工工藝

摘要：隨著儲罐設計容積的增加，以及自動焊方法在儲罐施工中的廣泛應用，正裝法施工在大型儲罐施工中占據(jù)著主導地位。設計容積為50000立方米的柴油儲罐，屬于大型成品油儲罐，其主體結構包括罐底、罐壁、浮船和罐頂，其中罐頂由子午線網(wǎng)殼和鋪設在網(wǎng)殼上的蒙皮板構成，罐體采用正裝法施工。本文主要介紹正裝法施工的大型成品油儲罐罐頂子午線網(wǎng)殼組裝和整體提升的施工工藝。

關鍵詞：大型成品油儲罐子午線網(wǎng)殼；組裝；整體提升工藝

1 柴油儲罐子午線網(wǎng)殼簡介

儲罐的罐頂骨架為子午線結構的網(wǎng)殼，重128.6噸，跨度60米，曲率半徑51.18米，拱高9.741米，在距離罐底板22米高處通過坐落在頂層罐壁板上的錐板，與罐壁連接為整體結構。構成網(wǎng)殼的基本部件是網(wǎng)桿，由角鋼制作而成，規(guī)格為L180×110×8，材質(zhì)Q235B，單根長（弧長）度9米。

2 網(wǎng)殼安裝采用的施工方法

在儲罐浮船安裝工程結束后，利用浮船作為施工平臺，在浮船上將網(wǎng)桿按照圖紙組裝成網(wǎng)殼，網(wǎng)殼端部網(wǎng)桿焊接在罐壁板上，網(wǎng)殼組裝成整體后，在浮船上將托梁在網(wǎng)殼下焊接成環(huán)形整體，然后利用均勻布置在儲罐頂部的電動葫蘆，將托梁提起，將網(wǎng)殼與托梁焊接成整體，將與罐壁板連接的網(wǎng)桿切割斷開連接，距離罐壁100mm左右，最后通過電動葫蘆提升托梁，將托梁連同組裝好的網(wǎng)殼整體提升就位。為了方便鋪設在網(wǎng)殼上的蒙皮板的施工，可以在網(wǎng)殼提升前，把通過網(wǎng)殼頂端的蒙皮板鋪設為十字交叉帶，并牢固固定在網(wǎng)殼上與網(wǎng)殼一同提升。

3 網(wǎng)殼整體提升工藝流程圖（見圖1）

圖1：網(wǎng)殼安裝整體提升施工工序圖

4 網(wǎng)殼整體提升施工示意圖（見圖2）

圖2：網(wǎng)殼整體提升施工示意圖

5 施工準備

5.1技術資料準備：

根據(jù)圖紙、規(guī)范及有關資料編制施工方案、進行施工作業(yè)前交底。

5.2 設備、工機具準備：35噸吊車2臺、逆變焊機16臺、火焰切割機6套、電動葫蘆44套、同步控制器1套。

5.3工裝準備：吊桿、托梁、腳手架、保護浮船板用的支架、網(wǎng)桿組對用臨時支撐等。

5.4 施工場地準備：罐壁、浮船施工驗收完畢，在頂端罐壁外表面搭設掛壁式施工腳手架，利用罐體盤梯作為上下腳手架的通道。

6工裝制備

6.1吊桿尺寸及原材料見圖2 內(nèi)的件1，做法見圖中說明。

6.2托梁尺寸及原材料見圖2 內(nèi)的件4，做法見圖中說明

6.3保護浮船板用的支架，頂板和底板采用厚度為8mm的鋼板，形狀為圓形，半徑200mm；頂板和底板之間設置四根支腿，材料為加厚型焊接鋼管，規(guī)格φ42.25×4，高度根據(jù)浮船板與罐底板之間的距離現(xiàn)場確定。（見圖3）

圖3：保護浮船板用的支架制作與安示意圖

6.4 網(wǎng)桿組對用的臨時支撐，用規(guī)格為φ114×4的鍍鋅鋼管制作，頂端預設凹槽，將網(wǎng)桿角鋼的翼板放入槽內(nèi)，起到支撐和限制網(wǎng)桿晃動的作用。臨時支撐的長度根據(jù)現(xiàn)場需要確定，當一根鋼管長度不夠時，采用對接焊口進行焊接。為了增強臨時支撐的穩(wěn)定性，在臨時支撐上加設3根斜撐，斜撐采用規(guī)格為φ42.25×3.25的焊接鋼管（見圖4）

圖4：臨時支撐形式及安裝示意圖

7 網(wǎng)殼組裝及整體提升

7.1安裝臨時支撐

在施工完畢的浮船上安裝網(wǎng)桿組裝用的臨時支撐，由于網(wǎng)桿縱橫交錯形成若干網(wǎng)格，在每2個網(wǎng)格距離內(nèi)設置一根臨時支撐。臨時支撐底部與浮船板接觸部位用墊板隔開，并且在臨時支撐與浮船底板接觸部位的浮船底板下表面安放臨時支架，該支架與浮船底板緊緊接觸，作為臨時支撐的受力面，從而避免浮船底板因受力發(fā)生變形或裂開。

7.2網(wǎng)殼構件組焊及罐頂蒙皮板鋪設十字通道

根據(jù)網(wǎng)殼排版圖，先從中心向兩側安裝下網(wǎng)桿，用吊車將預制好的網(wǎng)桿組合件就位，調(diào)整好位置后，將網(wǎng)桿的一端與罐壁板焊接，其伸向罐中心方向的網(wǎng)桿，放在臨時支撐的預留槽內(nèi)。下網(wǎng)桿全部組對好后再組對上網(wǎng)桿。上網(wǎng)桿組對順序也可以采用從中間往兩邊的順序。上下網(wǎng)桿呈子午線交叉方式排列，按角度均勻分布在球冠上；待網(wǎng)殼焊接成型后，在網(wǎng)殼上按照人字形排版鋪設十字形蒙皮板，將蒙皮板之間搭接焊縫焊接牢固；

7.3安裝罐頂錐板

首先在儲罐頂層罐壁板外側搭設一層掛壁式腳手架，利用罐體盤梯作為上下腳手架通道。該層腳手架用于儲罐錐板安裝、焊接和網(wǎng)殼整體提升時電動葫蘆的檢查平臺；然后安裝錐板托板（托板詳圖見圖2網(wǎng)殼吊裝示意圖），托板焊接在罐壁上，間距2米；最后將預制好的單片錐板吊到罐頂進行組裝焊接。

7.4 安裝網(wǎng)殼提升托梁

在浮船邊緣船艙上距離罐壁300mm處設置一圈托梁，托梁用2根槽鋼對扣焊接，用作網(wǎng)殼組裝時邊緣部位的支座以及網(wǎng)殼整體提升時的托盤。

7.5安裝吊桿

吊桿先在地面上預制，將2根槽鋼對扣在一起組成，對接焊縫全部焊透，其最頂部焊接自制起重用板式吊耳，吊耳板與吊桿之間焊縫滿焊，吊桿通過角鋼連接在頂層罐壁板上，作為受力支撐點。電動葫蘆通過卡環(huán)與吊桿頂部吊耳連接。

7.6安裝并調(diào)試電動葫蘆

將44個額定起重量為10噸的電動葫蘆，分別掛在吊桿頂端的板式吊耳上。所有電動葫蘆均通過同步控制系統(tǒng)實現(xiàn)升降動作的同步控制，并且每個電動葫蘆均可單獨動作。將電動葫蘆吊鉤掛在托梁上，操作同步控制系統(tǒng)和單獨控制開關，調(diào)試好電動葫蘆。

7.7網(wǎng)殼整體提升就位

上述1至7項工作完成后，開啟電動葫蘆同步控制系統(tǒng)，緩緩提升網(wǎng)殼就位。

8網(wǎng)殼整體提升的操作要領

8.1電動葫蘆必須是同一個廠家同一個型號；電動葫蘆的工作要保持同步，發(fā)現(xiàn)有個別電動葫蘆偏離同步要求時，停止提升，對其進行單獨微調(diào)，以保持和其他電動葫蘆的同步性。然后繼續(xù)網(wǎng)殼整體提升工作。

8.2電動葫蘆的吊鉤投影要與對應在托梁上的吊耳位置重合

8.3第一次開始吊裝時，要進行試吊，試吊的提升行程約100mm，停下來檢查托梁水平度變化和托梁與罐壁板之間距離變化，無異常情況發(fā)生再繼續(xù)吊裝工作。

8.4當網(wǎng)殼提升到上網(wǎng)桿端部剛好接觸錐板時，應停止整體提升，先將接觸到錐板的網(wǎng)桿與錐板焊接。對于尚未到位的網(wǎng)桿可謹慎地小幅度提升兩側吊點使之到位，并進行焊接。

8.5在完成上網(wǎng)桿與錐板組焊之后，再進行下網(wǎng)桿與錐板和罐壁板的組焊。全部網(wǎng)桿與錐板和壁板焊接完畢后才能拆除托梁、電動葫蘆等工裝。

8.6與網(wǎng)殼一起提升的蒙皮板，必須焊接成整體，并與網(wǎng)桿牢固焊接，防止受風壓脫落，發(fā)生危險。

8.7網(wǎng)殼整體提升要在晴好的氣象條件下進行，風力以無風或微風為宜，當風力超過4級時，不得進行網(wǎng)殼提升作業(yè)，并做好前期已完工序的防護工作。

9網(wǎng)殼整體提升系統(tǒng)受力薄弱點的安全性分析

整個提升系統(tǒng)受力分析重點是：電動葫蘆的提升能力、吊桿頂部的吊耳和托梁上吊耳的受力能力。經(jīng)過如下分析，可以得出系統(tǒng)的安全性是有科學依據(jù)作為保障的：

9.1電動葫蘆提升能力的受力分析

電動葫蘆額定載荷10噸，個數(shù)44和，理論提升重量T0=440噸

網(wǎng)殼整體重量T1=128.6噸

預鋪設蒙皮板重量T2=15噸

托梁及其吊耳重量T3=12噸

實際提升總重量T= T1+ T2+ T3=155.6噸。

T0>T，所以電動葫蘆設置符合要求

9.2吊桿頂部吊耳受力分析：

現(xiàn)場采用厚度為30mm，材質(zhì)為Q345R的鋼板制作吊耳，規(guī)格尺寸如下示意圖：

計算過程如下：

吊耳的綜合影響系數(shù)取1.65

吊耳板材質(zhì)Q345R

許用拉應力[σ]=185MPa（100℃以下時，見GB150.2-2011第43頁）

許用剪應力[τ]取0.6σ=0.6×185=111MPa（參照規(guī)范HGT21574-2008）

豎向總載荷：128.6+15（十字蒙皮板）+12（托梁）+0.2（電動葫蘆重量）=155.8噸，累計155.8×1000×10（重力加速度）=1558000N；平均分配到44個吊耳上，每個吊耳負載1558000÷44=35409N；

考慮綜合影響系數(shù)每個吊耳受力35409×1.65=58425N

與吊耳水平方向垂直的受力截面積：S1=（30/1000）×{（200-44）/1000}=0.00468（㎡）

與吊耳水平方向垂直的拉應力為：58425÷0.00468=12483974（Pa）≈12.48（MPa）<<[σ]（185MPa），滿足要求。

吊耳豎向方向（即吊索方向）的受力截面積S2=（200-44）÷2÷1000×（30）÷1000=0.00234（㎡）

吊耳板截面剪應力為：58425÷0.00234≈24.9（MPa）<<[τ]（111MPa），滿足要求。

吊耳焊縫截面S3={（200÷1000）×（8÷1000）÷2}×2=0.0016（㎡）（注：焊角高度8mm）

吊耳焊縫剪應力：58425÷0.0016=36515625（Pa）=36.5（MPa）<[τ]（111MPa），

滿足要求。

吊耳焊縫拉應力：58425÷0.0016=36515625（Pa）=36.5（MPa）<[σ]=185MPa，滿足要求。9.3 托梁上吊耳受力

吊耳板材質(zhì)Q345R，厚度30mm

計算過程如下：

吊耳的綜合影響系數(shù)取1.65

吊耳板材質(zhì)Q345R

許用拉應力[σ]=185MPa（100℃以下時，見GB150.2-2011第43頁）

許用剪應力[τ]取0.6σ=0.6×185=111MPa（參照規(guī)范HGT21574-2008）

豎向總載荷：128.6+15（十字蒙皮板）+12（托梁）=155.6噸，累計155.6×1000×10（重力加速度）=1556000N；平均分配到44個吊耳上，每個吊耳負載1556000÷44=35363N；

考慮綜合影響系數(shù)每個吊耳受力35363×1.65=58349N

與吊耳水平方向垂直的受力截面積（截面A-A）：S1=（30/1000）×{（150-44）/1000}=0.00318（㎡），與吊耳水平方向垂直的拉應力為：58349÷0.00318=18348742（Pa）≈18.35（MPa）<<[σ]（185MPa），滿足要求。

吊耳豎向方向（即吊索方向）的受力截面積（截面B-B）S2=（70+74-44）÷2÷1000×（30）÷1000=0.0015（㎡）

吊耳板截面剪應力為：58349÷0.0015=38.90（MPa）<[τ]（111MPa），滿足要求。

吊耳焊縫截面S3={（150÷1000）×（7.5÷1000）÷2}×2=0.001125（㎡）（注：焊角高度7.5mm）

吊耳焊縫剪應力：58349÷0.001125=5185777（Pa）=51.86（MPa）<[τ]（111MPa），

滿足要求。

吊耳焊縫拉應力：583495÷0.001125=51.86（MPa）<[σ]=185MPa，滿足要求。

9.4 其他部位受力分析

除了上述1至3項受力分析外，還利用類似的方法對系統(tǒng)的托梁、頂層罐壁板進行了受力分析。分析的結果表明，托梁自身及其對接焊縫的強度滿足使用要求，頂層罐壁板強在網(wǎng)殼整體提升過程中不會產(chǎn)生塑性變形。

10 結束語

本工程中大跨度、大噸位、提升高度超過20米的網(wǎng)殼整體安裝的成功，為日后類似工程的施工積累了一定的經(jīng)驗，具有一定的參考價值。當然，本文介紹的施工工藝尚有優(yōu)化的空間，作者愿與各位同事就此方面問題溝通、探討，實現(xiàn)對施工工藝的不斷優(yōu)化。