立式玻璃鋼儲罐數控纏繞機械噴涂施工技術

禹 浩，寇建峰

1.中國石油然氣銷售湖南分公司，河南鄭州 450000

2.大慶油田工程建設有限公司油建二公司，黑龍江大慶163453

玻璃鋼儲罐是以玻璃纖維為增強劑，樹脂為粘合劑，通過纏繞噴涂制造而成的新型儲罐[1]。由于具有質輕高強的特點，近年來該新型儲罐在石油行業(yè)得到廣泛應用[2]。2018年在長慶油田致密油產能建設項目嶺二聯(lián)合站工程中，僅用50 d時間就完成了2座500 m3玻璃鋼儲罐的制作安裝，各項指標符合規(guī)范要求，施工質量達到優(yōu)良標準，受到業(yè)主一致好評，已形成具有可操作性的施工工法。

1 工藝原理

1.1 施工原理

玻璃鋼儲罐直徑8 m、高度12 m，制作時按照罐頂、罐體、罐底的順序施工，即先進行罐頂糊制，采用逐層襯布方式制作；再進行罐體制作，采用數控纏繞、機械噴涂技術分層糊制；接著進行罐底制作，糊制時直接在混凝土基礎上進行，制作方式與罐頂制作相似；最后完成罐底與罐體的對接[3]。

1.2 數控纏繞原理

罐體制作時將立式旋轉模具懸掛在立式液壓旋轉設備上，纏繞噴涂機軌道放置在旋轉模具旁，整個裝置采用微機控制，纏繞噴涂機在軌道上作上下移動，罐體模具在液壓驅動下旋轉，通過微機控制程序輸入不同的纏繞角來控制模具旋轉與小車之間的相對速度，從而實現(xiàn)螺旋和環(huán)向纏繞。

2 操作要點

2.1 施工準備

（1）材料準備。施工用樹脂和無捻玻纖紗等材料應具有產品合格證、質量檢驗報告等質量證明文件，各種材料經抽樣檢測合格，方可進入現(xiàn)場使用。施工用的模具材料準備到位并合理堆放，保持干燥，備好脫模劑。配料應嚴格按照質檢中心提供的配方進行配料，配料容器保持干燥、清潔、無漬物，配置膠液充分攪拌均勻，攪拌時間不低于2h。

（2）設備準備?，F(xiàn)場配備數控纏繞設備、噴涂設備。噴槍軌道架、樹脂罐、管道、噴槍、纖維切割噴射器、壓縮空氣氣源配套機具齊全。罐體立式陽模旋轉支架安裝到平整位置，保證轉動靈活，配套液壓驅動裝置調試完畢。焊接設備接線完畢，吊裝做好施工準備，隨時準備進入施工現(xiàn)場。

2.2 罐頂制作

（1）罐頂模具。罐頂模具采用型鋼制作成錐形結構，直徑略大于儲罐內徑，罐頂的仰角偏差不超過0.5°。模具安裝完成后應拋光，表面應光滑、平整、密實，無裂縫、針孔等缺陷。模具制作完成后，對模具的弧度、直徑等進行檢測和驗收。使用精度為1 mm的鋼尺測量其弦長，用公式計算其弧長和數量，檢驗是否與罐周長相符。

（2）罐頂糊制。罐頂制作見圖1。

圖1 罐頂制作

第一，罐頂糊制前先布置肋筋，本工程將玻璃鋼管一分為二作肋筋，弧面朝上，360°均勻布置8道，鋪在已安裝好的罐頂模具上與罐頂糊制成一體。第二，糊制前在模具上涂刷脫模劑，待干燥后涂刷樹脂，均勻涂刷兩層，第一層不粘手后涂刷第二層，每層厚度0.2～0.3 mm，然后鋪玻璃纖維布，逐層襯布，采用正交鋪層，注意錯縫和搭接。樹脂定量使用，使用專用壓輥用力沿布的經向和緯向趕氣泡，使布貼緊，含膠量均勻，表面平整密實，無氣泡產生。第三，罐頂護欄由彎管機加工成型，保證制品的圓滑、美觀。扁鋼也由機械預制成型，然后焊接到護欄立柱上，從整體上保證了護欄的安全、美觀。第四，脫模采用氣壓將模具頂出，如不能順利脫模，可采用膠錘敲擊罐頂邊緣。脫模后靜置1 h以上再進行吊裝，防止翹邊變形。

2.3 設備安裝

（1）數控設備安裝及調試。第一，數控設備包括立式旋轉設備、纏繞噴涂機軌道及電腦控制臺[4]。立式旋轉設備固定在罐基礎附近空地上，場地要平整、硬化，且保證設備與地面垂直，檢測設備垂直度合格后，采用拉線將設備固定牢固，防止工作中傾斜。第二，纏繞噴涂機軌道立于立式施工設備旁，距離模具邊緣600～800 mm，軌道與模具縱線平行，并保證與地面垂直，并采用拉線方式固定，纏繞噴涂機安裝在軌道上。第三，計算機控制臺放置在纏繞設備附近，設備安裝見圖2。第四，調試旋轉設備及纏繞噴涂機運轉和工作部位是否正常，需特別仔細檢查樹脂固化劑雙組分泵是否有堵塞現(xiàn)象。

圖2 設備安裝

（2） 罐體模具安裝。其一，儲罐模具有上、中、下三道支撐環(huán)，支撐環(huán)采用60mm×5mm扁鋼制作，直徑根據儲罐內徑制作；縱向均布50 mm×50 mm木方，間距100 mm；支撐環(huán)結構見圖3。調節(jié)支撐環(huán)上的調節(jié)螺栓，使模具整體直徑上小、下大，有利于脫模。外層敷設一層三合板和一層五合板，模板高度為12 m。其二，為了保證罐體的圓度，模具制作完成后，采用標桿法對儲罐橢圓度進行測量和校驗，即在安裝立式支撐筋時，在模具旁立一標桿，旋轉模具，保證支撐筋與標桿的距離相等，逐條將立式支撐筋安裝到旋轉模具環(huán)上。其三，在立式支撐筋安裝完畢后，先安裝三合板，用碼釘槍將三合板固定在安裝好的立式支撐筋上，三合板固定緊密。然后將五合板安裝到三合板上，同樣用碼釘槍固定的方法固定緊密。模具安裝見圖4。其四，安裝好復合板后，用標桿測定的方法校驗其圓度，并測量罐體的內徑。其五，檢查模具無凹坑、粉塵、雜物，表面平滑。纏繞前在模具表面涂刷隔離劑并包覆一層聚酯薄膜，薄膜搭接寬度20 mm，表面無破損、褶皺，以方便脫模。

圖3 支撐環(huán)結構

圖4 模具安裝

2.4 罐體制作

（1） 罐頂與壁板模具對接。罐體糊制前采用25t吊車將罐頂吊裝到已組裝好的模具上，吊點選擇罐頂中心，吊裝方式見圖5。保證罐壁與罐頂連接位置一起纏繞糊制。罐頂與罐壁纏繞搭接方式見圖6。

圖5 罐頂吊裝方式

圖6 罐頂與罐壁接縫方式

（2）罐體糊制。其一，罐體纏繞時由已設定的控制程序控制模具水平旋轉，小車在軌道上下運動，利用二者之間相對運動進行纏繞。纏繞時由下至上纏繞，每纏繞一層噴涂一層，采用退纏進噴方式進行糊制，糊制順序為：先糊制內表層和防滲層，再糊制結構層，最后糊制保護層。罐體纏繞結構見圖7。其二，調整計算機控制程序，使環(huán)向纏繞與交叉纏繞交替進行，通過控制模具轉速和纖維張力保證樹脂含量，第一層固化后再進行第二層的纏繞，以避免纏繞過程中產生氣泡。按此方式纏繞直至達到設計厚度要求。罐體纏繞方式見圖8。其三，噴涂時內襯層樹脂含量控制在90%±2%，并在內表層2～3 mm的鋪層上加入抗靜電劑。結構層含膠量達到70%～80%。外保護層糊制時加入紫外線吸收劑，延緩老化。罐體外觀質量見圖9。

圖7 罐體纏繞結構

圖8 罐體纏繞方式

圖9 罐體外觀質量

（3）脫模準備。罐體制作完成后在罐體上開好人孔或從罐底空隙進入罐內，作業(yè)人員松開上、中、下支撐環(huán)調節(jié)螺栓，釋放模具支撐力，并用膠錘敲擊罐壁，使罐壁與模具間產生縫隙，做好脫模準備，待罐底制作完成后進行吊裝脫模。

2.5 罐底制作

（1）在儲罐剛性基礎上用磚壘一圈高度為200 mm、直徑比罐壁直徑大300 mm的環(huán)墻，環(huán)墻內側用水泥抹面，以基礎和磚墻的環(huán)墻作模具進行罐底鋪層，鋪層嚴格按圖紙進行。為增加罐的安全性，罐底拐角厚度在30 mm左右，偏差以不大于5 mm為準。

（2）制作前應將鋼筋混凝土底板清掃干凈，不得有水跡、油污等，直接在罐基礎上糊制，先涂厚度2～3 mm的環(huán)氧樹脂，然后鋪敷氈、布，層間搭接不少于30 mm，樹脂與氈、布交替進行，鋪層順序為先鋪結構層，后鋪內襯層，最后鋪耐磨層，直至達到設計厚度，最后在表層上鋪薄膜或者聚酯氈，增加表層的樹脂含量，達到防滲的目的。

（3）拐角部位應交替做拐角補償，垂直部位應保持與罐底相同的厚度。罐底制作不允許有夾層、凸起、分層和大面積氣泡等缺陷，外觀質量應符合HG/T 3983—2007質量標準的要求。

2.6 罐底與罐體組裝

（1）吊裝脫模。第一，吊裝采用75 t吊車、配20 t吊帶4套，整體吊裝示意見圖10。第二，吊裝部位及著力點為罐頂，罐頂組裝時在罐頂開4個吊裝孔，將起吊盤從罐體內部放入并固定在吊裝孔中（采用起吊盤的目的是為了增加罐頂的著力點面積，防止罐頂單點受力過大），吊具長度不低于5 m，起吊應緩慢，脫模后將罐體放在已制作好的罐底上。吊裝脫模見圖11。

圖10 整體吊裝示意

圖11 吊裝脫模

（2）罐體密封。第一，罐體和罐底進行承插連接，接縫處用樹脂砂漿填充。第二，罐體內壁與罐底連接處按施工圖要求用樹脂砂漿做出圓弧，再用氈糊制8～10 mm厚的密封層。第三，罐外壁與罐底連接處用玻璃纖維纏繞紗浸透樹脂將罐底接縫填實，然后灌上樹脂砂漿，再用纖維氈或布進行連接補強。

2.7 附件安裝

（1）盤梯安裝。罐纏繞完成后，按盤梯軌跡線在預埋的連接板上焊接支撐件。再將已預制好的盤梯吊裝到支撐件上，調整固定。焊接時采取必要的保護措施，避免焊接時高溫對罐壁造成破壞。

（2）法蘭管安裝標高和方位角度應符合圖紙要求，確定開孔標高，待審查確認后開孔。開孔部位應做補強，補強材料、鋪層應按工藝設計要求施工，補強接口使用內襯樹脂，并加入抗靜電劑。多個罐對稱布置時，相對應的法蘭應在同一標高和直線上，不得錯位，開孔后的板材應予以登記保留，以作為檢測之用。法蘭管就位后，內、外拐角處應做圓弧處理，用浸膠的纏繞紗襯出圓弧角。其他構件安裝應符合圖紙尺寸要求，外表處理應美觀。

2.8 水壓試驗

（1）充水試壓。儲罐在制作和檢查完畢后須進行充水試驗，以檢查罐底、罐壁嚴密性小及固定頂強度、穩(wěn)定性及嚴密性。試驗方法是充水到設計最高液位后，保持48 h，以罐底無滲漏、罐壁無滲漏且無異常變形為合格。罐頂試驗采用放水方法進行，試驗時緩慢降壓，當試驗壓力達到-490 Pa時，以罐頂無異常變形為合格。

（2）沉降觀測。在罐壁下部每隔不大于10 m設置一個沉降觀測點，宜為4的倍數，且不少于4個。充水高度等于罐壁高度的1/3，進行沉降觀測24 h，無異常繼續(xù)充水到罐高的2/3，再進行沉降觀測24 h，當仍未超過允許的不均勻沉降量，可繼續(xù)充水到最高液位，當沉降量無明顯變化時即可放水。

3 結束語

由于玻璃鋼儲罐具有諸多優(yōu)點，因此在油田行業(yè)具有廣泛的應用前景，并逐步朝向大型化發(fā)展[5]。通過設備的改進和技術的發(fā)展，實現(xiàn)了大中型儲罐的現(xiàn)場制作安裝；采用數控纏繞和機械噴涂技術解決了工期緊張、工程量大的難題，使工程如期竣工，受到建設單位和使用單位的好評，贏得了市場信譽。