大型球罐組裝

張志剛

摘要：大型球罐正在廣泛地應用于燃氣行業，本文以10000m3天然氣球罐組裝為例，從提高組裝效率方面著手，介紹了大型球罐組裝的工藝。

關鍵詞：球罐；組裝；腳手架

前言

球形儲罐作為一種儲存壓力容器，在燃氣行業得到了廣泛應用。由于球罐體積、直徑較大，不能整體運輸，所以必須在制造廠壓制球片，加工制造支柱、組焊接管等部件，然后運到使用現場進行組裝焊接。因此，球罐的現場組裝就成為球罐建造過程中一個十分重要的環節。

球罐的組裝工作在整個建造工程中占很大的比例，組裝質量的好壞直接影響到該球罐其后工序的建造質量。近年來球罐球殼板供貨能力與壓制水平的大幅提高，伴隨著材料、焊接、制造、施工安裝技術的不斷提高，球罐在不斷向大型化方向發展，整體組裝法在大型球罐的組裝中得到了廣泛的應用。

本文將通過我公司所承擔的廣蚰南沙經濟技術開發區某燃氣公司10000m3天然氣球罐建造實例，介紹大型球罐采用整體組裝法的組裝技術。

球罐組裝原理及整體組裝法

球罐一般由球殼板、支柱、拉桿、人孔、接管等部件組成。球殼是球罐的主體，球罐由多塊壓制成球面的球殼組焊而成。我公司所施工的10000m3球罐屬五帶混合式結構，14個支柱，球罐內徑26800mm，罐體總高為28400mm。其特點是球罐的赤道帶、上溫帶、下溫帶的球殼(每帶28塊)按桔瓣分割，上、下極帶按足球瓣分割(每帶7塊)，五帶拼裝成球體。

球罐安裝是將支柱坐落在球罐基礎上并以此為支撐，在空中將球殼用工卡具組裝為一體，并依序進行其后的焊接和檢驗等工作，最終交付使用。因球罐組裝全部為高空作業，必須借助干操作腳手架來完成每塊殼板之間的連接。

整體組裝法指在球罐的基礎上把球殼板用工卡具逐一組裝成球，而后一并焊接的方法。它的安裝工程可大致分為二個階段，組裝階段和焊接階段。這種方法有利于球體定位，穩定性好，還可節約大量的安裝輔助材料，由于生產專業性強，給生產管理和生產速度的提高帶來很大優勢，尤其是對大型球罐的安裝。

整體組裝法一般有二種形式

(1)單片組裝法又稱散裝法，即把單張球瓣逐一組裝成型的方法。這種方法由于單片組裝，故不需要很大起吊能力的機具和安裝場地，準備工作量小，組裝速度快，且球體的組裝精度易于保證，組裝應力小。

單片組裝法由于散裝的特點，它的高空作業量較多，要求全位置焊接的技術也較為嚴格，焊工操作勞動強度大，對球瓣的幾何尺寸及形狀要求也高，且需相當數量的工夾具。

隨著球罐專用材料的出現(寬長板材的出現)球罐的單張球瓣就有相當面積和重量，這樣單片組裝法對各種球罐的組裝，特別是大型球罐的組裝顯得尤為優越。

(2)拼大片組裝法是在胎具上把已預裝編號后的各帶板中，把相鄰的二張或更多的球瓣拼接成較大的一組合瓣(視單張球瓣的大小，以及起吊能力而定)，然后吊裝各組合瓣成球。

拼大片組裝法由于部分球瓣在地面進行組焊，故可采用各種不同的自動焊接手段進行焊接，大大提高這部分縱縫的焊接質量，并減少了部分高空作業量和工夾具的數量。當然，需要相應提高起重的能力。這種方法對于單張球瓣不大的球罐組裝是加快工程進度，提高質量的一種途徑。通常應用在較小容積球罐的安裝上。

施工方法與操作要點

3.1支柱基礎準備

為保證球罐本體的安裝質量，球罐安裝前要求對基礎的各部位尺寸進行實際測量，包括基礎中心圓直徑、基礎方位、相鄰支柱基礎中心距、地腳螺栓中心與基礎圓間距、支柱基礎上表面標高、單個基礎上表面平面度。測量合格后進行找平墊鐵的安放。

3.2球罐零部件復驗

球瓣的曲率及外形尺寸的好壞，會直接影響球罐的安裝質量和施工進度。所以，在安裝之前對球瓣的曲率及尺寸精度必須嚴格檢查。球瓣檢查應在胎具上進行。

3.3殼板定位塊及吊點的布置和焊接

根據球罐組裝和施工作業的需要，要在球殼板上焊上一些必要的臨時焊件，包括組裝用定位塊、吊耳、掛鼻等。所有臨時焊件均在地面焊接完成，盡量減少高空作業的工作量，給安裝工作提供便利條件。定位塊設置于殼板內表面，其間距視殼板厚度及幾何尺寸而定，大約在800～1000mm之間。在赤道帶板的赤道線與殼板坡口相交處焊上定位檔鐵，用以保證球罐組裝時球殼赤道線在同一平面上。帶支柱赤道帶板的定位檔鐵焊于赤道線下緣并露出板面20mm左右，不帶支柱赤道帶板的定位檔鐵焊于赤道線上緣，與殼板坡口面平齊。吊耳的布置根據吊裝要求，吊耳位置的選擇要滿足殼板吊起后，在空中具備與殼板就位時相同的傾斜角度。

3.4上支柱與下支柱的組焊

支柱與赤道帶板的組對必須在鋼制平臺上進行，支柱通常分兩段，上段支柱與赤道帶板的組焊工作在制造廠已經完成，安裝前需要在平臺上將下段支柱與上段支柱組焊為一體，根據赤道帶板的幾何尺寸在鋼制平臺上焊上定位檔塊，將帶支柱赤道帶板凹面向下放置干檔塊內，之后連接下段支柱，并用水準儀檢查上下段支柱的標高，隨時用設于下段支柱下部的千斤頂調整，同時檢查支柱與赤道帶板軸線的平行度、支柱直線度、長度，合格后進行支柱焊接。

3.5操作腳手架形式

球罐的內腳手架通常為傘形腳手架、滿堂腳手架和三角腳手架幾種形式。

滿堂腳手架主要采用鋼管桿件和扣件連接結構，具有工作可靠和適應性強等優點。由于球罐檢測需要，腳手架必須反復搭拆，這種結構對于大型球罐而言，工作量繁重，影響工效。

傘形腳手架是借助于組裝用的中心柱架設的一種設施，是由中心柱、多層三角形架和跳板組成。在大型球罐上的應用弊端與滿堂腳手架相同，而且，由于高度原因，中心柱的抗彎曲穩定性較差，存在作業安全隱患。

三角腳手架是由三角托架，掛鼻，鋼跳板等組成。三角托架一般采用角鋼制作，由水平桿、支撐桿和固定桿構成一個三角形框架。球罐組裝前，將三角托架固定桿端部固定在球殼掛鼻上，并在其水平桿上綁固鋼跳板，作為操作平臺。

三角腳手架由于支撐結構的因素，水平桿長有一定限制，通常使用在仰角不大的工作面，一般設于赤道帶內、外壁，在上半球設于外壁，下半球設于內壁。三角腳手架裝設比較靈活，可重復利用，不受球罐規格影響。

3.6操作腳手架設計

搭設腳手架是球罐組焊過程一項必要的設施，它是從安裝、焊接到檢驗全部工程高空作業時工作人員的主要工作平臺。腳手架搭設合理與否對作業條件，安全生產，建設速度有密切關系。

根據10000m3球罐的具體情況，本著安全施工、縮短安裝周期、節約材料的思想，擬定

組裝方式和操作架具的結構。

為了方便球罐的組裝操作，球罐赤道帶板及以下各帶殼板的組裝采用在罐內側作業的方法，球罐赤道帶板以上各帶殼板的組裝采用在罐外側作業的方法。據此，赤道帶板及其下部殼板的定位塊設置于球殼內部，赤道帶上環縫及以上殼板的定位塊設置于球殼的外部。

組裝操作用腳手架大部分采用三角腳手架形式。三角托架采用角鋼制作，預先固定在殼板所設的掛鼻上，并在層間鋪設鋼跳板作為操作平臺。

結合各帶殼板的尺寸和安裝位置，赤道帶板內側由上至下設5層掛架，外側上部設1層掛架，帶支柱赤道帶板每層布置2個掛鼻，不帶支柱赤道帶板每層布置1個掛鼻；上下溫帶板各設4層掛架，上溫帶板的掛鼻布置在球殼外側，下溫帶板的掛鼻布置在球殼內部，每塊板每層各設1個掛鼻；下極帶邊板內側設1層掛架，每塊板設5個掛鼻。

球罐罐內上部由于角度過于傾斜的原因，赤道帶板上環縫以上部位，若設置三角托架，存在臂長過大，穩定性不好的缺點，為滿足罐內上部施工作業要求，僅在此部位設置雙層傘形腳手架。根據具體尺寸，預先在地面制作可拆卸的雙層傘形腳手架，在球罐殼板組裝完成后，將傘形腳手架材料輸送至罐內，在罐底進行螺栓連接安裝，并鋪設跳板，然后從球罐上極板人孔處提升，到達預定位置后，把上端的橫杠固定在上人孔上，完成球罐內腳手架的安裝。外防護棚在球罐吊裝完成后組立，采用單排結構鋼管扣件連接，防護棚采用地面預制成片，分片吊裝，并在上部外側已有腳手架的基礎上，綁扎下部腳手架，然后鋪設鋼跳板。完成后在外部用瓦棱鐵皮覆蓋，要求達到防火、防風、防雨，滿足焊接及無損檢驗的要求。

3、7球殼板的組裝過程

吊裝順序如下：

赤道帶板—下溫帶板—下極帶側板—下極帶邊板—上溫帶板—上極帶側板上極帶邊板—上極帶中板—下極帶中板

吊裝前，在地面上將三角托架安裝在設置于每塊球殼板的掛鼻上，并在帶支柱赤道帶板、下溫帶板和下極帶邊板內側和上溫帶板外側的掛鼻上、鋪設跳板并綁扎牢固，之后進行殼板的吊裝。

首先吊起一塊帶支柱赤道帶板就位于球罐基礎上，吊起另一塊帶支柱赤道帶板就位于相鄰基礎上，之后吊起一塊不帶支柱赤道帶板(不帶跳板)，插入兩塊已就位的球殼板之間，操作人員通過爬梯到達帶支柱赤道帶板的各層操作平臺，通過卡具固定赤道帶板，然后向不帶支柱赤道帶板上的三角托架上鋪設連接跳板，閉合操作平臺，同樣方法直至完成赤道帶板的吊裝。

為減少高空作業工作量，預先在地面將每兩塊溫帶板連接部位調整點焊為一體，進行吊裝就位。先安裝一塊下溫帶板，就位后進行相鄰溫帶板的安裝，依次完成除下極帶中板以外的下部各板的吊裝。為施工操作方便，下極帶中板暫不安裝，待球罐其余焊縫焊接及檢驗完成后，進行安裝組焊。

下部殼板安裝完畢后，操作人員從罐內赤道帶板上端安裝赤道帶上環縫下外部掛架并搭設跳板和圍欄，進行上溫帶板的吊裝時，操作人員從罐外利用赤道帶板和上溫帶板的外側掛架形成的平臺上完成上溫帶各板的組裝工作。采用同樣方法，完成上極帶各板的吊裝。

3.8組裝后球罐的調整

殼板吊裝完成后，還要進行必要的調整，方能達到后續工序的要求。包括支柱的徑向和周向垂直度、球罐的橢圓度、焊縫的對口間隙、錯邊量、棱角度等。通過調整，須保證在球罐焊接前各部位組裝質量滿足允差要求。

3.9本組裝工藝的特點

因為10000m3球罐體積較大，若采用其他形式的腳手架，罐內的腳手架使用材料量大，綁扎作業時間長，在搭設過程中頻繁的高空作業，會給施工帶來不安壘因素，重要的是，目前球罐檢測采用的一次曝光法Y射線探傷，需要球罐內部拆除架具，必要的焊縫返工時又要重新搭設內腳手架，工作量很大。采用本組裝工藝時，將各層三角腳手架由上至下依序拆除，保留掛鼻，然后將上部的雙層傘形腳手架落至罐內底部拆除，射線檢測后，根據需返修焊縫的部位，安設三角腳手架和傘形腳手架，進行焊縫的修復和檢測。待所有焊接部位檢測合格后，從上至下逐層切除掛鼻，隨即對切割部位進行打磨處理并完成表面的無損檢測工作。

結語

大型球罐整體組裝法的關鍵點在于選用架具的搭設形式，采用上述三角腳手架及傘形腳手架的方法有效的避免了大量的高空綁扎作業，降低了高空作業安全風險，減小了工人的勞動強度，提高了工作效率；架具型式簡便實用，減少了施工材料的占用，降低了工程成本。