大型低溫儲(chǔ)罐罐頂氣吹頂升施工新工藝

肖 然

(中石化第四建設(shè)有限公司，天津 300270)

大型低溫儲(chǔ)罐罐頂金屬結(jié)構(gòu)通常包括拱頂鋼結(jié)構(gòu)、吊頂結(jié)構(gòu)、罐頂配管附件等，總質(zhì)量約占罐體金屬總質(zhì)量的25%。罐頂施工是工程工期、質(zhì)量保障的核心環(huán)節(jié)。罐頂施工目前有正裝和倒裝兩種安裝方法。正裝施工一般適用于50 000 m3以下的低溫儲(chǔ)罐，該方法需設(shè)立中心柱，將罐頂骨架、吊頂、罐頂板等分片預(yù)制成形后，采用吊車對(duì)稱依次吊裝就位；正裝法安裝，作業(yè)均在高空進(jìn)行，需搭設(shè)大量腳手架，措施用料多、施工周期長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)大。倒裝施工適用于大型儲(chǔ)罐，該方法在罐底板上方將罐頂各部分結(jié)構(gòu)預(yù)制件組合成整體，采用機(jī)械抬升方式或氣吹頂升方式抬升至外罐壁頂部，與罐頂承壓環(huán)相連接；倒裝法安裝，作業(yè)面低、不需大型施工機(jī)械、安全風(fēng)險(xiǎn)小，目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。

罐頂氣吹頂升方式相比機(jī)械抬升方式，更適用于大容積儲(chǔ)罐的施工。該方式通過(guò)在金屬罐頂與外罐罐壁間采取措施，使之形成相對(duì)密閉空間，并向密封空間內(nèi)持續(xù)輸送空氣，使罐頂結(jié)構(gòu)從底部平穩(wěn)上升至罐頂承壓環(huán)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連接。國(guó)內(nèi)最初的LNG儲(chǔ)罐施工作業(yè)，氣吹頂升均執(zhí)行外方施工方案，其工藝方法復(fù)雜、措施用料多、施工周期長(zhǎng)。我公司是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行低溫儲(chǔ)罐施工的單位，多年的實(shí)踐中對(duì)氣吹頂升施工工藝(特別是平衡系統(tǒng)和密封系統(tǒng))不斷進(jìn)行優(yōu)化，大大減少了措施用料，縮短了施工周期，取得了很好的應(yīng)用效果。

1 工藝特點(diǎn)

1) 利用大型鼓風(fēng)機(jī)向罐頂與罐體組成的密閉空間內(nèi)持續(xù)送入空氣，當(dāng)空氣達(dá)到一定壓力時(shí)，在平衡裝置的控制下，罐頂沿外罐內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)上升。這種施工工藝最大的特點(diǎn)就是受罐頂直徑和質(zhì)量的影響小、罐頂頂升速度快、操作平穩(wěn)、成本低廉。

2) 本文所述的罐頂氣吹頂升施工新工藝，以平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)為改進(jìn)和優(yōu)化的重點(diǎn)，減少了很多配件及加工步驟，同時(shí)螺栓緊固作業(yè)也大幅減少，工藝更加合理，結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化且利于施工。

3) 氣吹頂升作業(yè)，因其采用平穩(wěn)施壓的方法使罐頂上升，因此罐頂?shù)臉?gòu)件不易因?yàn)榈跹b時(shí)受力不均而導(dǎo)致變形，而且較之機(jī)械吊裝方法，不僅可以大大節(jié)省吊裝時(shí)間(機(jī)械方式提升罐頂約需5 h，而氣吹頂升方法只需要約2 h即可將罐頂安裝就位)，還可以節(jié)省使用大型吊車等機(jī)械設(shè)備的費(fèi)用開(kāi)支。同時(shí)此項(xiàng)工藝還可以提高安全性。傳統(tǒng)的倒裝法和采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行吊裝的方法隨著罐頂直徑、質(zhì)量的增加在施工上受到很大的限制；而采用氣吹頂升工藝則不受以上因素的影響，反而儲(chǔ)罐直徑和質(zhì)量越大，其優(yōu)勢(shì)越明顯。

4) 容積50 000 m3以上、儲(chǔ)存各類介質(zhì)的低溫儲(chǔ)罐均適用于該施工工藝；儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)形式從全包容混凝土外罐結(jié)構(gòu)，到單容/全容雙金屬結(jié)構(gòu)儲(chǔ)罐，再到三層罐壁低溫罐，其罐頂氣吹頂升施工均可按照該施工工藝執(zhí)行。

2 工藝流程

氣吹頂升工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 氣吹頂升工藝流程

3 工藝優(yōu)化要點(diǎn)

3.1 平衡系統(tǒng)安裝改進(jìn)

平衡系統(tǒng)安裝程序如圖2所示。新舊平衡系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 新舊平衡系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)比

圖2 平衡系統(tǒng)安裝程序

3.1.1 原施工工藝

原施工工藝中平衡系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)在金屬罐頂上部安裝。平衡系統(tǒng)所用滑輪、支架數(shù)量多，鋼絲繩張拉困難，配重分配困難，鋼絲繩位置很容易與罐頂套管位置沖突，造成平衡控制力不均勻、安全系數(shù)低。

圖3 原施工工藝平衡系統(tǒng)

3.1.2 新施工工藝

新施工工藝中平衡系統(tǒng)(見(jiàn)圖4～圖6)在金屬罐頂下部安裝，一般可由24個(gè)T形平衡支架、24組導(dǎo)向滑輪組和24根鋼絲繩組成，且每組僅用1個(gè)滑輪。新工藝的平衡系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：無(wú)需支架，鋼絲繩張拉及固定簡(jiǎn)單，配重分配方便；易操作，鋼絲繩位置與罐頂套管位置可以及時(shí)調(diào)整；施工成本低；安全系數(shù)高。

圖4 新工藝T形平衡支架和導(dǎo)向滑輪組安裝示意

圖5 新工藝鋼絲繩系索架系統(tǒng)安裝示意

圖6 新施工工藝平衡系統(tǒng)

3.2 密封系統(tǒng)安裝改進(jìn)

密封系統(tǒng)通過(guò)密封裝置的有效設(shè)置，使罐頂金屬結(jié)構(gòu)與外罐壁之間形成相對(duì)封閉的空間，以保證密封空間內(nèi)氣體壓力的穩(wěn)定。其施工程序如圖7所示。

圖7 密封系統(tǒng)施工程序

3.2.1 原施工工藝

原施工工藝密封系統(tǒng)(見(jiàn)圖8和圖9)的一次密封焊接固定到拱頂上，二者之間采用螺栓連接；二次密封也是采用螺栓固定連接。原工藝密封系統(tǒng)的組成配件較多且繁雜，工序繁瑣；施工過(guò)程消耗人力、物力多，且不易倒運(yùn)；安全性差(螺栓緊固不到位，易脫落)。

圖8 原施工工藝密封系統(tǒng)的一次密封

圖9 原施工工藝密封系統(tǒng)的二次密封(防雨布)

3.2.2 新施工工藝

新施工工藝密封系統(tǒng)(見(jiàn)圖10～圖12)的一次密封通過(guò)卡碼、圓楔固定到拱頂上；二次密封也是采用卡碼、圓楔固定。新工藝密封系統(tǒng)的組成配件少且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工作業(yè)量小(密封結(jié)構(gòu)質(zhì)量較原施工工藝減少2/3)、周期短、工藝方法簡(jiǎn)練；施工過(guò)程人工消耗可較原施工工藝減少50%，倒運(yùn)方便。

圖10 新施工工藝密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

圖11 新施工工藝密封系統(tǒng)的一次密封

圖12 新施工工藝密封系統(tǒng)的二次密封(鋁箔玻璃布)

新舊密封系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 新舊密封系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)比

3.3 鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)安裝

鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是為罐頂上升提供動(dòng)力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)、出氣量達(dá)到控制罐頂上升速度快慢的目的。其安裝的主要步驟見(jiàn)圖13。

圖13 鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)安裝主要步驟

3.4 測(cè)量系統(tǒng)

測(cè)量系統(tǒng)是對(duì)罐頂氣吹頂升全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)，包括罐內(nèi)壓力檢測(cè)、上升高度檢測(cè)和罐頂位移量的檢測(cè)等。其主要通過(guò)檢測(cè)罐頂上升高度計(jì)算出上升速度，進(jìn)而達(dá)到控制鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、確保罐頂氣吹頂升在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成的目的。

4 主要安全措施

氣吹頂升施工新工藝的主要安全措施包括：

1) 氣吹頂升工具箱要穩(wěn)固，防止工具墜落。

2) 2名以上專業(yè)電氣人員操作發(fā)電機(jī)，檢查接地電阻。

3) 在預(yù)氣吹頂升鼓風(fēng)機(jī)剛剛開(kāi)啟時(shí)，按規(guī)定人數(shù)進(jìn)罐檢查罐內(nèi)密封和平衡系統(tǒng)，罐外人員做好監(jiān)護(hù)工作。

4) 氣吹頂升作業(yè)過(guò)程中，要防止作業(yè)面上任何物體墜落到拱頂上，以避免密封破壞或卡住。

5) 氣吹頂升作業(yè)過(guò)程中，頂部人員要遠(yuǎn)離T形平衡支架和平衡鋼絲繩固定點(diǎn)。

6) 嚴(yán)格控制罐頂上的人數(shù)，如有作業(yè)需要超出規(guī)定人數(shù)，實(shí)行替換上下。

7) 應(yīng)對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全培訓(xùn)；作業(yè)人員應(yīng)熟知崗位操作要點(diǎn)和安全撤離通道；無(wú)關(guān)人員不得進(jìn)入作業(yè)區(qū)。

8) 保證通訊設(shè)備的正常運(yùn)行；應(yīng)急預(yù)案完善并經(jīng)演練。

5 環(huán)保措施

氣吹頂升施工新工藝的環(huán)保措施包括：

1) 做好施工用發(fā)電機(jī)柴油燃料用量測(cè)算，保證油桶和供油管線等嚴(yán)密性良好，杜絕泄漏污染環(huán)境。

2) 施工用發(fā)電機(jī)均采用集裝箱式電站，減少噪音污染，同時(shí)便于設(shè)備在惡劣天氣條件下正常運(yùn)行。

3) 嚴(yán)格限制作業(yè)范圍，做到布局合理，標(biāo)識(shí)清晰。

4) 對(duì)風(fēng)機(jī)和臨時(shí)電站等施工場(chǎng)地進(jìn)行硬化處理，經(jīng)常對(duì)臨時(shí)道路進(jìn)行灑水降塵處理，防止污染周邊環(huán)境。

5) 儲(chǔ)罐氣吹頂升完成后，拆除的密封材料、塑料、鐵皮、膠帶等要集中存放，回收處理，嚴(yán)禁隨意丟棄。

6 應(yīng)用實(shí)例與效益分析

本文所述氣吹頂升施工新工藝，從儲(chǔ)罐頂升平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝等方面進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，其中的平衡系統(tǒng)、密封系統(tǒng)零部件制備及安裝周期大大縮短，同時(shí)施工措施用料也大幅減少；氣吹頂升完成后，工裝拆卸容易而且可以重復(fù)利用，為施工帶來(lái)很大便利。

該工藝已在10多臺(tái)100 000 m3以上低溫儲(chǔ)罐施工中得到應(yīng)用，單臺(tái)儲(chǔ)罐施工措施用料較原施工工藝節(jié)省一半以上，頂升作業(yè)周期縮短近2個(gè)月，且工裝可以重復(fù)利用，取得了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。