尼日爾尼亞美重油發(fā)電站大型儲(chǔ)罐倒裝法施工

張平堂，謝小波

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司工程管理部，四川成都 610072)

尼日爾尼亞美重油發(fā)電站大型儲(chǔ)罐倒裝法施工

張平堂，謝小波

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司工程管理部，四川成都 610072)

介紹了尼日爾尼亞美重油發(fā)電站大型油罐的施工程序和內(nèi)立柱電動(dòng)葫蘆倒裝法吊裝力學(xué)方案的理論計(jì)算，通過(guò)采用內(nèi)立柱電動(dòng)葫蘆倒裝法施工，使油罐的施工過(guò)程簡(jiǎn)化，勞動(dòng)強(qiáng)度減小、效率提高，油罐安裝起升平穩(wěn)、安全可靠、操作簡(jiǎn)單。

油罐；施工；方法；理論計(jì)算；尼亞美重油發(fā)電站

1 工程概述

尼日爾尼亞美重油發(fā)電站位于尼日爾共和國(guó)首都尼亞美近郊19 km處，該發(fā)電站項(xiàng)目一期裝機(jī)容量為80 MW。采用德國(guó)MAN集團(tuán)提供的18V48/60TS型20 MW的柴油發(fā)電機(jī)組4臺(tái)，主燃料采用1#、2#重油，啟動(dòng)燃料采用輕柴油。

油罐是重油發(fā)電站的重要組成部分，其與卸油系統(tǒng)、柴油機(jī)供油系統(tǒng)、油處理系統(tǒng)、污油及含油污水處理等構(gòu)成了重油發(fā)電站的燃料供應(yīng)單元。采用內(nèi)立柱電動(dòng)葫蘆倒裝法施工油罐參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 油罐參數(shù)表

2 施工特點(diǎn)

該油罐的施工主要具有以下特點(diǎn):

(1)施工工序多，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，工期緊。實(shí)施中，制作及安裝方法直接決定著施工時(shí)間和油罐的質(zhì)量；

(2)油罐的體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，按照美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn)施工工藝要求高，因此，必須做好人員的培訓(xùn)和施工準(zhǔn)備工作，確保安裝質(zhì)量；

(3)油罐施工難度大，作業(yè)面狹窄，安全問(wèn)題較突出。采取倒裝法施工，有利于加快施工進(jìn)度，降低工程成本，同時(shí)易于保證施工質(zhì)量，而且人員交通、材料運(yùn)輸、卷板組立、焊縫和接頭的全部焊接作業(yè)均在地面進(jìn)行，從而減少了高空作業(yè)和大型吊裝機(jī)械的長(zhǎng)時(shí)間使用。

3 儲(chǔ)罐安裝采用頂升倒裝法施工程序

(1)儲(chǔ)罐底板組焊完成后，為方便人員進(jìn)入罐內(nèi)施工的環(huán)境衛(wèi)生，在儲(chǔ)罐壁板位置每間隔800 mm點(diǎn)焊H型鋼支撐，H型鋼的上表面焊接壁板的定位卡(定位設(shè)計(jì)需考慮做成可調(diào)節(jié)型，可焊M36的螺母用螺栓調(diào)節(jié)，圖1)。

(2)圍焊儲(chǔ)罐最上層的壁板(圖2)。

圖1 定位卡示意圖

(3)立中心傘架，若需為拱頂罐安裝頂蓋，則在頂板立柱處開(kāi)天窗(圖3)。

(4)安裝電動(dòng)葫蘆提升裝置(圖4):

(5)通過(guò)電動(dòng)葫蘆的拉升，帶動(dòng)貯罐上升，從而達(dá)到提升壁板完成下一屋的組焊，兩帶板組焊完畢，補(bǔ)齊頂蓋板(圖5)。

圖2 最上層型板示意圖

圖3 天窗示意圖

圖4 提升裝置示意圖

圖5 頂蓋板示意圖

圖6 施工完畢

(6)重復(fù)提升過(guò)程，直至完成各帶板組焊(圖6)。

4 提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

罐壁內(nèi)側(cè)均布立柱，立柱的數(shù)量與尺寸由計(jì)算得出(下面將給出計(jì)算過(guò)程)。立柱距罐壁的距離應(yīng)以電動(dòng)葫蘆不觸碰包邊角鋼為準(zhǔn)。立柱安裝必須保證垂直，如與罐底接觸有間隙，可墊薄鋼板找平并焊接牢固。在立柱3/4高度位置安裝兩根斜撐。斜撐之間的夾角及斜撐與罐底的夾角均以45°為宜。電動(dòng)葫蘆安裝于立柱上端吊耳上。待兩帶板安裝完成、罐頂封天窗后，使用拉桿將相鄰立柱、立柱與中心柱相連，如此實(shí)施，使所有電動(dòng)葫蘆組成受力封閉的整體(圖7)。

圖7 提升系統(tǒng)示意圖

脹圈由槽鋼滾弧制成，其曲率半徑與儲(chǔ)罐內(nèi)徑相同。在電動(dòng)葫蘆正下方的脹圈上焊接吊耳。此處需特別注意的是:脹圈吊耳兩側(cè)各1 m左右需采用加強(qiáng)筋與加強(qiáng)板加固(圖8)，吊耳只與脹圈焊接，不得將吊耳與罐壁相焊，以免提升時(shí)電動(dòng)葫蘆的傾角拉力造成罐壁下側(cè)向內(nèi)受拉變形。脹圈與罐壁采用龍門(mén)卡具相連，龍門(mén)卡具的位置不能靠吊耳過(guò)近，太近容易造成罐壁受拉變形；也不能離吊耳過(guò)遠(yuǎn)，過(guò)遠(yuǎn)則會(huì)造成脹圈受扭轉(zhuǎn)力過(guò)大而變形。

圖8 加固示意圖

5 提升時(shí)的注意事項(xiàng)

提升前必須進(jìn)行提升機(jī)試驗(yàn)。在空載狀態(tài)下，啟動(dòng)集中控制開(kāi)關(guān)，查看所有葫蘆的升降是否一致以及升降順序是否與單個(gè)控制開(kāi)關(guān)順序相同；有無(wú)扭卡現(xiàn)象以及提升步調(diào)是否一致。待進(jìn)行全面檢查、確認(rèn)正常后即可以開(kāi)始工作。

電動(dòng)葫蘆的起升應(yīng)同步進(jìn)行。每提升1/3板高左右，應(yīng)停下來(lái)檢查是否同步，上升受力是否均勻。如無(wú)不同步、受力不均的情況，方可繼續(xù)提升。如出現(xiàn)起升不同步、受力不均時(shí)，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等高度、處于同樣的受力狀態(tài)，避免發(fā)生意外，調(diào)整好后即可再次同時(shí)提升，直至完成一層壁板的提升(圖9)。

圖9 完成提升

6 力學(xué)模型的建立與分析

根據(jù)儲(chǔ)罐施工中電動(dòng)葫蘆的提升結(jié)構(gòu)型式選取任一立柱組合，近似建立的電動(dòng)葫蘆提升結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模型見(jiàn)圖10，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析。

筆者以一臺(tái)6 000 m3油罐拱頂為例進(jìn)行受力分析。該儲(chǔ)罐凈重為146．3 t。儲(chǔ)罐直徑為25．7 m，高度12．691 m，共有7圈壁板，單圈壁板最高為2 m。

圖10 受力分析示意圖

6．1 確定電動(dòng)葫蘆數(shù)量

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，采用10 t電動(dòng)葫蘆，單臺(tái)額定起升量為10 000 kg。

(1)提升的最大重量∑G計(jì)算:

式中 Gb為除底圈壁板外其余各圈壁板的重量，Gb=56 668 kg；Gd為罐頂重量，Gd=29 251 kg；Gk為抗風(fēng)圈+包邊角鋼重量，Gk=3 405 kg；Gf為已安裝附件(盤(pán)梯平臺(tái))的重量，Gf=1 126 kg。

(2)電動(dòng)葫蘆最大受力總和∑Nmax計(jì)算:

式中 因?yàn)棣仍?°～90°之間變化，∑G恒定，故θ越大，∑N越大，即提升高度升至最高時(shí)電動(dòng)葫蘆受力最大。此時(shí)，上述公式中的數(shù)值分別為:

L為立柱中心距壁板內(nèi)側(cè)距離，L=700 mm；L1為立柱中心距吊點(diǎn)中心距離，L1=150 mm；L2為慣壁內(nèi)側(cè)距吊耳中心距離，L2=250 mm；H為立柱高度，H=4 000 mm；HB1為最高單帶壁板高度，HB1=2 000 mm；HZ為支撐高度，HZ=450 mm；Hd為吊耳高度，Hd=300 mm。

(3)數(shù)量計(jì)算。

式中 μ為電動(dòng)葫蘆的安全系數(shù)，取μ=0．75；Ge為電動(dòng)葫蘆額定載荷，Ge=10 000 kg。

即n取大于等于13的整數(shù)。該儲(chǔ)罐頂蓋瓜皮板數(shù)量為30塊。經(jīng)綜合考慮，n取15有利于頂板開(kāi)天窗。綜上所述，取n=15。

6．2 立柱的選用及穩(wěn)定性校核

立柱受到的外力為軸向壓力，立柱的穩(wěn)定性是關(guān)系到施工安全的重要因素。由于徑向及橫向拉桿的牽引平衡了電動(dòng)葫蘆邊角的水平分力N1 ×sinθ，故將立柱近似考慮為僅受豎直壓力，因此，將立柱的受力計(jì)算簡(jiǎn)化為材料力學(xué)中的一端固定、一端自由的壓桿穩(wěn)定性計(jì)算。

壓桿穩(wěn)定取決于壓桿的細(xì)長(zhǎng)比λ和臨界應(yīng)力Fcr。當(dāng)細(xì)長(zhǎng)比非常大時(shí)，臨界應(yīng)力是壓桿失效的主要形式。

臨界應(yīng)力計(jì)算:

式中 μ為長(zhǎng)度系數(shù)，與壓桿的約束條件有關(guān)，一端固定、一端自由的壓桿μ取2；L為壓桿長(zhǎng)度，與電動(dòng)葫蘆提升高度和各圈壁板的高度有關(guān)。這里取4．5 m；E為彈性模量，碳鋼彈性模量為210 ×109N/m2；I為壓桿截面的最小慣性矩，管的最小慣性矩計(jì)算為I=π(D4－d4)/64。

幾種常用的鋼管臨界應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

若要保證立柱穩(wěn)定，則需滿足

表2 計(jì)算結(jié)果表

綜上所述:本次施工選用15根φ219×8鋼管做立柱可滿足提升要求。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)，立柱間距小于4 m時(shí)更利于安裝。最終決定每臺(tái)6 000 m3的儲(chǔ)罐采用20根鋼管立柱作為提升工裝。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)該項(xiàng)目通過(guò)內(nèi)立柱電動(dòng)葫蘆倒裝法施工，使大型油罐的安裝過(guò)程變得簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了油罐的施工過(guò)程，減少了高空作業(yè)，使油罐安裝起升平穩(wěn)、安全可靠、操作簡(jiǎn)單。

(2)4個(gè)6 000m3油罐的焊縫對(duì)口、焊接全部在地面施工，通過(guò)熱處理及水壓試驗(yàn)后對(duì)焊縫進(jìn)行復(fù)查，未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量缺陷，保證了質(zhì)量，達(dá)到了美標(biāo)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

TV52;TV7;TK4

B

1001-2184(2015)05-0055-04

張平堂(1970-)，男，甘肅蘭州人，工程師，學(xué)士，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作；

(責(zé)任編輯:李燕輝)

2015-09-28

謝小波(1987-)，男，四川宜賓人，助理工程師，學(xué)士，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作．