大型儲(chǔ)罐倒裝法施工液壓提升原理及應(yīng)用

楊建強(qiáng)

(新疆石油建設(shè)有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

大型儲(chǔ)罐倒裝法施工液壓提升原理及應(yīng)用

楊建強(qiáng)

(新疆石油建設(shè)有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

大型儲(chǔ)罐倒裝法液壓提升理論是大型儲(chǔ)罐倒裝法施工技術(shù)的關(guān)鍵。通過(guò)總結(jié)，提出了液壓提升穩(wěn)定分析、同步分析、控制分析、系統(tǒng)安全分析四項(xiàng)儲(chǔ)罐液壓提升理論，并據(jù)此設(shè)計(jì)出儲(chǔ)罐倒裝法施工的液壓提升系統(tǒng)，保證了大型儲(chǔ)罐倒裝法施工技術(shù)的發(fā)展。該理論中系統(tǒng)安全分析對(duì)儲(chǔ)罐的倒裝法施工具有一定的指導(dǎo)意義。

儲(chǔ)罐；倒裝；提升

0 前言

大型儲(chǔ)罐倒裝法施工相比于傳統(tǒng)工藝正裝法施工，施工作業(yè)面從空中改為地面，安全性好，施工工效高，質(zhì)量易于控制，是眾多施工單位嘗試的目標(biāo)。但對(duì)大型儲(chǔ)罐倒裝法施工的提升、提升過(guò)程的抗風(fēng)載荷等問(wèn)題又無(wú)力解決，因此還沒(méi)有施工單位組織實(shí)施。

2002年，新疆石油建設(shè)有限公司開始研究50000m3外浮頂儲(chǔ)罐倒裝法施工工藝。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，總結(jié)提出了液壓提升穩(wěn)定分析、同步分析、控制分析、系統(tǒng)安全分析四項(xiàng)儲(chǔ)罐液壓提升理論，并據(jù)此設(shè)計(jì)出儲(chǔ)罐倒裝法施工的液壓提升系統(tǒng)；并針對(duì)儲(chǔ)罐液壓提升設(shè)計(jì)了防滑落保險(xiǎn)裝置；分析儲(chǔ)罐提升過(guò)程中的風(fēng)載荷；對(duì)儲(chǔ)罐倒裝法施工關(guān)鍵工序逐項(xiàng)的分析計(jì)算。2005年，新疆石油建設(shè)有限公司在中哈管道工程阿拉山口首站50 000 m3雙浮盤儲(chǔ)罐施工中首次采用倒裝法施工；2006年，在獨(dú)山子石化千萬(wàn)噸煉油百萬(wàn)噸乙烯項(xiàng)目100 000 m3儲(chǔ)罐采用倒裝法施工，經(jīng)過(guò)查新，該項(xiàng)施工為國(guó)內(nèi)外首例100 000 m3儲(chǔ)罐倒裝法施工。

新疆石油建設(shè)有限公司100 000 m3儲(chǔ)罐倒裝法施工成功后，有多家儲(chǔ)罐施工單位效仿，因?qū)Υ笮蛢?chǔ)罐倒裝法施工的關(guān)鍵技術(shù)掌握不到位，致使倒裝法施工的優(yōu)勢(shì)不能完全發(fā)揮出來(lái)，有的在提升過(guò)程中還發(fā)生了事故。事實(shí)上，在做大型儲(chǔ)罐倒裝法施工方案時(shí)，要求方案中的每一步都要考慮到位，相對(duì)質(zhì)量安全的概念，稱其為技術(shù)安全。大型儲(chǔ)罐倒裝法既不是只將以前的小罐倒裝做大了一些這么簡(jiǎn)單，也并不多危險(xiǎn)(在第一次50 000 m3儲(chǔ)罐倒裝法施工時(shí)，遇到了很大的阻力)。在此介紹儲(chǔ)罐倒裝法施工液壓提升原理，以供參考。

1 儲(chǔ)罐液壓提升理論分析

1.1 提升穩(wěn)定分析

理論上各個(gè)液壓缸在罐內(nèi)均布，提升力相等，但由于罐體部分結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，在提升時(shí)各個(gè)液壓缸的負(fù)載是不同的。提升時(shí)，如果某處(某一段)壁板的提升高度低于其他位置的提升高度，罐體的重心就會(huì)向此處偏移，此段距離內(nèi)的液壓缸的負(fù)載增加，這是不穩(wěn)定平衡的受力條件。因此，要求儲(chǔ)罐提升液壓系統(tǒng)最少要有三個(gè)流量相同的液壓泵站，每個(gè)泵站配置相同的液壓缸。2005年前，單個(gè)泵站的儲(chǔ)罐倒裝施工液壓提升設(shè)備比較流行，用這種液壓設(shè)備提升罐體時(shí)，總是不斷調(diào)整液壓缸。這就是一種不穩(wěn)定平衡系統(tǒng)，因此，這種結(jié)構(gòu)是不合理的。

1.2 提升同步分析

提升過(guò)程中，負(fù)載增加，提升速度會(huì)變慢，負(fù)載進(jìn)一步增加，這就要求液壓提升系統(tǒng)有抵抗這種不穩(wěn)定平衡的能力，也就是要求液壓缸在(一定范圍內(nèi))受力不均勻的情況下，能夠保持基本一致的提升速度。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(負(fù)載)和轉(zhuǎn)速(流量)成線性關(guān)系，如圖1所示；而交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速(流量)隨轉(zhuǎn)矩(負(fù)載)的變化較小，如圖2所示，也就是有較為恒定的轉(zhuǎn)速(流量)。因此，儲(chǔ)罐液壓提升設(shè)備泵站的電機(jī)須選用交流電機(jī)。

圖1 直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系

圖2 交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系

1.3 提升控制分析

在儲(chǔ)罐倒裝法施工中，要求液壓缸在提升和下降時(shí)既能集中控制，又能單獨(dú)控制每個(gè)液壓缸，要求兩種控制的轉(zhuǎn)換方便、簡(jiǎn)單。

1.4 系統(tǒng)安全分析

系統(tǒng)安全分析理論是儲(chǔ)罐倒裝法施工液壓提升的安全重點(diǎn)。很多人在考慮液壓提升時(shí)，都認(rèn)為罐體提升過(guò)程是最危險(xiǎn)的，實(shí)際分析時(shí)下降過(guò)程才是最危險(xiǎn)的。罐體的提升液壓缸通過(guò)鋼絲繩傳力給脹圈，鋼絲繩只能傳遞拉力，不能夠傳遞壓力。如果提升時(shí)，有一、兩個(gè)液壓缸不工作，由于選用的液壓缸的提升力有較大余量，系統(tǒng)能夠基本正常工作；下降時(shí)，如果有一、兩個(gè)液壓缸不工作，其他液壓缸都下降，數(shù)倍的負(fù)載集中在這個(gè)不下降的液壓缸上，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。現(xiàn)在，儲(chǔ)罐倒裝法施工采用的是先提升后圍板的施工順序，罐體整體下降操作時(shí)具有較大的危險(xiǎn)性。因此，要求液壓缸在上升和下降操作時(shí)，液壓系統(tǒng)必須具有超壓溢流的功能，稱其為“軟性能”。帶液壓鎖的儲(chǔ)罐液壓提升設(shè)備，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩斷裂的事故，曾今有一次在下降過(guò)程中，連續(xù)斷了七根鋼絲繩，原因就是下降操作時(shí)，液壓鎖打開有先后，荷載分配不均勻，鋼絲繩斷裂后載荷再次變化而引起連鎖反應(yīng)。松卡式液壓設(shè)備也是同樣的原理，在下降操作時(shí)都會(huì)出現(xiàn)載荷分配的極端不均衡。所有這些額外的負(fù)載是通過(guò)系統(tǒng)的安全余量來(lái)承擔(dān)的，一旦超出最大載荷，就會(huì)有事故發(fā)生。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)的選用

選用北京昌平液壓設(shè)備廠的儲(chǔ)罐液壓提升設(shè)備，其按照新疆石油建設(shè)有限公司的要求設(shè)計(jì)的設(shè)備完全達(dá)到了上述四項(xiàng)理論要求。

首先，綜合考慮罐體的提升質(zhì)量、選用的脹圈強(qiáng)度、提升間距以及每圈罐壁板的數(shù)量，選用了單缸提升質(zhì)量25 t的液壓缸，每四個(gè)液壓缸配置一個(gè)液壓泵站，泵站采用交流電機(jī)。液壓頂升裝置油路原理如圖3所示。

圖3中，在電磁換向閥兩側(cè)的油路增加了溢流閥，1號(hào)泄壓閥調(diào)節(jié)下降壓力和靜止載荷壓力，2號(hào)泄壓閥調(diào)節(jié)上升壓力。在上升操作時(shí)，如果局部過(guò)載，泄壓閥2打開，過(guò)載的液壓油通過(guò)泄壓閥2回流到油箱；在下降操作或靜止時(shí)，有系統(tǒng)過(guò)載，泄壓閥1打開，過(guò)載的液壓油通過(guò)泄壓閥1回流到油箱。用這種超壓溢流的方法穩(wěn)定平衡各個(gè)液壓缸的負(fù)載，保證每個(gè)液壓缸只承擔(dān)設(shè)定的壓力(負(fù)載)，超出設(shè)定的壓力(負(fù)載)則自動(dòng)溢流平衡，保證系統(tǒng)安全性。

圖3 液壓頂升裝置油路原理

3 結(jié)論

提出了液壓提升穩(wěn)定分析、同步分析、控制分析、系統(tǒng)安全分析四項(xiàng)儲(chǔ)罐液壓提升理論，并據(jù)此設(shè)計(jì)出儲(chǔ)罐倒裝法施工的液壓提升系統(tǒng)，保證了大型儲(chǔ)罐倒裝法施工的安全性。特別是該理論中系統(tǒng)安全分析對(duì)儲(chǔ)罐的倒裝法施工具有較大的指導(dǎo)意義。

Principle and application of the upsidedown construction technology for large storage tank with hydraulic driven lifting

YANG Jian-qiang
(Xinjiang Petroleum Engineering Construction Co.，Ltd.，Karamay 834000，China)

This paper introduces the principle of the upsidedown construction technology of hydraulicdriven lifting for large storage tank，which is the key of the upsidedown construction technology for large storage tank，including analysis of lifting stability and synchronization，system cotrolling and safety.Based on the principle，especially analysis of system safety，the hydraulic driven lifting system is designed to ensure the upsidedown construction technology is successfully used to large storage tank with capability over 50 000 m3.

storage tank；jacking method；lifting

TG457.5

B

1001-2303(2011)07-0074-03

2011-03-09；

2011-07-04

楊建強(qiáng)(1974—)，男，甘肅渭通人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事儲(chǔ)罐焊接質(zhì)量管理工作。