10000m3乙二醇儲罐倒裝安裝方法及設(shè)計建議

＊趙波濤

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)平定化工有限責(zé)任公司 山西 045000）

10000m3乙二醇儲罐倒裝安裝方法及設(shè)計建議

＊趙波濤

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)平定化工有限責(zé)任公司 山西 045000）

儲罐的制作與安裝過程是一個較為復(fù)雜且費時費力費材的工程。本文通過筆者自身在陽煤平定乙二醇項目現(xiàn)場儲罐的監(jiān)造和管理經(jīng)歷，詳盡講敘了10000m3乙二醇儲罐的現(xiàn)場制造和倒裝安裝方法，并對儲罐設(shè)計中儲罐底板探傷的要求、試驗負(fù)壓的取值和保溫支撐結(jié)構(gòu)形式的確定提出了幾點建議。

儲罐；邊緣板；中幅板；壁板；罐頂

1.引言

儲罐由于占地面積少，投資成本低等優(yōu)點，近年來被廣泛應(yīng)用于石油、化工、農(nóng)藥、儲運等行業(yè)。本文以陽煤平定乙二醇項目10000m3拱頂乙二醇儲罐為例（見圖1），詳細(xì)講述儲罐的現(xiàn)場制造和安裝過程。

圖1 現(xiàn)場10000m3乙二醇儲罐

陽煤平定乙二醇項目位于龍川產(chǎn)業(yè)工業(yè)園內(nèi)，項目共有21臺非標(biāo)儲罐，其中最大的2臺10000m3乙二醇儲罐的主要技術(shù)參數(shù)如表1所列。

表1 10000m3乙二醇儲罐主要技術(shù)參數(shù)

2.儲罐的起升方式

(1)施工方法

儲罐起升方式的選擇：104m3以下選用倒裝法；104～2x104m3可采用液壓頂升法；2x104m3以上的儲罐一般選用罐壁正裝法、罐頂氣吹法或水浮法。

(2)工藝原理

本工藝先組裝好頂圈壁板和罐頂，在罐內(nèi)壁用6個千斤頂頂牢預(yù)設(shè)的背杠脹圈。利用均勻分布在儲罐內(nèi)的手拉葫蘆提升裝置通過導(dǎo)鏈與壁板下部零時脹緊固定的脹圈鏈接，使安裝完的罐頂和第一圈壁板隨著脹圈一起上升到預(yù)定高度，再組焊第二圈壁板，焊接完畢后將脹圈松開，降至第二圈壁板下部并脹緊、固定、頂升到預(yù)定位置，如此反復(fù)至最后一圈壁板，其原理圖如圖2所示。10000m3乙二醇儲罐罐體除底板和最底下一圈壁板外，重量大約180T，擬用24臺10T手拉葫蘆來提升，W=24×10T×0．8（安全系數(shù)）=192T＞180T，故提升裝置采用24臺10噸手拉葫蘆是安全的。

(3)脹圈制作

脹圈是倒裝法必不可少的輔助工件，脹圈可增加罐體的環(huán)向強(qiáng)度，防止環(huán)向焊接變形，并可用它來連接罐體提升裝置，為提升裝置提供起吊吊點。脹圈適用20槽鋼煨制成型，煨制的弧度與罐體相匹配，安裝和拆除都是比較方便靈活。脹圈與脹圈環(huán)向之間用千斤頂調(diào)節(jié)頂死脹緊，與罐間有足夠的張緊力，如圖3所示。

圖2 儲罐起升工藝原理圖

圖3 脹圈鏈接方式

3.儲罐的預(yù)制與安裝

(1)儲罐的預(yù)制

①底板的預(yù)制

根據(jù)排板圖的尺寸和編號進(jìn)行對號下料?？紤]到焊縫的收縮問題，底板排板直徑宜按設(shè)計直徑放大0．1%～0．15%。鋼板需用對角線法校核方使它成為矩形，中間一排的中幅板要劃中心線，之后再經(jīng)過校核，才可以切割下料，并按排板圖的編號進(jìn)行編號。

②頂板的預(yù)制

根據(jù)排版圖的數(shù)量和尺寸要求，計算求出下料尺寸。單塊頂板本身的拼接，采用對接。在制作罐頂時，先在地面制作單塊頂板的胎具（見圖4），然后在胎具上預(yù)制單塊頂板，將頂板內(nèi)的加強(qiáng)筋都焊好（見圖5）。頂板預(yù)制成形后，用弧形樣板檢查，其間隙不得大于2mm。頂板的加強(qiáng)筋用85×10扁鋼加工成形后用1．5米長半徑為30600mm的弧形樣板檢查，其間隙不得大于2mm。加強(qiáng)筋拼接時采用對接焊縫，且在焊縫處加100mm長的墊板，并完全焊透。

圖4 儲罐頂板胎具

圖5 預(yù)制好的頂板

③壁板的預(yù)制

壁板下料時要找方，實際尺寸的偏差應(yīng)符合規(guī)范要求，最窄板寬不得小于500mm，長度不得小于1000mm。壁板下料后，應(yīng)在預(yù)制場地將坡口加工后到卷板機(jī)上滾圓，在滾弧過程中注意經(jīng)常檢查弧度，防止?jié)L過頭。壁板兩端滾不到的地方采用加墊板的方法滾圓，墊板應(yīng)比被加工的壁板厚2mm，對于因板過厚無法加墊板時，應(yīng)將無法滾圓部分切除。壁板滾圓后立放在平臺上，水平方向用弧形樣板（長度不得小于2000mm）檢查，其間隙不應(yīng)大于4mm。在壁板寬度方向用直線樣板檢查，其間隙不應(yīng)大于2mm。制作后的每塊壁板按排板圖標(biāo)好編號。

(2)底板的安裝

底板焊接時應(yīng)先焊邊緣板外側(cè)300mm的對接焊縫，由多名焊工均布在罐底邊緣板外側(cè)整個圓周上且同時向內(nèi)側(cè)對稱施焊。同時也可進(jìn)行中幅板之間的焊縫焊接，焊接時，應(yīng)先焊短焊縫，后焊長焊縫，并采用分段退焊或跳焊法，焊接時用龍門鍥鐵加固以防止焊接變形。邊緣板剩余的對接縫待罐底板與罐壁板之間的大角焊縫焊完后且與中幅板之間的搭接焊縫焊接前進(jìn)行施焊。罐底邊緣板與中幅板之間的焊縫必須在最后一帶壁板組裝焊接完畢后且與罐體的大角焊縫焊完后再進(jìn)行焊接，這是整個底板的最后一道焊縫。

①邊緣板的安裝

儲罐底部由于受液體靜壓作用而產(chǎn)生很大的邊緣效應(yīng)，罐底邊緣板的合理焊接與施工對緩解邊緣應(yīng)力起到至關(guān)重要的作用。罐底邊緣板為帶墊板的對接接頭，對接焊縫應(yīng)完全焊透。邊緣板的鋪設(shè)如圖6所示，鋪設(shè)之前墊板可先行鋪設(shè)，也可以把墊板點焊到邊緣板上，墊板的接頭采用對接雙面焊，焊后將焊肉打磨平齊，墊板應(yīng)該平整，必須臥在基礎(chǔ)環(huán)梁內(nèi)，并應(yīng)與對接的兩塊底板貼緊，其間隙不得大于1mm。罐底邊緣板對接接頭間隙，應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，焊完后將露出底板的墊板保留20mm，其余長度切除。考慮到邊緣板與壁板角焊縫的焊接收縮，在沒有組裝壁板前，只焊接壁板正下部的邊緣板對接焊縫，即先焊自邊緣板外側(cè)向內(nèi)300mm的對接焊縫，焊后進(jìn)行拍片處理。

圖6 邊緣板的鋪設(shè)安裝

圖7 中幅板的鋪設(shè)安裝

②中幅板的安裝

罐底中幅板的鋪設(shè)從罐中心開始安裝長條大板，按順序向外安裝，如圖7所示。中心的長條大板安裝完畢后，安裝兩側(cè)排列的大板，對兩側(cè)排列的大板也是從罐底中心順序向外安裝。中幅板大板安裝完畢后，安裝各邊小板，考慮到中幅板焊接時的收縮情況，各邊小板與邊緣板相接處要留出調(diào)整余量。中幅板焊接先焊短焊縫，后焊長焊縫，初層焊道均采用分段退焊法，焊工均勻?qū)ΨQ分布，同時施焊，并由罐底中心向外施焊。靠近邊緣板2000mm范圍內(nèi)的中幅板焊縫先不焊接，待中幅板其他焊縫焊完并與邊緣板組對好后再焊接。

(3)頂板的安裝

罐頂?shù)慕M裝在頂圈壁板及包邊角鋼焊接完成后進(jìn)行。頂板組裝前首先應(yīng)將底板畫出中心線找準(zhǔn)儲罐的中心，先組裝臨時支架，后分片安裝頂板，如圖8所示。施工支架中心應(yīng)與罐底中心重合，其支架頂標(biāo)高要高于設(shè)計標(biāo)高150mm左右，作為安裝完畢撤除支架后罐頂中心下垂量。支架鉛垂度允許偏差不大于柱高的0．1%，且不大于10mm。支架上安放環(huán)形圈梁，圈梁安裝時需用水平儀或連通管找平。

圖8 儲罐頂板安裝原理圖

頂板采用人字形排版，搭接寬度不應(yīng)小于5倍板厚，頂板自身的組焊采用外側(cè)單面滿角焊，內(nèi)側(cè)間斷焊。頂板周邊與包邊角鋼的連接處采用單面連續(xù)焊，焊工對稱均勻分布，并沿同一方向進(jìn)行施焊，焊角高度不應(yīng)大于5mm。

頂板組裝時，在包邊角鋼和中心支架環(huán)形圈梁上，劃出每塊頂板的位置，根據(jù)定位用25噸吊車按順序吊裝，頂板吊上后，用銷子固定，以防止移位或滑落。具體安裝過程如圖9 ～ 圖11所示。

圖9 儲罐頂板（瓜皮板）的安裝

圖10 已安裝好的儲罐頂板內(nèi)側(cè)

圖11 已安裝好的儲罐頂板外側(cè)

(4)儲罐壁板的安裝

在安裝壁板前首先應(yīng)在邊緣板上畫出壁板內(nèi)圓周線，要考慮到焊接收縮量和罐底坡度來確定罐壁板的放線內(nèi)半徑，按板數(shù)和規(guī)格標(biāo)出各立縫中心線；同時在距壁板內(nèi)側(cè)100mm處畫出組裝檢查基準(zhǔn)線，以備檢查罐的圓度。

用吊車將預(yù)制成型的壁板吊至定位支撐板的凹槽內(nèi)。罐內(nèi)支桅桿固定，壁板與壁板之間的立縫用“龍門板”連接并調(diào)節(jié)焊縫間隙。壁板組裝應(yīng)調(diào)節(jié)所有壁板的垂直度不應(yīng)大于3mm，同時調(diào)節(jié)立縫間隙，保證內(nèi)壁平齊，錯邊量不應(yīng)大于1mm；用水準(zhǔn)儀檢查板頂高度，相鄰兩壁板上口水平的允許偏差不應(yīng)大于2mm，在整個圓周上任意兩點水平的允許偏差不應(yīng)大于6mm，合格之后才能進(jìn)行下一步縱縫焊接，應(yīng)該先焊內(nèi)側(cè)最后焊外側(cè)，多名焊工對稱同時自下而上焊接。第一圈壁板組裝完畢，因剛性較差，在每條立縫上均布三塊龍門板并點焊牢固，待包邊角鋼組焊完畢再拆除。第一圈壁板焊接完畢后應(yīng)及時對壁板的焊縫按規(guī)范要求進(jìn)行無損探傷，在合格后方可進(jìn)行下一圈壁板的組裝。

第二圈壁板組裝時，先在第一圈壁板外側(cè)圍上第二圈壁板，除封口立縫外，其余立縫全部焊完，然后提升第一圈壁板到預(yù)定高度，并使第二圈壁板與第一圈壁板環(huán)縫對接，再焊封口立縫。用同樣方法提升第三 ，第四，…… ,第十圈壁板。

4.儲罐附件的安裝

儲罐主體焊接完畢后，開始進(jìn)行接管法蘭等附件安裝。儲罐開孔必須先劃線定位，經(jīng)質(zhì)檢員檢驗無誤后，才可以進(jìn)行開孔。開孔補強(qiáng)的曲率應(yīng)該與罐體曲率保持一致。

5.罐頂穩(wěn)定性試驗負(fù)壓的確定

固定頂穩(wěn)定性試驗又稱罐頂負(fù)壓試驗。試驗時必須充水至設(shè)計最高液位，當(dāng)儲罐充水試驗完成后開始放水時，需限制試驗負(fù)壓。目前圖紙上大罐水壓試驗時試驗負(fù)壓的取值有高有低，不統(tǒng)一，一旦試驗負(fù)壓取值過高，儲罐上部壁板較薄且未設(shè)置加強(qiáng)圈，很容易造成儲罐頂圈壁板被抽癟。GB50341-2014 相較于 GB50341-2003 在試驗負(fù)壓取值的確定上給出了明確的要求，試驗時應(yīng)使罐頂部位氣相空間的真空壓力等于 Pr - DL。其中：

Pr—— 罐頂設(shè)計總外壓（kPa）；

Pr = max{DL+Lr+0．4Pe，DL+ Pe +0．4 Lr }；

DL——固定頂固定荷載（kPa）,包括灌頂板及其附件重量，當(dāng)有隔熱層時，尚應(yīng)計入隔熱層的重量；

Pe——設(shè)計真空外壓（kPa），當(dāng)操作壓力與設(shè)計壓力之比大于0．4時，0．4 Pe前面的系數(shù)應(yīng)相應(yīng)提高；

Lr——固定頂活載荷（kPa），指水平投影面上固定頂活載荷，不應(yīng)小于1．0kPa。

由于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012表E．5中列出的50年一遇大雪壓均未超過1．0kPa，且除及個別地區(qū)外，均遠(yuǎn)小于1．0kPa。所以GB50341-2014中取消了雪載荷項。

故試驗負(fù)壓取值為：

Pr - DL = Lr+0．4Pe = 1．0+0．4*0．5=1．2kPa

6.總結(jié)與建議

(1)儲罐倒裝法安裝可以避免罐體內(nèi)外腳手架搭設(shè)工程，同時壁板組對與焊接始終在2m高度以下作業(yè)，省錢、省力又安全。

(2)圖紙上設(shè)計、制造與檢驗主要數(shù)據(jù)表中對罐底無損檢測要求較為模糊，整體提高或降低了檢測要求，不合理且不經(jīng)濟(jì)。建議對罐底無損檢測的要求為：罐底邊緣板對接焊縫的外端300mm應(yīng)進(jìn)行射線探析，RT-III合格，罐底其余焊縫進(jìn)行滲透檢測，PT-I級合格。

(3)GB50341-2003中對于儲罐試驗負(fù)壓取值并不明確，導(dǎo)致目前圖紙中罐頂穩(wěn)定性試驗中試驗負(fù)壓的取值往往不統(tǒng)一，一旦取值過高，容易造成罐頂或儲罐頂圈壁板被抽癟。GB50341-2014相較于GB50341-2003在試驗負(fù)壓的確定上給出了明確的要求，試驗時應(yīng)使罐頂部位氣相空間的真空壓力等于Pr-DL，并忽略雪載荷影響。

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(責(zé)任編輯：任聰)

Upside-down Installation Method and Design Suggestion of 10000m3Ethylene Glycol Storage Tank

Zhao Botao

（Pingding Chemical Engineering Limited Liability Company, Yangquan Coal Group, Shanxi, 045000）

The storage tank manufacturing and installation process is one complex engineering costing much time, much physical strength and many materials. In this paper, based on the authors’ experience of on-site storage tank monitoring work and management work of ethylene glycol project of Pingding company, Yang coal group, it has taken detail expounding of the on-site manufacturing and upside-down installation method method of 10000m3 ethylene glycol storage tank, besides, put forward several advice for the storage tank baseplate faw detection requirement, experiment negative pressure value and heat preservation support structural forms confrming.

storage tank；margin plate；center plate；wallboard；tank deck

T

A

趙波濤（1973～)，男，陽泉煤業(yè)集團(tuán)平定化工有限責(zé)任公司；研究方向：煤化工。