15萬m3帶內(nèi)支撐柱錐頂式儲罐施工安裝

付 磊 張先奪

中國化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司 河南開封 475002

1 項目概況

中國化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司（以下簡稱十一化建） 沙特公司自2013 年起承建了沙特SWCC 三期輸水項目儲罐EPC 工程，儲罐工程共有飲用水罐16臺，其中15 萬m3儲罐有8 臺。 15 萬m3儲罐為內(nèi)部帶支撐柱結(jié)構(gòu)的錐頂罐， 設(shè)計建造規(guī)范采用美標(biāo)API-650，其主要參數(shù)為：重量2480t，內(nèi)徑96.8m，高度20m，內(nèi)部61 根支撐柱（直徑16 吋有縫鋼管），壁板分為七帶， 最大壁厚為41.5mm， 壁板材質(zhì)為A537 CL2?？紤]到儲罐直徑大、噸位重及特殊的錐頂結(jié)構(gòu)，儲罐施工采取先安裝頂板再進(jìn)行正裝法施工壁板施工工藝， 壁板立縫和環(huán)縫焊接分別采用氣電立焊及埋弧自動焊，以提高功效和焊接質(zhì)量。 圖1 為施工流程圖。

圖1 15 萬m3 帶內(nèi)支撐柱錐頂式儲罐施工流程

2 施工工序及過程控制措施

2.1 基礎(chǔ)陰極保護(hù)安裝

本儲罐設(shè)計采用在底板下部鋪設(shè)陽極帶網(wǎng)并在罐內(nèi)部安裝陽極棒， 通過外加電流以犧牲陽極的方式避免儲罐自身鋼板的腐蝕。 陽極帶網(wǎng)施工在陰保分包商專家指導(dǎo)下按照圖紙布局進(jìn)行， 安裝重點是橫向與縱向連接點采用專業(yè)焊機(jī)進(jìn)行點焊， 所有焊點由電氣工程師確認(rèn)后方能移交下道工序， 以確保將來正式通電后整個網(wǎng)絡(luò)的連通。 罐底板下部陽極帶網(wǎng)及外加電流用陰保變壓器如圖2 和圖3 所示。

2.2 儲罐基礎(chǔ)驗收

（1） 基礎(chǔ)驗收具體包括以下數(shù)據(jù)：罐十字中心坐標(biāo)及標(biāo)高、環(huán)梁上表面標(biāo)高、沙層標(biāo)高和環(huán)梁0°/90°/180°/270°方位等， 驗收數(shù)據(jù)填寫專用記錄表格作為工序交接資料。

（2） 罐底板下部為300mm 回填沙，沙層標(biāo)高及回填平整度直接影響底板鋪設(shè)的外觀質(zhì)量。 在底板鋪設(shè)前，根據(jù)1∶100 的坡度要求開展沙層平整及澆水壓實工作，如圖4 和圖5 所示。

2.3 儲罐預(yù)制

圖2 罐底板下部陽極帶網(wǎng)布局圖

圖3 外加電流用陰保變壓器

圖4 沙層回填

圖5 沙層標(biāo)高測量及澆水壓實

根據(jù)施工經(jīng)驗及常識確定儲罐鋼板排版原則，如表1 所示。

2.3.1 底板下料預(yù)制

底板的下料包括中幅板、邊緣板和異形板，鋼板下料關(guān)鍵控制點為鋼板標(biāo)識移植并且要求記錄齊全，以便實現(xiàn)材料使用的可追溯性。

根據(jù)國標(biāo)GB-50128 規(guī)范，板排版時考慮采取內(nèi)外不等間隙，即外側(cè)間隙6～7mm，內(nèi)測間隙8～12mm。 由于規(guī)范API-650 對弓形邊緣板間隙沒有特定要求，經(jīng)與監(jiān)理協(xié)商最終確定了儲罐邊緣板坡口間隙調(diào)整原則，如圖6 所示。

圖6 邊緣板坡口間隙調(diào)整示意圖

2.3.2 壁板預(yù)制誤差控制及注意事項

（1） 壁板下料誤差控制參照GB-50128 對應(yīng)規(guī)定執(zhí)行；

（2） 由于縱焊縫焊接收縮，在壁板下料時應(yīng)提前預(yù)留收縮余量；

（3） 壁板開孔、預(yù)制、焊接及檢測在預(yù)制廠進(jìn)行，由于壁板材質(zhì)為A537 CL2，根據(jù)API650 規(guī)范，帶補(bǔ)強(qiáng)板的開孔均需做焊后整體熱處理以消除應(yīng)力， 熱處理溫度為600～650℃，恒溫時間為每25mm 厚度1h。

（4） 壁板卷板時應(yīng)先送進(jìn)2m 進(jìn)行試卷并用曲率樣板檢查卷制后板的曲率， 每一次卷板時應(yīng)逐漸施加壓力，25mm 厚度以下經(jīng)過2～3 次成型，25mm 厚度以上經(jīng)過4 次以上成型， 嚴(yán)禁一次施加壓力過大造成壁板曲率半徑過小；壁板卷制完成后，水平方向上用弧形樣板檢查曲率，其間隙小于4mm 為合格；卷制驗收完成，卸下上滾軸負(fù)荷后壁板取出，以免造成板端曲率偏差； 卷制后的壁板應(yīng)置于與其等曲率的胎具上進(jìn)行儲存及長途運(yùn)輸。 壁板存儲及運(yùn)輸胎具如圖7 所示。

（5） 壁板安裝前臨時用工卡具準(zhǔn)備：第一圈壁板組對用花蘭螺絲桿（調(diào)節(jié)垂直度用）規(guī)格：φ89×4 焊接鋼管，詳見圖8。 立縫及環(huán)縫組對用工卡具包括：方塊（圖9）、龍門弧板（圖10）、楔鐵（圖11）、龍門卡（見圖12）和圓銷等。

表1 儲罐鋼板排版原則

圖7 胎具制作示意圖

圖8 花蘭螺絲桿示意圖

圖9 方塊示意圖

圖10 龍門弧板示意圖

圖11 楔鐵示意圖

圖12 龍門卡示意圖

2.3.3 頂板結(jié)構(gòu)及支撐柱預(yù)制

（1） 根據(jù)排版圖完成所有部件下料，包括頂板、支撐柱（含盲板、蓋板、襯板）、結(jié)構(gòu)梁等。

（2） 支撐柱所有焊接結(jié)束后整體進(jìn)行氣密試壓（氣壓試驗壓力為5psi）， 氣密以無壓降及所有焊縫無泄露為合格。

（3） 頂板及結(jié)構(gòu)分片預(yù)制：頂部分為五環(huán)，共有84塊分片預(yù)制結(jié)構(gòu)，每兩環(huán)之間的過渡板暫不拼接，待頂板分片吊裝完成以后再進(jìn)行安裝。 為了保證分片預(yù)制的頂板結(jié)構(gòu)吊裝過程中安全及不出現(xiàn)變形， 采取臨時焊接縱向加固梁及環(huán)向角鋼方式， 并根據(jù)重心合理設(shè)置臨時板狀吊耳（吊耳選型及焊接要求嚴(yán)格按HG/T-21574-08 相關(guān)規(guī)定執(zhí)行）。

2.4 儲罐安裝

2.4.1 儲罐底板安裝

（1） 底板鋪設(shè)前標(biāo)記上環(huán)梁十字中心位置，作為鋪板參照。

（2） 儲罐直徑較大，需吊車進(jìn)入罐內(nèi)進(jìn)行底板的鋪設(shè)，為了保護(hù)環(huán)梁及底部陰保網(wǎng)，用12mm 鋼板搭設(shè)吊車通道。

（3） 底板中心板鋪設(shè)后，按照排版順序從內(nèi)至外采用外側(cè)板壓內(nèi)測板的方式鋪設(shè)其他中幅板。 底板鋪設(shè)過程中要及時找平并點焊，防止出現(xiàn)位置偏差。

（4） 中幅板鋪設(shè)完成后，從中心向四周按照先短后長的焊接原則施焊，焊接采用分層、分段退焊和跳焊的方式。

（5） 根據(jù)設(shè)計要求，邊緣板鋪設(shè)前需先在環(huán)梁上間距1.5m 放置25mm 厚的墊鐵塊， 墊鐵塊放置重點是上平面標(biāo)高控制，整體標(biāo)高誤差控制在±2mm 范圍內(nèi)，以保證邊緣板平整。 邊緣板鋪設(shè)從清掃孔位置向兩邊鋪設(shè)，鋪設(shè)過程中利用臨時卡具完成焊縫的組對，最后一塊邊緣板為毛料， 待其他板定好位后根據(jù)現(xiàn)場尺寸進(jìn)行精確下料切割。

（6）中幅板焊接完成后進(jìn)行異形板的鋪設(shè)，為了確保整體底板外觀及搭接寬度， 異形板外緣需要根據(jù)現(xiàn)場實際尺寸在罐外進(jìn)行二次切割處理。

（7） 邊緣板及異形板焊接順序為：先焊接邊緣板對接焊縫外側(cè)300mm，按照規(guī)范要求隨機(jī)抽取總數(shù)量的50%進(jìn)行RT 檢測；再焊接異形板與中幅板短縫，異形板之間的長縫離邊緣板約1m 時預(yù)留不焊，以備八卦縫組對調(diào)整用；大角縫（第一帶壁板與邊緣板之間的焊縫） 在第三帶壁板安裝完成后組對焊接， 焊接先內(nèi)后外，內(nèi)側(cè)焊縫打底結(jié)束后進(jìn)行MT/PT 檢測，無滲漏為合格，隨后進(jìn)行填充及蓋面，內(nèi)側(cè)結(jié)束后開始外側(cè)焊縫的焊接工作； 然后焊接邊緣板內(nèi)側(cè)剩余焊縫及異形板預(yù)留長縫，最后進(jìn)行八卦縫的組對及焊接。 底板鋪設(shè)及焊接施工如圖13 所示。

圖13 底板鋪設(shè)及焊接施工圖

2.4.2 儲罐頂板及支撐柱安裝

（1） 罐底板焊接完成后，根據(jù)圖紙在底板上標(biāo)出每根支撐柱的位置，并安裝10mm 厚墊板及定位板。

（2） 頂板分片結(jié)構(gòu)重約8t，安裝高度為22m，經(jīng)過計算選用100t 汽車吊進(jìn)罐內(nèi)進(jìn)行吊裝， 吊車下面鋪20mm 通道板確保底板不受影響。 將預(yù)制好的支撐柱倒運(yùn)到罐內(nèi)平放在胎具上， 在柱頂端預(yù)設(shè)的3 個吊耳上捆好纜風(fēng)繩，用于調(diào)節(jié)垂直度及臨時加固（攬風(fēng)繩通過花蘭螺絲固定在重約2t 的混凝土塊上）。 支撐柱固定前，確保柱頂蓋板中心線指向罐中心（支撐柱垂直即可），并通過調(diào)整花蘭螺絲使垂直度滿足規(guī)范要求。 支撐柱吊裝過程中用升降車配合。

（3） 中心支撐柱緊固完成后， 開始安裝第一圈6根支撐柱，每安裝兩根后隨即吊裝頂板分片結(jié)構(gòu)，并通過緊固螺栓做好大梁與支撐柱連接； 再安裝第三根支撐柱接著上第二片頂板分片結(jié)構(gòu)， 以此類推安裝好第一環(huán)的支撐柱及頂板分片結(jié)構(gòu)。 第一圈頂板結(jié)構(gòu)的整體垂直度用經(jīng)緯儀檢查合格后， 進(jìn)行支撐柱上部蓋板與大梁接觸部分角焊縫的焊接。

（4） 考慮到第二圈頂板小梁和已安裝第一環(huán)大梁之間為筋板連接， 吊裝過程中無法直接焊接筋板完成正式連接， 通過在第二圈頂板分片結(jié)構(gòu)小梁上焊接2個“7”字形馬件直接掛在已安裝的第一圈大梁上以減少高空作業(yè)的風(fēng)險。“7”字形馬件設(shè)置如圖14 所示。

圖14“7”字型馬件設(shè)置示意圖

（5） 第三環(huán)及第四環(huán)的支撐柱和頂板分片結(jié)構(gòu)安裝同前兩環(huán)， 前四環(huán)頂板裝完后開始補(bǔ)裝兩環(huán)之間的過渡板，用吊車或者卷揚(yáng)機(jī)并用手拉葫蘆配合，根據(jù)現(xiàn)場實際尺寸，逐塊下料及補(bǔ)裝。

（6） 第五環(huán)的頂板分片安裝在罐壁施工結(jié)束后進(jìn)行，安裝方法同前四環(huán)。

（7） 支撐柱及頂板分片結(jié)構(gòu)安裝如圖15 所示。

圖15 支撐柱及頂板分片結(jié)構(gòu)安裝圖

2.4.3 儲罐壁板安裝

（1） 圍板前在邊緣板上畫出壁板內(nèi)壁圓周線，磨平壁板下部的邊緣板焊縫。

（2） 第一帶壁板安裝：在壁板位置線內(nèi)外交錯點焊定位板（6mm 鋼板， 長寬均為100mm）， 間距為1.5～2.0m；在壁板內(nèi)側(cè)點焊安裝所需的工卡具（如腳手架用蝴蝶板、小方塊、背杠、龍門板等）；第一帶壁板安裝從清掃孔處開始向兩側(cè)展開， 在定位塊中塞入楔鐵并用花蘭螺栓（每4m 設(shè)置1 個花蘭螺絲）與底板點焊用于壁板臨時固定， 焊接龍門弧板配合圓銷完成立縫粗組對，通過調(diào)整楔鐵及花蘭螺絲滿足壁板的垂直度、上部水平度、圓度、立縫坡口間隙、錯邊量等；在第一帶壁板安裝過程中預(yù)留一塊尺寸和位置合適的壁板先不焊接， 等安裝到第三帶壁板以上時將此塊板拆除并用型鋼對相鄰壁板進(jìn)行加固， 用于后續(xù)升降車及材料進(jìn)入罐內(nèi)焊接及防腐。

（3） 其他壁板安裝：第一帶板立縫焊接、探傷合格后，在壁板上安裝臨時腳手架；吊裝第二帶壁板，環(huán)縫采用龍門卡與背杠固定及粗對，每隔1.5m 左右放置1組， 然后通過楔鐵完成第二帶壁板垂直度及上下壁板錯邊量的控制； 第二帶壁板立縫組對和焊接與第一帶板相同； 剩余其他各圈壁板的安裝和組對參照第一圈壁板。 壁板安裝工裝卡具如圖16 和圖17 所示。

圖16 立縫及環(huán)縫組隊工裝卡具

圖17 壁板安裝用操作平臺及滑行小車

（4） 壁板焊接：壁板立縫焊接方法采用氣電立焊（EGW）， 焊機(jī)型號為YS-EGW-V， 焊絲選用KOBELCO 公司的藥芯焊絲DW-S60G， 保護(hù)氣體為CO2。 壁板環(huán)縫焊接方法采用埋弧自動焊（SAW），焊機(jī)型號為YS-AGW-ICE，焊絲選用KOBELCO 公司的實芯焊絲US-49， 配套用焊劑為KOBELCO 公司MF-33H。實踐證明，大型儲罐壁板焊接采用自動焊焊接工藝，外觀成型好，焊接投入人力少、效率高，焊接一次探傷合格率達(dá)到99.5%以上。 壁板焊縫焊接如圖18和圖19 所示。

圖18 壁板立縫氣電立焊（EGW）

圖19 壁板環(huán)縫埋弧自動焊（SAW）

（5） 罐頂抗壓板安裝及焊接：罐頂抗壓板焊接應(yīng)先焊對接縫，后進(jìn)行內(nèi)側(cè)仰角焊縫焊接，最后在掛壁小車上焊接外側(cè)仰角焊縫。

（6） 第五環(huán)頂板安裝：罐內(nèi)外的焊縫全部焊接并檢測合格后， 利用升降車拆除罐內(nèi)的腳手架和工裝卡具；罐內(nèi)的進(jìn)水管、溢水口、集水坑等較大部件按圖吊裝完成。 以上工作都完成后便可以安裝第五環(huán)頂板分片結(jié)構(gòu)，方法同前四環(huán)。

（7） 待罐內(nèi)焊接結(jié)束后，升降車退出到罐外，即可進(jìn)行底板搭接焊縫的真空試驗（圖20）。 根據(jù)API-650規(guī)范要求，制作一個寬150mm、長760mm 的上部帶玻璃并帶有真空表的真空測試盒。 測試前需要對焊縫進(jìn)行除銹，涂抹蘇打水或者肥皂液，用空壓機(jī)抽取真空盒內(nèi)空氣， 當(dāng)真空表讀數(shù)為21kPa 并且目測焊縫位置無氣泡即為合格。 真空箱試驗時鋼板表面溫度應(yīng)控制在52℃以下為宜。

（8） 其他附件安裝：罐主體完成后按圖紙把盤梯、罐外排水管及罐頂?shù)娜丝?、通風(fēng)口、欄桿、攔水檐等安裝到位。

（9） 罐本體施工過程中，在監(jiān)理見證下組織壁板垂直度驗收， 罐內(nèi)底板半徑測量以及罐口方位和法蘭組隊偏差測量等， 所有測量工作均有記錄并得到監(jiān)理簽字確認(rèn)。

圖20 底板焊縫真空箱試驗

2.4.4 儲罐上水沉降及驗收

（1） 編著上報儲罐試壓方案，方案應(yīng)包括取水點位置、流量、沉降完排水地點、上水臨時設(shè)施（上水泵、管路、閥門及流量計、罐口封堵用盲板等）、上水前基準(zhǔn)觀測樁和環(huán)梁沉降觀測點設(shè)置、罐內(nèi)消毒措施、上水速度控制、上水過程中不同階段沉降測量要求，以及相應(yīng)質(zhì)量保證和安全措施等。

（2） 根據(jù)API-650 要求，需要在環(huán)梁上表面等角度設(shè)置8 個沉降觀測點并建臨時基準(zhǔn)樁， 臨時基準(zhǔn)樁的位置至少離出罐基礎(chǔ)150m 距離，其標(biāo)高和坐標(biāo)信息需從項目正式基準(zhǔn)點通過RDK/全站儀取得；考慮罐體周長較大， 需要在沿罐基礎(chǔ)再設(shè)置4 個臨時觀測分樁（每個分樁能檢測環(huán)梁上兩個沉降觀測點）。 所有樁坐標(biāo)標(biāo)高信息以及環(huán)梁上沉降觀測點被監(jiān)理認(rèn)可后，即可上報申請資料將儲罐上水前各個沉降觀測點的相對標(biāo)高測出，并填寫對應(yīng)記錄。 儲罐基準(zhǔn)點、沉降觀測點分布圖如圖21 所示。

（3） 儲罐上水前檢查工作：所有焊接結(jié)束并得到監(jiān)理簽字驗收，底板焊縫真空箱測試完成，焊縫射線探傷完成，罐上各種臨時支撐架完成移除，上水設(shè)施及消毒設(shè)施等。

（4） 根據(jù)規(guī)范AWWA-C652（水存儲設(shè)施消毒規(guī)范-美國水務(wù)協(xié)會）第4.2 條規(guī)定，水存儲設(shè)施可以選用一定濃度的次氯酸鈣作為消毒劑進(jìn)行消毒（消毒結(jié)束時罐內(nèi)水中余氯含量至少2.5ppm，并且生化實驗結(jié)果滿足世衛(wèi)組織飲用水標(biāo)準(zhǔn)即為消毒合格）。 根據(jù)沙特實際能采購的65%有效氯含量的次氯酸鈣，經(jīng)過計算，給14 萬m3儲罐消毒需要添加次氯酸鈣2000kg，在儲罐上水液位5%（約7000 m3時）時將次氯酸鈣溶液通過泵和管路打進(jìn)罐內(nèi)，靜止6h，以便消毒液能充分?jǐn)U散，待隨機(jī)抽取的水樣中有效氯含量達(dá)50ppm 以上時即開始再次上水。 儲罐達(dá)到最高液位后邀請第三方現(xiàn)場取樣測量余氯含量及生化實驗分析，以檢驗消毒效果。

圖21 儲罐沉降觀測點分布示意圖

（5） 15 萬m3儲罐最底下帶板厚度為41.5mm，故下部1/3，中部1/3，上部1/3 上水最大速度需控制在3386m3/h， 2208m3/h， 1693m3/h。 用兩臺泵上水，單臺泵上水速度400m3/h，最大上水速度800m3/h，滿足規(guī)范要求。 儲罐上水速度控制見表2。

表2 儲罐上水速度控制

（6） 沉降觀測控制：根據(jù)API-650 規(guī)范要求，沉降觀測分為6 個階段，分別是：上水前；1/4 液位時；1/2液位時；3/4 液位時；最高液位時；儲罐排水完成后。

罐環(huán)梁圓周上任意10m 間隔兩個點的均勻沉降不能超過13mm，及整個環(huán)梁不均勻沉降值在50mm 以內(nèi)為合格。 儲罐上水時每個觀測階段結(jié)束并經(jīng)監(jiān)理確認(rèn)后可繼續(xù)上水，本項目根據(jù)監(jiān)理業(yè)主特殊要求，當(dāng)液位達(dá)到最高液位時每隔2h 測一次各個觀測點沉降數(shù)值，當(dāng)各個觀測點數(shù)值趨于穩(wěn)定不再發(fā)生沉降時為止，上水沉降結(jié)束。 當(dāng)罐內(nèi)排水完成后，再對各觀測點標(biāo)高測量，并將所有數(shù)據(jù)填寫記錄備案。

（7） 罐內(nèi)排水結(jié)束后，拆除臨時盲板，更換正式盲板、墊片和螺栓，經(jīng)監(jiān)理簽字驗收后正式交付總包商作為預(yù)試車使用。

3 小結(jié)

沙特延布—麥地那三期海水淡化項目15 萬m3儲罐是十一化建首次在海外承接的大直徑內(nèi)部帶支撐柱式錐頂儲罐EPC 工程，通過地面預(yù)制和現(xiàn)場安裝相結(jié)合，合理安排施工工序，優(yōu)化施工方法和施工措施，注重過程控制，加強(qiáng)施工質(zhì)量安全管理，圓滿地完成了儲罐本體安裝，上水沉降及內(nèi)外防腐施工，為公司今后在大直徑儲罐施工及現(xiàn)場管理方面積累了寶貴的經(jīng)驗。