大型拱頂儲罐螺栓球球面網(wǎng)殼頂?shù)氖┕ぐ惭b技術(shù)

曹建鷗

江西雄宇（集團）有限公司，江西南昌 331700

大型拱頂儲罐螺栓球球面網(wǎng)殼頂?shù)氖┕ぐ惭b技術(shù)

曹建鷗

江西雄宇（集團）有限公司，江西南昌 331700

某石化公司港口區(qū)重交通瀝青項目拱頂和內(nèi)浮頂儲罐安裝工程項目的螺栓球球面網(wǎng)殼頂結(jié)構(gòu)，其安裝工藝采用在地面平臺進行組裝的方案。因該方案施工組裝方便，避免了高空散裝法安全隱患大的缺點，大幅度降低了施工成本，提高了工程施工精度、質(zhì)量。在簡要介紹工程概況、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)特點與安裝方案確定、螺栓球球面網(wǎng)殼施工工藝流程的基礎(chǔ)上，較詳細論述了在螺栓球面網(wǎng)殼施工時，進行放線測量、網(wǎng)殼移動組裝平臺搭設(shè)、網(wǎng)殼專用支座安裝、球面網(wǎng)殼組裝等的施工步驟，以及進行蒙皮頂板支撐件安裝、蒙皮頂板組裝等內(nèi)容。

大型拱頂儲罐；網(wǎng)殼頂；地面安裝

金屬拱頂儲罐也稱自支撐拱頂儲罐，罐頂為球冠形結(jié)構(gòu)，罐體為圓筒形，拱頂中間無支撐，荷載通過其周邊支座傳遞到罐壁上。內(nèi)浮頂儲罐也是采用拱頂罐在其內(nèi)部增設(shè)浮頂而制成的。拱頂儲罐有帶肋殼拱頂、網(wǎng)殼頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼頂按結(jié)構(gòu)形式劃分主要有雙向子午線式網(wǎng)殼、三角形網(wǎng)格網(wǎng)殼、經(jīng)緯型網(wǎng)格網(wǎng)殼，按節(jié)點形式劃分主要有板式節(jié)點網(wǎng)殼、轂式節(jié)點（承插式）網(wǎng)殼、焊接節(jié)點網(wǎng)殼、螺栓球網(wǎng)殼。傳統(tǒng)的拱頂結(jié)構(gòu)儲罐采用板式或者板肋式結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)儲油罐直徑大于32 m時，傳統(tǒng)拱頂結(jié)構(gòu)的受力性能、材料用量等方面已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要，SH3046-1992《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范》附錄四對此也做了明確的規(guī)定。

由于雙向子午線網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式對儲罐罐壁會產(chǎn)生不利影響，同等用鋼量條件下其強度、剛度、穩(wěn)定性及承載力要小于三角形和經(jīng)緯形網(wǎng)格網(wǎng)殼；轂式節(jié)點（承插式）網(wǎng)殼又屬于半鋼性節(jié)點；板式節(jié)點網(wǎng)殼相對于螺栓球網(wǎng)殼而言其含鋼量較大，自重大，對儲罐強度和穩(wěn)定性有不利影響，不夠經(jīng)濟；焊接節(jié)點網(wǎng)殼對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力變形較大，施工難度高，工藝復(fù)雜。因此大型拱頂儲罐宜采用螺栓球節(jié)點的三角形或者經(jīng)緯形網(wǎng)格網(wǎng)殼[1]。

1 工程概況

廣西防城港市港口區(qū)年產(chǎn)150萬t重交通瀝青工程項目203罐區(qū)2萬m3內(nèi)浮頂罐的制作安裝工程和2萬m3石腦油儲罐罐頂?shù)陌惭b工程，其儲罐的罐頂均采用螺栓球經(jīng)緯形球面雙層鉸接網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，見圖1，在網(wǎng)殼安裝完后再鋪設(shè)蒙皮頂板。儲罐直徑42 m，拱頂高5.65 m，網(wǎng)殼的桿件材質(zhì)均為Q235B碳鋼，螺栓球材質(zhì)為45#鋼，采用高強螺栓連接。球殼展開面積為1 485 m2，整個網(wǎng)殼質(zhì)量36 t，整體網(wǎng)殼以40個專用支座作為支撐[2]。

2 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)特點與安裝方案確定

（1）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)特點。第一，網(wǎng)殼頂由網(wǎng)狀殼、邊環(huán)梁、蒙皮三大部分組成。網(wǎng)狀殼由鋼管桿件和螺栓球連接件組成，鋼管桿件和螺栓球由工廠預(yù)制；邊環(huán)梁是罐壁頂部的邊沿構(gòu)件，代替包邊角鋼；蒙皮由鋼板制成，覆蓋在網(wǎng)殼表面作為罐頂板，蒙皮與網(wǎng)殼桿件不直接焊接。第二，螺栓球網(wǎng)殼頂由網(wǎng)格狀空間桿件系組成的球面經(jīng)緯形網(wǎng)架拱頂承載頂面荷載。第三，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件主要承受軸力，結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布比較平均，應(yīng)力峰值小，可以充分發(fā)揮材料強度的作用。整體網(wǎng)殼由均勻布置的專用支座固定安裝在邊環(huán)梁上，見圖2。

圖1 螺栓球經(jīng)緯形球面雙層鉸接網(wǎng)殼

圖2 網(wǎng)殼專用支座/mm

（2）安裝工藝方案確定。根據(jù)上述網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)特點，確定采用以下安裝工藝方案：在邊環(huán)梁和第一圈壁板組裝焊接完成后，所有網(wǎng)殼組裝均在地面進行，安裝過程不搭設(shè)滿堂腳手架或高空組裝平臺。該方案可大幅度降低施工措施成本，減少工期，降低安全風(fēng)險，施工方便，易于調(diào)整安裝偏差，能較好地保證施工質(zhì)量[3-7]。

3 螺栓球球面網(wǎng)殼施工工藝流程

根據(jù)上述確定的安裝工藝方案，制訂了以下施工工藝流程：邊環(huán)梁頂部放線測量→臨時移動地面組裝平臺的搭設(shè)→支座就位固定→網(wǎng)殼環(huán)形單元格第一榀組裝、偏差測量→網(wǎng)殼環(huán)形單元格每榀依次組裝、偏差測量→網(wǎng)殼組裝完成、總體檢測→蒙皮頂板支撐件安裝固定→蒙皮頂板組裝焊接→蒙皮封板組裝焊接→竣工驗收。

4 螺栓球球面網(wǎng)殼施工

4.1 放線測量

網(wǎng)殼安裝前測量罐頂邊環(huán)梁圓周直徑和罐壁垂直度偏差，以便根據(jù)邊環(huán)梁誤差的實際情況來調(diào)整網(wǎng)殼支座節(jié)點的位置。根據(jù)實際檢測數(shù)據(jù)和網(wǎng)殼的設(shè)計圖紙，在邊環(huán)梁上確定好網(wǎng)殼支座軸線的分布和位置，保證網(wǎng)殼支座安裝精度在設(shè)計要求的范圍內(nèi)。

4.2 網(wǎng)殼移動組裝平臺的搭設(shè)

在網(wǎng)殼安裝前，應(yīng)搭建完成移動組裝平臺，移動平臺的搭建應(yīng)符合有關(guān)安全規(guī)定，并滿足安裝要求。腳手架的高度應(yīng)隨網(wǎng)殼矢高的變化而變化，由邊緣至中間逐漸升高，組裝平臺距網(wǎng)殼節(jié)點垂直高度以0.7～1.0 m左右為宜。

4.3 網(wǎng)殼專用支座安裝

（1）所有網(wǎng)殼構(gòu)配件均為工廠模塊化生產(chǎn)，構(gòu)配件到貨后，應(yīng)對材料進行進場前檢查，所有構(gòu)配件規(guī)格、數(shù)量、質(zhì)量等均應(yīng)符合設(shè)計圖紙，按編號分類存放，做好半成品保護。若構(gòu)配件產(chǎn)生變形，應(yīng)進行矯正。

（2）根據(jù)在邊環(huán)梁頂部放好線的位置，把專用支座安裝固定在邊環(huán)梁頂部，臨時點焊。

（3）所有專業(yè)支座安裝放置完成后，再進行位置檢驗測量，調(diào)整位置偏差，直至符合設(shè)計要求。

4.4 螺栓球網(wǎng)殼組裝

（1）螺栓球網(wǎng)殼的組裝采用地面散裝法，在搭建好的移動組裝平臺上進行。網(wǎng)殼的組裝應(yīng)由下而上、由圓周向中心進行，局部凸出部分不得多出兩圈。網(wǎng)殼在組裝過程中應(yīng)當(dāng)采取調(diào)整臨近節(jié)點高差的方法，使桿件安裝能順利進行。

（2）網(wǎng)殼的組裝應(yīng)先安裝靠近專用支座的外圈第一榀環(huán)形網(wǎng)殼，且先安裝下弦一榀網(wǎng)格，然后依次為腹桿和上弦桿，邊安裝邊測量定位，如果中間發(fā)生桿件放入困難的情況時，可用千斤頂微頂網(wǎng)架下弦球進行調(diào)節(jié)后放入。安裝時應(yīng)墊實下弦球，確保下弦螺栓球節(jié)點不產(chǎn)生位移，同時邊安裝邊用全站儀對各控制節(jié)點進行測量定位，見圖3。在進行每一個網(wǎng)殼經(jīng)緯型單元格組裝時，檢查桿件和螺栓球有無錯用，抽檢部分單元網(wǎng)格尺寸，做好記錄，檢查無誤后形成整體網(wǎng)架，并用臨時支撐固定。

圖3 螺栓球節(jié)點

（3）第一榀環(huán)形網(wǎng)殼全部組裝完成后，按規(guī)范對第一榀網(wǎng)殼進行自檢，測量幾何尺寸和撓度值并做好記錄，檢驗合格后把所有專用支座焊接牢固，第一榀網(wǎng)殼形成整體剛度后，再拆除臨時支撐，見圖4。

（4）外圈第一榀環(huán)形網(wǎng)殼組裝完成后，再由圓周向中心依次按照上述工藝進行每一榀的環(huán)形網(wǎng)殼組裝，直至完成，見圖5。安裝過程中注意觀察和測量網(wǎng)殼造型幾何尺寸，控制對接位置的正確性，減少網(wǎng)殼安裝累積誤差，見圖6。

（5）整體網(wǎng)殼拼裝完成后，組織質(zhì)檢人員對各個螺栓球連接處的高強螺栓逐個檢查擰緊程度。采用全站儀進行網(wǎng)殼整體撓度測量，撓度值指標(biāo)應(yīng)符合網(wǎng)架規(guī)程要求和設(shè)計值，待網(wǎng)殼頂工程安裝完畢后報請有關(guān)部門驗收合格后，方可進行蒙皮頂板安裝。

圖4 第一榀環(huán)形網(wǎng)殼

圖5 整體網(wǎng)殼組裝

圖6 螺栓球球面網(wǎng)殼剖面/mm

5 蒙皮頂板安裝

5.1 支撐件安裝

將上弦螺栓球的帽頭安裝在螺栓球的工藝螺栓孔里，然后把蒙皮頂板支撐件焊接在帽頭，見圖7。在帽頭桿件上找出弧度，以方便蒙皮頂板安裝。若螺栓球之間跨距過大，應(yīng)在桿件上加焊支撐件，以免蒙皮頂板下沉，達不到蒙皮頂板所需要的弧度。

圖7 蒙皮頂板支撐件/mm

5.2 蒙皮頂板安裝

（1）蒙皮周邊與支座邊環(huán)梁之間應(yīng)焊接封板，外表面應(yīng)沿周邊進行連續(xù)角焊，見圖8。

圖8 蒙皮與封板安裝示意/mm

（2）為保證蒙皮板成型度，每根網(wǎng)殼蒙皮頂板支撐件對蒙皮板的支承點應(yīng)不少于3點。

（3）蒙皮板搭接寬度宜不小于5倍的板厚，頂板外表面采用連續(xù)角焊縫，焊縫應(yīng)在搭接處的上方，內(nèi)表面不予焊接。蒙皮板焊接應(yīng)采取防變形措施。

（4）蒙皮板的搭接原則是：低位置的板搭在高位置板上面；蒙皮不允許與網(wǎng)殼桿件進行任何型式的焊接。

（5）罐頂開口應(yīng)避開網(wǎng)殼桿件所在的位置。

（6）罐頂蒙皮板宜采用人字形排版。罐頂蒙皮板厚度宜采用4～6 mm厚的鋼板。

（7）對于罐頂蒙皮的局部凹凸度，用弦長為2 m的樣板測量，間隙不宜大于25 mm。儲罐蒙皮頂板結(jié)構(gòu)見圖9。

圖9 廣西防城港市港口區(qū)儲罐的蒙皮頂板結(jié)構(gòu)

6 結(jié)束語

螺栓球網(wǎng)殼頂結(jié)構(gòu)因為其自重輕，工廠化預(yù)制加工程度高，質(zhì)量可控，利于成批、規(guī)模化生產(chǎn)加工，組裝方便，后期幾乎不用維護，因而在大型油氣拱頂儲罐中得到了廣泛的應(yīng)用。廣西防城港市港口區(qū)年產(chǎn)150萬t重交通瀝青工程項目203罐區(qū)2萬m3內(nèi)浮頂罐的制作安裝工程和2萬m3石腦油儲罐罐頂?shù)陌惭b工程，其螺栓球網(wǎng)殼頂結(jié)構(gòu)施工工藝因采用在地面平臺進行組裝，因而施工組裝方便，易于調(diào)整安裝偏差，避免了高空散裝法安全隱患大的缺點，大幅度降低了施工成本，較好地保證了工程施工精度、質(zhì)量。

[1]黃峰.網(wǎng)殼拱頂在大型固定頂儲罐中的應(yīng)用[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自科版），2000，22（3）：39-42.

[2]盧高峰，王琪.螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[J].價值工程，2015（ 6）：133-134.

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[5]陳暉.有效縮短大型LNG全容罐建造周期的可行做法 [J].石油工程建設(shè)，2012，38（5）：24-28.

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[7]馮雷.1萬m3拱頂儲罐移位方法與技術(shù) [J].石油工程建設(shè)，2010，36（6）：61-64.

Construction of bolted spherical reticulated dome in large vault storage tank

CAO Jian'ou
JiangxiXiongyu （Group） Co.，Ltd.，Nanchang 331700，China

Bolted spherical reticulated dome is used in the installation project of vault storage tank and internal floating roof tank in a certain petrochemicalcompany.The assembly of the bolted sphericalreticulated dome is implemented on a ground platform， which has the advantages of easy construction， avoiding potential risk in aerial work， greatly reducing construction cost and improving construction accuracy and quality.This paper introduces briefly the installation project，structural features of the spherical reticulated dome，installation scheme and construction process flow determined，then illustrates concrete construction steps including surveying and setting-out， work platform setting， special supports installation of the spherical reticulated dome，assembly of the spherical reticulated dome，supports installation of the dome coverplates and assembly of the dome coverplates.

large vault tank；reticulated dome；installation on ground

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.06.018

曹建鷗（1977-），男，江西南昌人，2016年畢業(yè)于中南大學(xué)工程造價專業(yè)，現(xiàn)從事設(shè)備制造和安裝、石油化工建設(shè)、鋼結(jié)構(gòu)安裝、管道安裝等工作。Email：329064884@qq.com

2017-06-07