大型薄壁拱頂油罐遠(yuǎn)距離整體移位技術(shù)

馮 昕

中國石化安徽石油分公司 安徽合肥 230009

石油的開采、煉制、消費(fèi)離不開油庫，而油罐是油庫的主體設(shè)備，其中立式鋼制拱頂油罐又是油庫中最常見的油罐類型。

拱頂油罐是罐頂接近于球形、罐體為圓柱形的一種容器，因其制造加工比較簡(jiǎn)單，耗鋼材量少，施工容易，造價(jià)低，可承受較高的剩余壓力，加裝內(nèi)浮盤后罐內(nèi)液體介質(zhì)的蒸發(fā)損耗少，在國內(nèi)外石油化工企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全局出發(fā)，國家對(duì)于石油化工產(chǎn)業(yè)提出了更高的發(fā)展要求，明確要求在石油化工企業(yè)健康快速發(fā)展的同時(shí)，將安全綠色生產(chǎn)擺在突出位置，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的科學(xué)轉(zhuǎn)變。為此，近年針對(duì)石油化工行業(yè)，國家密集出臺(tái)了多項(xiàng)安全、環(huán)保政策，并對(duì)相關(guān)行業(yè)規(guī)范進(jìn)行了從嚴(yán)修訂。對(duì)于成品油銷售企業(yè)來說，這直接導(dǎo)致了部分早期建設(shè)的油罐與周邊環(huán)境的安全距離無法滿足新要求，逐漸面臨拆除甚至油庫整體搬遷的困境。采取拆除或搬遷的方法雖然能夠滿足新的安全環(huán)保要求，但也給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)企業(yè)的正常經(jīng)營(yíng)和持續(xù)發(fā)展造成不利影響。通過對(duì)油庫內(nèi)現(xiàn)有油罐進(jìn)行移位，既能節(jié)省大量投資、最大程度減少對(duì)油庫的正常經(jīng)營(yíng)作業(yè)的影響，又能使之符合現(xiàn)行安全環(huán)保的要求，不失為一個(gè)好的辦法。

1 油罐特點(diǎn)描述

需移位的拱頂油罐，通常具備以下特點(diǎn)：

（1）罐體直徑大，壁板薄，重量重；

（2）建設(shè)年代較早，施工標(biāo)準(zhǔn)不高，罐體本身受腐蝕較嚴(yán)重；

（3）施工場(chǎng)地布局緊湊，移位道路極其狹窄；

（4）移位距離遠(yuǎn)，且施工工期要求緊張；

（5）油庫邊經(jīng)營(yíng)邊施工，施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理要求高。

2 油罐移位施工工藝對(duì)比

根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，油罐移位通常采取以下4種施工工藝：

（1）采用起重機(jī)配合拖車運(yùn)輸進(jìn)行整體移位。該方法適用于體積小、重量輕（小于30t）的小型油罐，而對(duì)于直徑大、重量大的油罐，因裝車極不方便，且安全隱患大，顯然是不適用的。

（2）先將油罐切割解體后運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)再重新組對(duì)。但該方法油罐拆解工作量大，罐體切割施工要求高，材料損耗大。此外，為保證油罐容量不受影響，還需采購一定數(shù)量的鋼板。導(dǎo)致單罐施工工期較長(zhǎng)，需投入的人工成本較大。

（3）采用滾杠的頂升平移法進(jìn)行整體移位。該方法適用于體積較大、平移距離較短，且施工場(chǎng)地條件開闊的油罐。此種方法雖對(duì)罐體加固量要求小，但施工過程繁瑣，受場(chǎng)地限制條件影響大，且耗用的人力較多，施工成本較高。

（4）采用履帶式起重機(jī)對(duì)油罐進(jìn)行整體吊裝移位。該方法適用于體積較大、平移距離較遠(yuǎn)、受場(chǎng)地條件限制小的油罐。而且履帶式起重機(jī)拆裝、行走、操作靈活，受場(chǎng)地限制條件影響小，施工簡(jiǎn)單，可縮短施工時(shí)間，降低施工成本。

顯然，第4 種方法對(duì)于場(chǎng)地受限、工期要求緊的大型薄壁拱頂油罐平移工程比較適用。本文以具體工程為例，闡述利用履帶式起重機(jī)對(duì)大型薄壁拱頂油罐進(jìn)行整體吊裝移位的技術(shù)。

3 工程實(shí)例

本工程為4 臺(tái)3000m3薄壁拱頂油罐遠(yuǎn)距離移位工程。工程施工場(chǎng)地布局緊湊，帶載行走道路寬度僅10.5m，且工期緊張，要求5d 內(nèi)必須完成4 臺(tái)油罐的移位和組裝。本工程選用單臺(tái)280t 履帶式起重機(jī)進(jìn)行整體吊裝移位。

3.1 油罐參數(shù)

油罐的最遠(yuǎn)移動(dòng)距離為：向南125.88m；向西77.7m。該油罐的主要參數(shù)如表1 所示。

表1 拱頂油罐主要參數(shù)表

3.2 吊梁設(shè)計(jì)及校核計(jì)算

為減少吊裝過程中拱頂油罐本體受索具橫向力而導(dǎo)致變形的影響，需設(shè)計(jì)一種吊梁來輔助吊裝。設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常用的各種類型卸扣、鋼絲繩和導(dǎo)鏈，匹配相應(yīng)的試驗(yàn)載荷系數(shù)來進(jìn)行。本工程設(shè)計(jì)的吊梁采用正八邊形結(jié)構(gòu)形式，如圖1 所示。采用合理的工藝，主管選擇φ159mm×6mm 的無縫鋼管，相鄰兩主管間用δ24mm 吊耳板連接，兩管端用δ22mm 圓鋼連接（制作時(shí)務(wù)必將鋼筋拉直再焊接），所有連接部位均滿焊，焊高為薄板之厚度；吊耳孔采用機(jī)加工，材料均選用Q235；吊梁制作完畢后，按照J(rèn)B4708 進(jìn)行滲透無損檢測(cè)，I 級(jí)為合格，且應(yīng)盡量滿足重復(fù)利用的需要，最后進(jìn)行必要的防腐處理。

對(duì)設(shè)計(jì)完成的吊梁進(jìn)行受力分析，受力示意圖如圖2 所示，分別對(duì)吊梁和吊耳進(jìn)行受力校核。

圖2 吊梁受力示意圖

3.2.1 吊梁受力校核

設(shè)備重: G=50t

計(jì)算載荷: GJ=50×1.1×1.2=66t

鋼絲繩與水平面夾角: a=65°

F1=GJ/ 8/ sin65×cos65=3.845t

經(jīng)計(jì)算，

④桿承受拉力:P4=4.53t

⑥桿承受的壓力:P1=10.916t

④桿選用φ20 圓鋼2 根，其截面面積:A2=9.04cm2

則 ④ 桿 拉 應(yīng) 力 :σL3=P4/ 9.04=501＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

①、②、⑥、⑦桿選用熱軋無縫鋼管: φ159×6

其截面力學(xué)特性為：I=845.19cm4，W=106.31cm3，r=5.41cm，A=28.84cm2

桿有效長(zhǎng)度: L=678.3cm

長(zhǎng)細(xì)比:λ=L/ r=125.38

則壓桿受壓折減系數(shù): φ=0.4

則⑥桿承受外力所產(chǎn)生的壓應(yīng)力:σy1=P1/ A/ φ=946＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

3.2.2 吊梁上部吊耳受力校核

設(shè)備及吊梁重: G=51t

計(jì)算載荷: GJ=51×1.1×1.2=67.32t

鋼絲繩與水平面夾角: a=65°

主吊索受拉力為:FS1=GJ/ 8/ sin65=9.285t

主吊卸扣采用SBW12，其銷軸直徑為36mm。

則吊耳所受拉應(yīng)力:σ1=9285/ 2.4/ (18-3.8)=272.4＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

吊耳頂部所受擠壓應(yīng)力：σjy=9285/ 2.4/ 3.6=1074＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

拉曼應(yīng)力: σlm=1074×(18×18+3.8×3.8)/(18×18-3.8×3.8)=1174.20＜1700kg/ cm2，滿足使用要求。

3.3 吊耳設(shè)計(jì)及校核計(jì)算

沿拱頂油罐罐體圓周均勻設(shè)置8 個(gè)孔板式吊耳，用于罐體與索具之間的連接，罐體吊耳的設(shè)計(jì)如圖3所示。吊耳制作時(shí)吊耳孔采用機(jī)加工，且三面圍焊，焊縫為薄板的厚度。

圖3 罐體吊耳設(shè)計(jì)圖

罐體上吊耳在吊裝過程中的受力校核過程如下。

設(shè)備及吊梁重: G=50t

計(jì)算載荷: GJ=51×1.1×1.2=66t

鋼絲繩與水平面夾角: a=90°

主吊索受拉力為:FS1=GJ/ 8=8.25t

主吊卸扣采用SBW12，其銷軸直徑為36mm，

則吊耳所受拉應(yīng)力:σ1=8250/ 2.4/ (16.6-3.8)=268＜1700 kg/ cm2，滿足使用要求。

吊耳頂部所受擠壓應(yīng)力：

σjy=8250/ 2.4/ 3.6=954.86＜1700kg/ cm2， 滿足使用要求。

拉曼應(yīng)力: σlm=σjy×(16.6×16.6+3.8×3.8)/(16.6×16.6-3.8×3.8)=1060.47＜1700kg/ cm2， 滿足使用要求。

3.4 罐底加固措施

為防止拱頂油罐罐體在整體移位的起吊過程中，罐底板向下拱導(dǎo)致的變形，需將罐底板與罐壁板進(jìn)行切割分離，并對(duì)罐體進(jìn)行加固處理。如圖4 所示，在距根部100mm 位置安裝熱軋普通槽鋼[22 加固脹圈，脹圈共由6 段弧長(zhǎng)8.921m 的弧形脹圈組成，各脹圈之間安裝16t 千斤頂，并用千斤頂頂緊。脹圈用16mm 厚卡板固定于罐體上，卡板與脹圈留有5mm 間隙，卡板與罐體采用單面焊接，焊高5mm。

圖4 罐底加固示意圖

3.5 280t 履帶起重機(jī)裝配及就位

在起重機(jī)組裝區(qū)域進(jìn)行280t 履帶起重機(jī)的裝配，采用起重機(jī)自行加裝履帶，50t 起重機(jī)配合組裝。組裝工況為49m 主臂，轉(zhuǎn)臺(tái)配重85.5t，中心壓重36t，超起半徑13m，超起配重50t，100t 吊鉤，6m×2.2m 路基箱60 塊。組裝完畢后，按照實(shí)際吊裝所需旋轉(zhuǎn)方向及范圍將起重機(jī)零配重空載試回轉(zhuǎn)，檢查配重、吊臂與周圍物體間的間隙情況。

3.6 吊索具掛設(shè)

吊梁上部采用兩級(jí)自調(diào)節(jié)平衡索具，2 根Ф48×4m 鋼絲繩打雙，中間掛于起重機(jī)鉤頭處，4 個(gè)鋼絲繩端頭連接4 個(gè)SBW25 型卸扣，銷子加兩層通長(zhǎng)內(nèi)套管，中間抹黃油。每個(gè)卸扣連接1 根Ф38×38m 鋼絲繩，吊梁下部選用SH10m×3m 的倒鏈，吊梁的吊耳及油罐罐體吊耳均用SBW12 型卸扣連接。吊索具掛設(shè)圖如圖5 所示。

圖5 吊索具掛設(shè)圖

3.7 試吊及油罐整體平移

（1）試吊準(zhǔn)備。檢查油罐罐體各加固部件焊道是否全部焊接到位，并在加固部件受力集中點(diǎn)做標(biāo)記，以檢驗(yàn)加固部件是否變形、焊道是否變形。然后調(diào)整起重機(jī)工作半徑至20m 狀態(tài)。

（2）試吊。逐步加載起吊重量，油罐罐體平穩(wěn)離開地面起吊至1m 位置時(shí)，檢查所有連接是否斷開；監(jiān)測(cè)起重機(jī)LICCON 顯示數(shù)據(jù)（當(dāng)超過方案規(guī)定數(shù)據(jù)時(shí)意味著設(shè)備超重或有連接尚未解除），同時(shí)檢查地基沉陷狀況，檢查吊梁變形狀況。

（3）正式吊裝。將設(shè)備吊起，轉(zhuǎn)臂將設(shè)備吊至起重機(jī)正前方，帶載行走至該罐對(duì)應(yīng)安裝位置；當(dāng)罐體平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)平移至新建基礎(chǔ)正上方時(shí)，核對(duì)新建基礎(chǔ)的標(biāo)記位置對(duì)應(yīng)罐體相應(yīng)位置進(jìn)行就位；位置對(duì)中后緩慢減小起吊重量，使罐體緩慢落在新建基礎(chǔ)上；焊接筒體與底板，拆除吊索具，磨掉罐上吊耳，拆除脹圈；起重機(jī)返回繼續(xù)吊裝下一臺(tái)油罐，至此完成一臺(tái)罐體的整體平移。

（4）重復(fù)以上3 個(gè)步操作，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)4 臺(tái)大型薄壁拱頂油罐的整體移位。

4 結(jié)語

通過嚴(yán)密的策劃和精細(xì)的施工準(zhǔn)備，此次4 臺(tái)3000m3拱頂油罐遠(yuǎn)距離整體移位工作僅用3d 時(shí)間就順利完成，大大縮短了預(yù)期施工時(shí)間。實(shí)踐證明，采用履帶起重機(jī)單機(jī)提升法進(jìn)行大型薄壁拱頂油罐整體移位施工，具有作業(yè)靈活，施工工期短，人員機(jī)械投入少，作業(yè)范圍小，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，且大大節(jié)省了施工成本，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，是一種比較理想的施工方法，在同類施工中具有較好的推廣價(jià)值。