馬來(lái)西亞項(xiàng)目大型子彈罐運(yùn)輸和安裝施工技術(shù)

馬根

中國(guó)石油管道局工程有限公司第三工程分公司

子彈罐是目前大型煉化廠常用的液化烴存儲(chǔ)設(shè)備，這種覆土式儲(chǔ)罐[1]（Mounded Storage Tank）外形通常是像子彈一樣的長(zhǎng)圓筒形狀，因此被形象地稱為子彈罐。子彈罐全部覆蓋在砂層下，既可以有效防止內(nèi)部膨脹蒸汽爆炸的危險(xiǎn)，也可以隔離外界熱源、爆炸等突發(fā)危險(xiǎn)。由于子彈罐縮小了罐群與周邊設(shè)施的安全距離，因此具有減少占地面積的優(yōu)點(diǎn)。子彈罐儲(chǔ)量大，多個(gè)子彈罐同時(shí)使用可以取代球罐群，因此被廣泛應(yīng)用于液化烴的大量存儲(chǔ)，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。但由于子彈罐屬非常規(guī)、大尺寸、超重設(shè)備，其運(yùn)輸和安裝就位難度大，需要在施工中制定專項(xiàng)施工方案。

在早期的子彈罐施工中，通常采用兩臺(tái)吊車協(xié)同吊裝，這種方式施工周期長(zhǎng)、精度低、費(fèi)用高、吊裝風(fēng)險(xiǎn)大。2016 年，潘伍覃等人申請(qǐng)了一種大型覆土子彈罐滑移就位方法[2]的專利。2019年，劉明輝等人總結(jié)加納TEMA罐區(qū)項(xiàng)目LPG子彈罐安裝的就位經(jīng)驗(yàn)，提出了大型LPG子彈罐的滑移就位施工方法[3]?；凭臀环A(yù)先在基礎(chǔ)底板敷設(shè)2 條鋼軌，采用整體滑移的方法使子彈罐就位，這種方法對(duì)設(shè)備要求低，現(xiàn)場(chǎng)制作裝備周期長(zhǎng)，一般適用于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制、組焊的罐體安裝，不適用于工廠制作整體交付運(yùn)輸?shù)淖訌椆薨惭b。

經(jīng)過調(diào)研論證，馬來(lái)西亞社會(huì)依托較好，有成熟的設(shè)備運(yùn)輸分包商，租賃自行式模塊運(yùn)輸車[4]（以下簡(jiǎn)稱SPMT）進(jìn)行運(yùn)輸和安裝能夠提高工作效率，減少工期。RAPID P30A 項(xiàng)目采用SPMT 完成了4臺(tái)3 000 m3子彈罐運(yùn)輸和安裝施工（圖1）。

圖1 子彈罐安裝Fig.1 Bullet tank installation

1 SPMT選型

1.1 SPMT運(yùn)輸總質(zhì)量計(jì)算

SPMT 運(yùn)輸總質(zhì)量包括子彈罐質(zhì)量、模塊運(yùn)輸車車身質(zhì)量、運(yùn)輸車動(dòng)力頭質(zhì)量、轉(zhuǎn)盤及鞍座等輔助鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量。根據(jù)子彈罐設(shè)計(jì)文件和運(yùn)輸分包商提供的模塊運(yùn)輸車參數(shù)，質(zhì)量計(jì)算表格如表1所示。

表1 運(yùn)輸質(zhì)量計(jì)算Tab.1 Calculation of transportation weight

1.2 風(fēng)載荷

1.2.1 風(fēng)壓計(jì)算

根據(jù)ASCE/SEI 7—10 美國(guó)建筑物和其他結(jié)構(gòu)的最小設(shè)計(jì)載荷規(guī)范[5]，風(fēng)壓公式為

式中：qz為風(fēng)壓，N/m；Kz為速度壓力曝露系數(shù)，無(wú)量綱；Kzt為定義的地形系數(shù)，無(wú)量綱；Kd為風(fēng)向系數(shù)，無(wú)量綱；V為基本風(fēng)速，m/s。

常數(shù)項(xiàng)0.613 為標(biāo)準(zhǔn)大氣下的空氣質(zhì)量密度，即當(dāng)海平面氣壓為101.325 kPa。溫度為15 ℃時(shí)的常數(shù)為0.613。其中需要注意的是國(guó)內(nèi)常用標(biāo)準(zhǔn)GB 50009《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[6]中風(fēng)壓計(jì)算常數(shù)折算后為0.625，美標(biāo)中風(fēng)壓計(jì)算常數(shù)與國(guó)標(biāo)略有差異，但差異不大[7]。國(guó)外施工中通常選用美標(biāo)進(jìn)行風(fēng)壓計(jì)算，便于業(yè)主和監(jiān)理理解。

大型設(shè)備運(yùn)輸時(shí)，一般要求風(fēng)速為蒲福風(fēng)級(jí)最大5 級(jí)（21 節(jié)或10.81 m/s），因此本算例中選擇基本風(fēng)速V=10.81 m/s。由于會(huì)根據(jù)天氣預(yù)報(bào)提前選定合適的天氣進(jìn)行運(yùn)輸，提前規(guī)劃好通行路線，因此在沒有特殊影響因素下，速度壓力曝露系數(shù)、定義的地形系數(shù)、風(fēng)向系數(shù)都取1。

因此風(fēng)壓qz=0.613×1×1×1×10.812≈71.633（N/m2）

1.2.2 迎風(fēng)面面積計(jì)算

縱向迎風(fēng)面面積與模塊運(yùn)輸車裝載子彈罐后的高度和寬度有關(guān)，計(jì)算表格如表2所示。

表2 縱向迎風(fēng)面面積計(jì)算Tab.2 Calculation of longitudinal windward area

1.2.3 計(jì)算公式

風(fēng)載荷根據(jù)運(yùn)輸分包商經(jīng)驗(yàn)公式，縱向風(fēng)力系數(shù)()Cfl取2，因此風(fēng)載荷公式為

1.3 牽引力計(jì)算

驅(qū)動(dòng)力計(jì)算[8]按整車在2%坡道上，以坡道靜態(tài)起步和坡道行駛情況來(lái)進(jìn)行分析。

坡道靜態(tài)起步驅(qū)動(dòng)力計(jì)算式：

坡道行駛驅(qū)動(dòng)力計(jì)算式：

式中：FΦ為靜態(tài)起步阻力，F(xiàn)Φ=Φ×G×g，靜態(tài)起步阻力系數(shù)Φ取0.04；g為重力加速度，m/s2；Fi為坡度阻力[9]，F(xiàn)i=i×G×g，坡度阻力系數(shù)i取0.02；Ff為滾動(dòng)阻力，F(xiàn)f=f×G×g，滾動(dòng)阻力系數(shù)f取0.025。

已知SPMT運(yùn)輸總質(zhì)量G為948 t，在坡度系數(shù)為2%時(shí)，經(jīng)計(jì)算：坡道靜態(tài)起步時(shí)，列車所需的牽引力Fts為

坡道行駛時(shí)，列車所需的牽引力Ftd為

在以上工況下，運(yùn)輸車所需最大牽引力為

因此牽引車的最大輸出牽引力573 618.789 N，能夠正常牽引行駛（驅(qū)動(dòng)輪不打滑）。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，運(yùn)輸分包商選用48 軸的SPMT，采用單車為12 軸的SPMT 進(jìn)行組裝，前后四車雙排布置，牽引力為192 kN。

通過表3的計(jì)算，可知所需最大牽引力小于可用牽引力，牽引力利用率59.752%，小于臨界值的80%，因此SPMT的牽引力滿足安全運(yùn)輸要求。

表3 牽引力利用率Tab.3 Utilization rate of tractive force

2 SPMT運(yùn)輸和安裝實(shí)例

2.1 布車

再次確認(rèn)SPMT運(yùn)輸能力。用起重機(jī)將轉(zhuǎn)盤裝載到SPMT 上并鎖定到SPMT 車身上。

根據(jù)生產(chǎn)單位和設(shè)計(jì)單位提供子彈罐最終質(zhì)量參數(shù)表和重心位置分布圖（圖2），計(jì)算鞍座固定位置，把鞍座固定在子彈罐上。

圖2 重心位置Fig.2 Center of gravity position

裝載好轉(zhuǎn)盤的SPMT行駛到子彈罐結(jié)構(gòu)下方的位置后，SPMT 將緩慢升起，直到與子彈罐鞍座接觸。

鞍座焊接在轉(zhuǎn)盤頂部以固定子彈罐。

液壓系統(tǒng)以大約50 bar的增量緩慢升高，直到達(dá)到合適的運(yùn)輸高度。升降過程中檢查液壓升降系統(tǒng)的同步性和穩(wěn)定性，出現(xiàn)任何情況緊急制動(dòng)。各壓力表中顯示的壓力差不得超過8%。

2.2 路線準(zhǔn)備

子彈罐進(jìn)場(chǎng)路線要清理干凈，有足夠的空間，沒有尖銳的物體。不平整的地面要平整，地基強(qiáng)度不足的地方需要壓實(shí)，必要時(shí)用鋼板覆蓋。

提前規(guī)劃好運(yùn)輸路線，利用計(jì)算機(jī)軟件模擬SPMT在道路上行駛的通過性（圖3），任何需要改造、擴(kuò)建、壓實(shí)的地方都須提前完成。

圖3 路徑通過性模擬Fig.3 Simulation of path passability

向業(yè)主提前申請(qǐng)路權(quán)，獲得相應(yīng)的許可，確保在運(yùn)輸時(shí)沒有道路施工和障礙物，并且在實(shí)施之前提前通知所有相關(guān)方。

監(jiān)測(cè)運(yùn)輸前一周和后一周每日天氣預(yù)報(bào)。一般運(yùn)輸環(huán)境限制如下：

（1）風(fēng)速。蒲福風(fēng)級(jí)最大5 級(jí)（21 節(jié)或10.81 m/s）。注：1 節(jié)=1 海里/h=1 852/3 600 m/s=0.514 4 m/s。

（2）能見度。100 m。

（3）溫度。-5 ℃，最低至40 ℃。

（4）地面。良好的承載力[10]（水泥/瀝青/壓實(shí)礫石或等效物）。

2.3 運(yùn)輸

所有參與運(yùn)輸?shù)娜藛T進(jìn)行工作前安全分析（JSA），正確使用個(gè)人防護(hù)設(shè)備，SPMT上配備滅火器。與業(yè)主和監(jiān)理共同召開大件運(yùn)輸專項(xiàng)會(huì)議，討論運(yùn)輸計(jì)劃中所有細(xì)節(jié)，包括運(yùn)輸配置、路線、護(hù)送計(jì)劃、交通控制、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備等，全部合格后方能實(shí)施。在引導(dǎo)員的指揮下，SPMT 沿著計(jì)劃道路行進(jìn)（圖4），持續(xù)監(jiān)控SPMT的速度以適應(yīng)不同的路況，一般行進(jìn)速度不超過1 kg/h。

圖4 子彈罐運(yùn)輸Fig.4 Transportation of bullet tank

2.4 安裝

外混凝土環(huán)墻施工時(shí)對(duì)SPMT 行駛車道兩側(cè)的環(huán)墻進(jìn)行預(yù)留，南北側(cè)環(huán)墻各預(yù)留10 m及9 m通道（圖5）。到達(dá)安裝地點(diǎn)后，運(yùn)載子彈罐的SPMT 應(yīng)與沙床縱向?qū)R。兩個(gè)運(yùn)輸鞍座下方的SPMT組在轉(zhuǎn)盤下方旋轉(zhuǎn)90°（圖6）。旋轉(zhuǎn)區(qū)域的地面應(yīng)壓實(shí)、平整、平整，無(wú)障礙物。在旋轉(zhuǎn)區(qū)域準(zhǔn)備鋼板，如果下雨，能夠提供足夠的支撐。

圖5 環(huán)墻預(yù)留空隙Fig.5 Reserved gap in the ring wall

圖6 SPMT旋轉(zhuǎn)90°Fig.6 Rotating 90°of SPMT

前部和后部?jī)山MSPMT旋轉(zhuǎn)90°后，就可以通過預(yù)留的環(huán)墻空隙行駛到沙床內(nèi)。

子彈罐橫向移動(dòng)到它在基礎(chǔ)環(huán)墻內(nèi)的位置。SPMT 車體根據(jù)行車邊界調(diào)整罐體軸線位置，緩慢行進(jìn)至沙袋上方；在罐體兩端布置線墜，根據(jù)罐體邊線基準(zhǔn)線調(diào)整垂直位置，中心線、水平度、垂直度等符合設(shè)計(jì)要求后就位于沙袋上方。SPMT 在調(diào)整過程中可前后左右自由行進(jìn)，精度控制在3 cm以內(nèi)。

將子彈罐安全放置在沙床上的沙袋上后，拆除鞍座和轉(zhuǎn)盤之間的固定擋板，把SPMT和轉(zhuǎn)盤從子彈罐分離。

SPMT 繼續(xù)降低，與鞍座產(chǎn)生足夠的間隙（例如25 mm），然后SPMT 從混凝土基礎(chǔ)環(huán)墻中撤出。運(yùn)輸鞍座仍然固定在子彈罐上。

SPMT 完全撤出后，轉(zhuǎn)盤就可以從SPMT 上移除，并替換為調(diào)整頂標(biāo)高所需使用的橫梁和木材等支撐梁。

SPMT 安裝支撐梁后，重新移回子彈罐鞍座下方，通過液壓系統(tǒng)將罐體頂起，移除沙床上的沙袋。

去除沙床上的沙袋后，使用SPMT 液壓系統(tǒng)將子彈罐緩慢降低到沙床上。在此階段持續(xù)監(jiān)測(cè)液壓。

SPMT 繼續(xù)下降，在就位過程中不斷測(cè)量子彈罐標(biāo)高、坡度、軸線位置、垂直度等。最終調(diào)整完成后各項(xiàng)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，將子彈罐落于沙床上，完成罐體最終就位。

子彈罐就位以后，按照?qǐng)D紙要求回填砂層，密實(shí)度應(yīng)達(dá)到95%。

3 結(jié)論

馬來(lái)西亞項(xiàng)目采用SPMT 大型子彈罐運(yùn)輸和安裝施工技術(shù)，4 臺(tái)丁二烯子彈罐運(yùn)輸和安裝僅用4天完成，縮短了施工工期15天，并且SPMT的撤場(chǎng)速度也比固定液壓滑移裝置快；SPMT 運(yùn)輸車載荷分析對(duì)于運(yùn)輸安全非常重要，SPMT 的牽引力必須滿足安全運(yùn)輸要求，并且最好保證牽引力利用率小于80%；路徑模擬對(duì)于運(yùn)輸安全的保證非常重要，通過計(jì)算機(jī)仿真模擬可以驗(yàn)證SPMT 在計(jì)劃道路上的通過性，對(duì)于模擬過程中不滿足通行要求的轉(zhuǎn)角處，及時(shí)擴(kuò)建、改造、壓實(shí)或合理調(diào)整運(yùn)輸路線；SPMT 大型子彈罐運(yùn)輸和安裝施工技術(shù)不僅需要考慮項(xiàng)目所在國(guó)設(shè)備租賃的易得性，同時(shí)要考慮運(yùn)輸分包商的綜合素質(zhì)，因此推薦在社會(huì)依托較好的國(guó)家采用這種施工方法，在非洲等不發(fā)達(dá)地區(qū)暫時(shí)不推薦這種施工方法。SPMT 在馬來(lái)西亞RAPID 項(xiàng)目大型子彈罐運(yùn)輸和安裝就位的成功應(yīng)用，為大型臥式容器的安裝提供了新的施工方法，在工期、成本、質(zhì)量、安全等方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，為今后大件運(yùn)輸施工提供了良好的實(shí)踐。