Φ30×30M 鋼制氧化鋁貯倉安裝實例

曹曉東

（中鋁山西分公司檢修分廠 山西 河津 043300）

在氧化鋁生產設備中有很多非標設備，在氧化鋁生產、貯運過程中存在著大量的槽類非標設備，在更新改造、新建工作中經常遇到此類的問題：

1 施工方法簡介

常用施工方法：大型立式槽、罐類非標設備常用的安裝方法主要有正裝和倒裝二大類。

正裝法通常分為分片法、分段法二種安裝方法。

倒裝法多用于單臺罐體的施工，通常施工的方法為中心柱倒裝法、立柱倒裝法、水浮倒裝法、氣頂倒裝法等。

2 優缺點的比較

2.1 正裝法的優缺點

分片正裝法的優點是：組裝時輔助工裝用料較少，投入人工較少，組對所用輔助機械和人工較少；

缺點是：施工方法屬高空作業，所用腳手架的用量較大，施工時的精度控制較困難。

分段正裝法的優點是：組對時精度較好，高空作業組對、焊接量較小，施工安全性較好，成組的多臺槽體施工時效率較高；

缺點是：所用機械設備一次性投資較大，對施工的組織能力要求較高。

2.2 倒裝法的優缺點

中心柱倒裝法優點是：利用貯槽的中心柱做吊裝的起重桅桿，可減少輔助設施材料的用量；吊點在頂蓋加強圈的位置，有利于槽體圓度的控制；

缺點是：通用性不強；

立柱倒裝法優點：適用于場地狹小，運輸困難，機械化程度低的施工；

缺點是：立柱及加固所用材料較多，施工質量控制難度較大，起重能力有限，安全性較差；

水浮倒裝法優點：多用于浮頂式油罐的安裝，利用油罐所附的部件，輔助材料用量較少，施工的安全性較好；

缺點是：應用的范圍較小，應用的局限性較大；

氣頂倒裝法優點：應用的范圍較寬，輔助材料較為節約，勞動強度較小，高空作業少；

缺點是：槽體高度較大時，應用較困難，受環境影響較大。

3 安裝

3.1 簡介

某鋼制氧化鋁貯倉，外形幾何尺寸為φ30×30M，壁板為15 帶，由下至上每二帶鋼板（最上部三帶鋼板）為一個厚度，鋼板厚度由20mm 遞減至8mm，倉頂的支撐為桁架結構，主桁架18 榀，主桁架間由型鋼連接加固，倉頂蓋為厚度8mm的鋼板構成，倉壁頂部有6 圈角鋼煨制成的加強圈。倉頂、加強圈、壁板等總重429 噸。

3.2 安裝方案的選擇

中心柱倒裝、水浮倒裝這二種方法因本貯倉本身不附帶有中心柱和浮頂，因此不適于本貯倉的施工，應在立柱倒裝和氣頂倒裝這二種方法中選擇一種進行本貯倉的安裝。

本貯倉的頂蓋和壁板（不含下部第一帶δ20mm 的壁板）需起升的最大重量為397 噸，如用一般的立柱倒裝法，按每根立柱上的倒鏈的起重能力為10T，則需倒鏈40 個，才能滿足起升重量的要求，在實際施工中，從安全性上考慮，對用手動起重設備的選用均要加一定的安全系數，對于重量較大的工件施工時安全系數至少為2，如按此系數，則至少要80臺倒鏈進行起升，在實際施工中這是不可行的，因此，立柱、倒鏈倒裝法是不可行的。

如應用氣頂倒裝法，其參數計算如下：

P=W/S=397.166T/152*3.1416=397.166/706.86=561.87kg/m2

P 為壓強、W 為最大起升重量、S 為罐內橫截面積，

考慮30%的摩擦力及其他附件重量，

則P=561.87kg/m2*1.3=730.44kg/m2

根據公式P1V1=P2V2

設P1=1kg/m2（自然空氣在海平面的壓力）

P2=1.042kg/m2(頂升時罐內的絕對壓力)

V1為罐的總容積，V2為P2作用下的容積

V1=706.86*30=21205.8m3

V2=P1V1/P2=21205.8/1.042=20351.06m3

設在P2作用下氣體容積的壓縮量為V壓，

則V壓=V1-V2=854.74m3

設V0為最后一次頂升板構成的容積，V真為P2作用下空氣壓縮量和頂升高度相對真空容積

V0=706.86*2=1413.72m3

V真=V壓+V0=2268.46m3

設V真為P2作用下頂升到預定高度所需鼓風量

V升=P2*V真/P1=2266.232*1.042/1=2363.74m3

設罐體在10 分鐘內頂升到位，所用風量為Q

則Q=2363.74/10*60=14182.74m3/H

考慮到風壓作用下的泄漏，則需對所計算出來的風量進行放大，通常所取的放大系數為6，則最終風量為Q終=14182.74*6＝85096.44m3/H

從上面的計算可知，因風量較大，所用的風機選型較困難，如用多臺風機，則在鼓風時在罐內會產生渦流，增加施工安全控制的難度，且因本罐的高度較高，施工所用平衡裝置的布置和使用較為困難，因此，氣頂倒裝在本貯倉的施工中應用難度較大，不宜采用。

從上述的理由可知，常規的施工方法在本貯倉的施工中均無法直接使用，因此，在本貯倉的施工中，必須對各施工方法的長處進行綜合分析歸納，從而選用最優化的方法進行施工。

在正裝法不宜采用的情況下，必須對倒裝施工的方法進行優化提高以保證施工的安全性和經濟性。

在上文中對倒裝法的敘述中可知，立柱（倒鏈）倒裝施工法是應用較普遍、技術較成熟的一種施工方法，其原理和實際操作都較簡單，適用范圍較寬，在中小型貯罐的施工中應用較為普遍，但本貯倉是大型貯罐，直接應用本方法是不可行的，但對其原理進行深入地分析，并針對實際情況進行改進，是可以完成本貯倉施工的。

立柱倒裝法的原理：

立柱倒裝法是沿圓形截面貯罐的罐壁設立多個立柱，每根立柱上設置一臺或多吧手動起重工具，使貯罐的重量均勻地分配在各臺起重工具上，同時起升各臺起重工具以達到起升的目地從而完成貯罐的起升施工。

起重工具的選擇：立柱倒裝法所用的起重工具最常用的是倒鏈，這是因為倒鏈的使用具有較為方便、簡單，可以一次起升到位，操作靈活等特點，但是倒鏈的起重能力較小，應用的范圍局限于中小型貯罐的施工，不適用于本貯倉的施工，如果能夠增大起重工具的能力，起升重量能夠滿足本貯倉的要求，則立柱倒裝法是能夠完成施工的。

常用的手動起重工具為倒鏈和千斤頂，倒鏈的起重量小，行程較大，使用時吊點在起重物的上方；千斤頂的起重量較大，行程較小，使用時頂點一般在重物的下方，如果能夠通過輔助性器具使頂點能夠在重物的上方，并克服行程較小的缺點，則在本貯罐的施工中是可以應用千斤頂進行起升的。

因此，選用立柱（千斤頂）的方法來進行本貯倉的倒裝施工。

3.3 立柱（千斤頂）倒裝法實施

1）立柱數量的選擇

立柱數量的選擇也就是千斤頂數量的選擇，本工件最大的起升重量為397 噸，選用起重量為50 噸的千斤頂，則8 個千斤頂即可滿足起重量的要求，但在實際施工中，尤其是多臺機械同時使用時要考慮到機械運動在執行時不可能完全同步，因此在施工中在對起重能力選定時要考慮安全系數，一般情況下，安全系數為1.5～2.5 倍，本貯倉最大起重量為397 噸，重量較大，為安全起見，取安全系數為2.5 倍，這樣實際用頂的數量為20 個，立柱的數量也為20 個。

2）起升方式的選擇

常用的千斤頂起升方式為千斤頂在重物的下方，通過頂升將重物提升一個千斤頂的行程，然后，將重物支撐牢固，千斤頂落下，抬高千斤頂，再頂升，直至將重物頂升到位；如果本貯倉的施工用此方式，因千斤頂的行程最大為300mm，起升的壁板高度為2m，則最少需準備六種不同高度的立柱，立柱的固定問題較多、安全性較差、經濟性較差，所以一般性的起重方式是不宜在本工件的施工中使用的。

為解決這一問題，我們在實際施工中采用了以下的方式進行頂升：

利用立柱、起升橫梁、起升拉桿、起升牛腿和止退柱銷的組合應用完成了壁板的起升，具體的構件的明細如表3-1 所示：

表3 -1

（1）施工的順序：先完成最上部的壁板的安裝，然后將頂蓋安裝、焊接完成，安裝加固好立柱，起升第一帶的壁板，逐帶安裝其余的帶板。

（2）壁板起升施工步驟如下：

步驟1 分為二步：

焊好牛腿、掛好起升拉桿上的第一組掛環，

千斤頂起升至牛腿底板超過第一組柱銷孔；

步驟2 分為三步：

在第一組柱銷孔內穿入止退柱銷，

千斤頂下落至牛腿底板座于止退柱銷上，松開千斤頂、將第二組掛環掛在牛腿底板上，

千斤頂起升至牛腿底板高于第二組柱銷孔；

步驟3 分為三步：

在第二組柱銷孔內穿入止退柱銷，

千斤頂下落至牛腿底板座于止退柱銷上，松開千斤頂、將第三組掛環掛在牛腿底板上，

千斤頂起升至牛腿底板高于第三組柱銷孔；

步驟4～7 重復步驟2、3 的步驟，第一步驟起升一個掛環的距離直至步驟8；

步驟8 分為三步：

在第七組柱銷孔內穿入止退柱銷，

千斤頂下落至牛腿底板座于柱銷上，松開千斤頂、將第八個掛環掛在牛腿底板上，

千斤頂起升至牛腿底板高于下一帶的壁板，進行下一帶壁板的組對。

按上述1～8 的步驟逐帶進行壁板的安裝，即可完成整臺貯倉的安裝。

3.4 施工中應注意的問題

1）立柱的位置沿壁板的圓周方向均布，立柱的座板要與地面接觸緊密，立柱在使用前要進行加固，加固的方法為對稱的二根立柱、相鄰的二根立柱頂部用鋼絲繩連為一體，鋼絲繩系于固定吊環上；

2）安裝立柱時，因第一帶壁板的高度低于立柱的高度，因此部分頂蓋板可在安裝完第二帶壁板后進行安裝，以保證起升；

3）在安裝最上部幾帶的壁板時，因起升的重量較輕，可安裝部分立柱進行起升，但考慮到牛腿較少時，壁板變形的可能性較大，立柱的數量不應少于10 個；

4）在起升的過程中，各千斤頂的操作者應遵循統一的指揮，每次起重桿下壓的距離應保持一致，在實際施工時，是三人一組來進行起升作業的，一人站在臨時支架上，負責壓桿的回位，二人在地面負責下壓，下壓通過向下拉動固定在壓桿上的繩索來實現的，每臺千斤頂的位置上，均設有用鋼筋制成的限位桿，以控制每次下壓及回位的距離；

5）在第一次頂升前，要對壁板的原始位置進行測量，并測量壁板在每個銷釘孔處放置時的高度，以便于調整立柱的原始高度，對壁板起升時的水平度進行調節和控制；

6）在實際施工中，當安裝最下部幾帶壁板時，因起升的重量較大，壁板在局部出現了變形，針對這種情況，起升前我們在牛腿的部位加焊了長度為2 米的弧板以強化壁弧的鋼度，防止了變形的發生；

7）50 噸千斤頂的的行程為300mm，在實際起升的過程中，每次千斤頂的行程為250mm，最后一次起升時的高度為300mm，以便于組對下一帶壁板；

8）在施工中要嚴格控制壁板上、下二道接口的周長，以防止上、下二帶壁板組對時的錯邊等缺陷，提高施工質量，具體的做法是：組對第一帶筒體時，每道立焊縫均要預留1mm的收縮量，在焊接完成后，實測第一帶筒體下口的周長，并以此為依據，確定下一帶壁板的周長，在起升第一帶筒體之前，將第二帶筒體留一道活口，其余立縫焊完，并按第一帶壁板的周長對第二帶壁板的長度進行確定，然后，提升第一帶筒體，組對第二帶筒體；重復以上步驟直至全部壁板組對完成。

9）在壁板起升前，要完成焊縫的探傷和壁板外表面的除銹、底漆及面漆的涂刷，以減少高空作業的工作量。