臥式筒形罐體徑向定位方法探究

呂兆蘋 吳小波 陳月松 陳治軍

（中廣核工程有限公司，遼寧 瓦房店116319）

0 引言

臥式筒形罐體（一般為圓柱形截面帶球形封頭）廣泛存在于電力及化工行業之中，以電廠為例，臥式筒形罐體主要包含給水除氧器、高低壓給水加熱器、復合式雙聯低壓加熱器、汽水分離再熱器、軸封加熱器、疏水收集罐等。制造廠給定的設備安裝圖上，徑向（垂直軸線方向）定位基準一般為該筒形罐體的中心線，其中，水平橫向定位基準一般為俯視圖筒體中心線投影， 標高定位基準為水平視圖筒體中心線投影。 而筒體中心線為存在于筒體內部空間的虛擬線，普遍采用在筒形罐體設備兩端橢球形封頭標記的中心點誤差很大，制造廠出廠時在罐體側壁上預留的“沖眼”可靠性有限，采用以設備到貨實測參數為依據的方法，在筒體外表面找到中心線的水平及垂直投影點對于精確進行徑向定位意義重大，此方法還擺脫了對設備出廠前原始標記的依賴。

1 臥式筒形罐體結構介紹

臥式筒形罐體由罐體柱面、兩端橢球形封頭、支腿、內部構件等組成，如圖1 所示，罐體柱面由鋼板卷制拼焊而成，兩端的橢球形封頭與柱面采用對接焊方式連接成罐體，底部的型鋼支腿再與罐體柱面加強版焊接后用以支撐整個罐體的重量。

圖1 臥式筒形罐體結構簡圖

罐體柱面的中心線是罐體找正定位的最可靠基準線，采用罐體柱面中心線定位可以保證罐體相連的管道、儀表、附件有最直接的定位依據，能有效避免多次間接測量帶來的不必要的累積誤差，然而罐體柱面中心線是存在于罐體內部的虛擬中心線，工程上必須將虛擬中心線水平、垂直投影到臥式筒形罐體外壁上，如何準確無誤地找到投影線是本文研究的重點。

2 目前普遍采用的定位方法及特點分析

2.1 采用支腿定位

設備制造廠（或設計院）提供的設備安裝圖除了標注罐體的中心線以外，往往同時標注罐體底座的標高位置，采用基礎底座的坐標參數定位臥式筒形罐體的情況比較普遍，定位操作非常簡便，設備基礎標高及縱橫中心位置成為影響設備定位的唯一因素，采用墊鐵或墊片進行調整即可快速達到找正定位的目的。

然而， 采用基礎支腿定位的方法將導致罐子本體定位誤差非常大，支腿屬于型鋼結構，引用的是鋼結構的驗收標準，在制造廠內支腿下料、裝配、焊接過程中不可避免地引入巨大誤差，以支腿定位將導致制造廠內對型鋼支腿下料、裝配、焊接環節的誤差反過來傳遞給罐體，罐體中心線位置將無法保證，進而與罐體相連接的管道、儀表、附件偏差就處于失控狀態，對系統投運后的功能實現以及安全穩定運行構成巨大威脅。

因此，采用基礎支腿定位的方法僅適用于一般設備初找正或要求不高、重要性差、接口少的臥式筒形罐體找正定位過程。

2.2 采用制造廠標識定位

為了方便現場設備安裝，制造廠在設備制造完成后，在罐體側面分散地沖出一些淺孔或者焊接、涂刷小型標識物，用于指導現場設備安裝。 但是這些標識物并非制造廠控制的主要指標，也并不是制造廠所擅長的方面， 因各家制造廠的制造水平及重視程度存在很大的差異，甚至出現同一罐體設備不同截面的標識物離散嚴重，不在同一直線上，從而給現場安裝帶來了很大的困難。

因此，直接無條件的采用制造廠標識物進行定位找正，就引入了一個將制造廠標識物標記過程的誤差，過分依賴制造廠并不擅長的方面將導致設備最終定位偏差不可控，甚至出現無法定位的情況。 尋找一種以實際到貨設備筒體本身為基礎的中心線投影方法成為保證設備定位精度的方向。在制造廠未提供定位輔助標識物情況下作為獨立找正定位的方法，在制造廠提供了輔助標識物情況下作為復核標識物準確性的可靠手段。

2.3 實測罐體“頂部”和“底部”標高方法

在設備頂部、底部分別放置標尺，使用全站式水準儀測量標高，計算得出頂部與底部的中間位置標高，反向投射到罐體外壁上來尋找中心線水平投影點， 再在左右兩側水平投影點通過軟繩找弧長中點，也就是在設備頂部或底部找到垂直投影點。

該方法相對于前述兩種方法有了很大的改進，數據來源于實際到貨的罐體，不依賴制造廠提供的構件間接測量。

頂部和底部標高測量之前一定要先找到最高和最低點，然而筒形罐體頂部和底部相對較為平緩，肉眼很難直接確定出這個位置，即使在設備頂部放置一個大水平尺也很難發現圓弧與直線的切點，實際來說，圓弧與直線并不相切于一點，而是一小段圓弧。頂點或底點確定過程存在的偏差將會導致后續的一系列數據都存在偏差，好在小范圍內選取的頂點（或底點）標高與實際頂點（或底點）標高的偏差隨著選點位置的偏差變化并不明顯，具體情況詳見圖2 說明，可以認定為初選的頂點或底點，是作為尋找水平投影點的輔助點，只要不直接作為垂直投影點即可，而最終垂直投影點的確定是依靠先前確定的水平投影點再次間接確定的。

圖2 初選頂點偏差對標高的影響示意圖

此外，該方法使用的標高測量工具使用時要求一定區域內無障礙物，相對空曠，并且有足夠觀察的距離，這就受到了很大的限制，很多設備所處的環境并不具備這樣的條件。

3 筒體左右兩側緊貼重錘懸繩法

將一根兩頭系有重錘的細繩緊貼跨掛與筒形罐體上，通過測量兩垂線之間的垂直距離來尋找中點位置，再使用另外一線錘向上找到罐體底部的垂直投影點，在以此點為起點使用線繩繞罐一周，并在罐上劃線標記，通過線繩中點找到頂點、四分點，這樣水平投影點、垂直投影點就都出現了。

若不采用通過測距離找中點位置的方法，也可以在罐體底部緊貼放置一根大水平尺，調平之后兩端分別與懸繩接觸，這兩個點上方的線繩中點即可確定為罐體的頂點，以此點為起點反過來使用線繩繞罐一周，通過線繩中點找到底點、四分點，這樣水平投影點、垂直投影點也就都出現了。

圖3 采用懸繩法找各投影點過程

記住，不能通過懸繩與罐體相切位置直接找水平投影點，因為實際上圓弧與直線并不相切于一點而是一個范圍，至少肉眼判斷不出這個點的準確位置，臆測的切點微小的偏差將直接導致水平投影點標高偏差，將直接導致罐體最后定位標高錯誤。

圖4 避免通過觀察切點找水平投影點

懸繩法找投影點的理論前提是假定臥式筒形罐體的筒壁為規則的圓柱形，然而實際供貨的設備截面因制造過程存在局部不圓、橢圓、凹陷、突起等缺陷，圓周弧長隨圓心角度的變化并非絕對的線性，存在微量的偏差，就會間接體現在通過線繩分中確定的投影點上，好在設備表面規則程度以及設備表面局部缺陷屬于制造廠質量控制的主要指標，偏差程度很小，但若最大程度消除這種影響，有效的方法就是多位置測量。

多次采用懸繩法在罐體上的每隔一定距離的不同截面找到投影點，將眾多投影點之間居中劃出一條直線，即可認定為設備中心線的徑向（水平、垂直）投影線，也就找到了該罐體的徑向定位基準。以此為基準，按照設備安裝圖上與廠房基準線的距離，即可非常實際有效對臥式筒形罐體進行徑向定位。

圖5 投影線的最終確定

4 結語

設備找正在工程建設領域存在廣泛，涉及到施工人員和管理人員人數眾多，每種找正的方法都有特定的使用情況，本文通過列舉目前工程上普遍采用的各種方法，分析各種方法特點和不足，通過分析如何應對不足來尋找改進的方法，最后經過工程實踐發現了懸繩法的直接、精確的特點，為精度要求較高的臥式筒形罐體的找正定位提供了一項重要的選擇，具有很強的推廣價值。