大型金屬儲罐的制作與安裝技術(shù)分析

張松

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團有限公司，山西太原 030032）

伴隨著中國國企改革的進一步推進，各產(chǎn)業(yè)都將在長期范圍內(nèi)，作為中國經(jīng)濟發(fā)展的主要驅(qū)動力，新的生產(chǎn)儲罐科技形成后，也將作為適應(yīng)中國市場的主要后備動力。但是，因為生產(chǎn)企業(yè)風(fēng)險能較高，所以在開始生產(chǎn)大規(guī)模金屬儲罐時在設(shè)計，要充分考慮的特種性能。要充分考慮它可燃易爆炸的特性，并經(jīng)過對工藝技術(shù)方面的改善，再加以適當(dāng)?shù)墓に嚵鞒淘O(shè)計，使在生產(chǎn)出大規(guī)模金屬儲罐能增加原儲存量的時候，增加安全系數(shù)。

1 金屬儲罐的分類

按照屋頂構(gòu)造的不同儲罐主要包括固定屋頂、浮頂、內(nèi)浮屋頂三個型式。

（1）固定頂儲罐。固定頂儲罐是指罐壁尖端部與罐頂?shù)乃闹芾喂滔噙B的罐，構(gòu)造一般分成錐頂罐、拱頂罐、懸鏈?zhǔn)焦薜?，拱頂罐一般是自支承式拱頂，罐身形狀通常為圓柱形、罐頂構(gòu)造通常為球冠形，罐壁四面均承受一定負荷，對拱頂沒有支撐。構(gòu)造一般分成網(wǎng)殼拱頂和助殼拱頂兩個構(gòu)件，助殼拱頂罐拱頂球面的半徑通常是罐體口徑的一倍以下，拱頂鋼板和基礎(chǔ)筋厚大約為5mm 以下，通過連接的方法可以對灌頂板加以連接，因此助殼拱頂罐具有施工簡單、成本低的優(yōu)勢。網(wǎng)殼頂拱頂儲罐的基本構(gòu)造，一般是由網(wǎng)格狀空間桿件搭設(shè)系構(gòu)成的半球面網(wǎng)架構(gòu)成拱殼承受頂面處荷載，而網(wǎng)殼頂構(gòu)造分為三個部分構(gòu)成，依次是網(wǎng)狀殼、蒙皮、邊環(huán)梁。大型儲罐中通常采用的網(wǎng)殼構(gòu)造材質(zhì)為鋁合金材料，鋼網(wǎng)殼的比重往往過大，因此網(wǎng)殼頂構(gòu)造通常使用于特大型企業(yè)的拱頂儲罐和內(nèi)浮頂箱中。

（2）浮頂罐。由于罐壁內(nèi)罐頂罩隨著液體表面的溫度上升而沉降，罐頂部與罐內(nèi)壁構(gòu)成環(huán)形封閉空隙，以防止儲罐中的液體揮發(fā)損失，又叫做外浮頂。外浮頂通常都是在大容量儲罐中使用。外浮頂儲罐最常見的兩種型式就是單盤式、雙盤式，都具有各自的優(yōu)勢與缺陷。外浮頂?shù)膬?yōu)點就是穩(wěn)定性較好，承擔(dān)的溫度負荷比較大，也具有優(yōu)異的保溫特性，而缺陷就是生產(chǎn)成本比較高。

內(nèi)浮頂儲罐則是在拱頂內(nèi)設(shè)有浮頂而成。內(nèi)浮頂儲罐由于經(jīng)常存放飛機汽油、航空煤油等，因此使用的情況日益普遍。內(nèi)浮頂?shù)男问酱笾掠袖撝剖?、鋁合金式、非金屬式內(nèi)浮頂?shù)热?，如圖1 所示。

圖1 浮頂罐

2 安裝的工藝流程

立式圓筒設(shè)計構(gòu)造也是金屬材料儲罐最常采用的方法，包括內(nèi)拱頂金屬材料儲罐和外浮頂金屬材料儲罐。幾百到三萬立方米為內(nèi)拱頂金屬儲罐的工程設(shè)計容量，而10000~150000m3則是外浮頂金屬儲罐的工程設(shè)計容量，因此通常50000m3之上的外浮頂儲罐便是大型金屬儲罐。整個安裝過程中一定要遵循相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括檢驗基礎(chǔ)、檢驗配件、安置金屬罐、無損檢驗、熱處理總體、焊縫和除銹刷漆等安裝工作都是最重要的流程，而熱處理總體和焊縫則是難點最大和最為重要的程序。

3 金屬儲罐制作安裝技術(shù)要點

3.1 罐壁設(shè)計

一般來說，人們經(jīng)常會采用定工程設(shè)計點法和變工程設(shè)計點法來測算金屬材料儲罐壁厚，但對于與罐壁相鄰二圈護墻板的縱向接頭則該在保證300mm 間距的同時互相交錯，并采用連接的方法連接縱環(huán)焊縫，內(nèi)表面對齊，并確保下圈護壁板厚度超過上商圈壁板的厚。對罐壁端部來說需要設(shè)置適當(dāng)?shù)陌吔墙饘?，并通過全焊透連接結(jié)構(gòu)甚至是搭接結(jié)合的方法聯(lián)接包邊角金屬與罐壁之間。對包邊角金屬的連接焊縫則需要保證全焊透，并經(jīng)過估算來決定最后包邊角金的尺寸?？稍谘b置所在區(qū)域內(nèi)通過合理設(shè)定抗風(fēng)圈數(shù)量的方法來抵抗平均風(fēng)壓，以確保抗風(fēng)圈程度與標(biāo)準(zhǔn)金屬圈一致，并合理設(shè)定抗風(fēng)圈數(shù)量，如圖2 所示。

圖2 罐壁設(shè)計

在一般情況下，對于特大型金屬材料儲罐的罐壁厚薄一般采取定工程設(shè)計點法和變工程設(shè)計點法予以測算。金屬材料儲罐的口徑小于60m 以內(nèi)，一般采取定工程設(shè)計點法測算儲罐的罐壁厚薄，測算流程嚴(yán)謹遵守我國有關(guān)規(guī)范；金屬材料儲罐口徑大于60m 以上的，則一般采取變工程設(shè)計點法測算儲罐的罐壁厚薄，測算流程嚴(yán)謹也要遵循相應(yīng)的國家有關(guān)規(guī)范。金屬罐壁與相鄰兩個護墻板的縱向焊接方法要求相互的錯開，并保證300mm的間距，而縱環(huán)焊接方法一般采取對接的焊縫方法，以保證內(nèi)表面的相互平齊，并保證上商圈的護墻板厚薄等于下圈護墻板厚薄。罐壁的上部采取相應(yīng)的金屬材料包邊，在罐壁和包角上大部分采取全焊透金屬材料搭接結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)件型式，對包角上金屬材料的多少經(jīng)過了計量確認，并且包角上金屬材料的對接焊縫部位也必須全焊透。根據(jù)風(fēng)壓計量抵抗的方法，一般在裝置所在區(qū)域內(nèi)設(shè)置抗風(fēng)圈，抗風(fēng)圈的數(shù)量要選取恰當(dāng)，防風(fēng)圈與金屬圈的尺寸一致。

3.2 大型金屬儲罐地基夯實處理

地基加固工作展開的首要條件就是對工程需求進行明確，之后通過得出有關(guān)于地基建設(shè)的各種性能的有關(guān)參數(shù)或加固要求。那么，針對整個的設(shè)計工作過程而言大型金屬材料儲罐地面堅實處理方法大致有以下五點：①即是對整個工程開展勘察，并著重分析現(xiàn)場位置和周邊環(huán)境的變化情況，并在合理參考相鄰建筑后對地面處理的方法，以了解整體工程的基本規(guī)格、構(gòu)造原理及其必要性；②對在方案設(shè)計調(diào)研完畢以后，需要對整體方案設(shè)計的科學(xué)性、可行性及它是否可以滿足具體建筑條件加以分析，在經(jīng)過研討會的科學(xué)論證分析以后優(yōu)選出最優(yōu)設(shè)計方法，以提高整體設(shè)計工程質(zhì)量及其經(jīng)濟效益；③在選定施工處理方法以后，則必須按照設(shè)計方案和設(shè)計圖樣對砂墊板系統(tǒng)和網(wǎng)狀排水體系做出設(shè)計，并分別設(shè)定夯點能量、堅實深度、錘重、落距、堅實距離、夯擊數(shù)等工程建設(shè)的重要參數(shù)；④在設(shè)定基本參數(shù)以后，必須編制出工程建設(shè)所要求的規(guī)劃，并確定夯點方位和設(shè)定具體的施工說明；⑤需要對方法的可行性及其有關(guān)工程技術(shù)參數(shù)的合法性加以檢驗，并可以采用試夯的方法或分析檢驗測量資料的方法實現(xiàn)工程實驗?zāi)康?。在建筑地面管理中通過使用強夯法進行施工，不但可以降低施工的作業(yè)難度，同時保證了施工便利、方法使用成本比較低廉、在絕大多數(shù)的建筑環(huán)境和施工人員要求下均可以應(yīng)用，還可以達到較好的施工效率，從而提高了建筑品質(zhì)。而通過在各種金屬材料地基處理中廣泛應(yīng)用強夯法并研究總結(jié)有關(guān)經(jīng)驗、工藝技術(shù)，進而推動了金屬儲罐地基處理技術(shù)發(fā)展與提高。

3.3 預(yù)制

在制造過程中，要著重對罐底板與壁板的加工下料、斜坡部的切割和提前加工其他金屬結(jié)構(gòu)附件等任務(wù)，但上述任務(wù)大多集中在拉運、吊掛和電氣焊等多個環(huán)節(jié)內(nèi)同時進行。其中，在最初的拉運環(huán)節(jié)中會受很多因素的影響，使整體的拉運危險性大幅增加，主要的影響因素有駕駛員行車不規(guī)范、過重點車輛、捆扎不合格等方面，都會給整個拉運環(huán)節(jié)造成危害，不僅嚴(yán)重影響汽車和拉運物品的安全性，還威脅著駕駛?cè)藛T的生命安全。

3.4 墊板結(jié)構(gòu)及鋪設(shè)

通常，為了進一步避免由于儲罐底層焊縫緊縮流程中底層與墊木自由緊縮而導(dǎo)致焊縫變形的情況發(fā)生，可通過非焊縫接合結(jié)構(gòu)的方法對儲罐底層與對接接頭下部墊木實施焊接工藝。在墊木鋪設(shè)施工前就必須標(biāo)出兩個方向彼此垂直的中心點，而中心點的確認也必須先通過排版圖定位來確認，在中心點確認以后再按照排版圖定位對底層實行了劃線管理，進而為底板鋪設(shè)與墊木敷設(shè)工作的同步完成提供保證。但是在敷設(shè)墊木的整個過程中如果發(fā)生了緊縮就很非常容易造成墊木隆起，從而嚴(yán)重影響墊木鋪設(shè)施工品質(zhì)，因此必須采取在底層對縫部位留出緊縮縫的方法避免墊木壓縮變形。

3.5 罐底板焊接變形的控制

罐底層的焊縫質(zhì)量十分關(guān)鍵，將會直接對整個的大型金屬罐的品質(zhì)形成重大影響，而在焊接施工過程中又會受底層、焊縫、焊接設(shè)備、焊接技術(shù)等諸多因素的共同影響，極易出現(xiàn)底層焊縫變化情況出現(xiàn)，因此必須非常重視罐底層焊縫變化監(jiān)控工作。而在焊縫部位上來講，較為易發(fā)生變化的是罐底層邊沿與中幅板焊縫變化監(jiān)控，也即可通過帶墊木的連接形式對罐底層實施連接。同時，可以采取反變化措施的方法實現(xiàn)罐底層邊沿板焊縫變性監(jiān)控；或者采取先連接短焊縫，再連接長焊縫、先焊縫寬度相應(yīng)較長的板幅，然后再在焊長相應(yīng)較短的板幅的方法，加以遏制因為熱量輸入較大，而引起的焊縫變化較大的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展和民眾生活水平的提升，對當(dāng)前大型金屬儲罐工藝技術(shù)設(shè)計所起到的影響也愈來愈大，因此如何改善大型金屬儲罐制造工藝技術(shù)，以保障化工產(chǎn)品的安全性，就必須優(yōu)化既存金屬儲罐的工藝技術(shù)設(shè)計。本文針對目前中國大型金屬儲罐的工藝技術(shù)設(shè)計問題進行了系統(tǒng)分析，并根據(jù)不同的技術(shù)問題給出了具體的對策，期望能溝通過切實可行的技術(shù)建議，進一步提高中國大型金屬儲罐的工藝技術(shù)設(shè)計，從而提高中國化工制造安全和質(zhì)量管理水平。