采用手拉葫蘆巧轉(zhuǎn)大直徑儲罐單浮盤

中國石油天然氣第一建設(shè)有限公司 河南洛陽 471023

某工程一臺2萬m3的外浮頂儲罐,浮盤為單盤式結(jié)構(gòu),單盤直徑達36.5m。施工過程中,因設(shè)計變更,需要將單盤旋轉(zhuǎn)一定角度從而達到設(shè)計目的。如此大直徑、已預(yù)制成型的單盤,由于其剛性太差,用單臺吊車完全吊起來旋轉(zhuǎn)一定角度顯然是不切實際的,用多臺吊車將單盤局部吊起來旋轉(zhuǎn)也存在太多不確定因素,難以保證安裝精度。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,我們摸索出了一種巧妙的方法:利用手拉葫蘆,再借助于罐壁、單盤的臨時支撐網(wǎng)架、腳手架桿等施工現(xiàn)場常備的工具及材料,輕松且高精度地完成了此次單盤旋轉(zhuǎn)的施工。

1 工程簡介

該儲罐為外浮頂結(jié)構(gòu),直徑43m,高16.5m,公稱容積為2×104m3。 浮頂為單盤式結(jié)構(gòu),即浮盤邊緣為浮艙,中間為單層浮盤(以下簡稱單盤),浮盤外徑42.6m,單盤外徑36.5m,單盤厚度為5mm、重量為50t。前期施工中,已經(jīng)將單盤部分預(yù)制完成,并完成了單盤上的所有開孔工作,但預(yù)制單盤時的臨時支撐網(wǎng)架還未拆除。后因設(shè)計變更,需要將單盤逆時針旋轉(zhuǎn)5°,換算成單盤外緣弧長為1.59m。

2 擬定施工方案

根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,擬定了以下兩種施工方案:

2.1 方案一:利用多臺吊車抬吊旋轉(zhuǎn)

臨時拆除單盤上的集水槽,在集水槽位置安裝一根DN400的鋼管與罐底臨時焊接,并安裝斜拉支撐加固,以此鋼管作為旋轉(zhuǎn)中心軸。以單盤邊緣作為吊點,根據(jù)單盤的重量,吊車作業(yè)半徑,吊點之間的間距等參數(shù),通過計算選擇吊車的規(guī)格以及數(shù)量。經(jīng)核算,需要至少10臺25t吊車均布于罐基礎(chǔ)四周,同時起吊單盤邊緣,向同一方向旋轉(zhuǎn)單盤。

2.1.1 優(yōu)點

多臺吊車作業(yè),可節(jié)省人力投入。

2.1.2 缺點

(1)多臺吊車配合作業(yè),吊車操作同步性要求較高,一旦發(fā)生吊車操作不同步的情況,可能會引發(fā)安全事故。

(2)當(dāng)旋轉(zhuǎn)至與目標(biāo)角度接近時,吊車操作不便于掌控安裝精度。如此,有可能需要投入更多的人力和物力去糾偏以調(diào)整精度。

(3)使用吊車臺班多,施工成本較高。

2.2 方案二:利用手拉葫蘆旋轉(zhuǎn)

安裝與方案一相同的旋轉(zhuǎn)中心軸。在單盤邊緣焊接若干吊耳,在同標(biāo)高的罐壁上焊接吊耳作為手拉葫蘆的持力點。在單盤預(yù)制時的臨時支撐網(wǎng)架與單盤支架徑向安裝若干腳手架桿作為滾杠,以減小旋轉(zhuǎn)時單盤與臨時支撐之間的摩擦阻力。根據(jù)單盤重量、滾杠減小的摩擦阻力、吊點之間的間距等參數(shù),通過計算選擇手拉葫蘆的規(guī)格以及數(shù)量。經(jīng)核算,需要至少8臺2T的手拉葫蘆均布單盤吊耳和罐壁吊耳之間,同時操作手拉葫蘆,向同一方向旋轉(zhuǎn)單盤。

2.2.1 優(yōu)點

(1)相比于吊車作業(yè),安全系數(shù)更高。

(2)人工操作手拉葫蘆,可以精確掌控旋轉(zhuǎn)角度,安裝精度較高。

(3)全部使用人力,相比于吊車臺班,施工成本相對較低。

2.2.2 缺點

耗用人工相對較多。

通過分析上述兩種施工方案的優(yōu)點和缺點,方案二在安全、質(zhì)量以及成本的角度都顯得更優(yōu)。從工期角度分析,預(yù)計兩者相差無幾。所以,選擇用方案二施工。

3 理論計算

為了論證用手拉葫蘆旋轉(zhuǎn)單盤的可行性,如下的理論計算是必要的:

3.1 總牽引力計算

預(yù)使單盤轉(zhuǎn)動,需要計算其總牽引力,計算公式如下:

S=K起×Q×(δ1+δ2)/D

式中:S——牽引力,KN;

K起——啟動附加系數(shù),鋼滾杠對鋼軌道取1.5;

Q——牽引物體重量,kN;

δ1——滾杠與其接觸的上方物體表面的滾動摩擦系數(shù),鋼與鋼取0.5mm。

δ2——滾杠與其接觸的下方物體表面的滾動摩擦系數(shù),鋼與鋼取0.5mm。

D——滾杠的直徑,mm。此次擬采用48.3mm外徑的腳手架桿作為滾桿。

將本次施工相關(guān)的各參數(shù)代入上面的公式進行計算:

S= 1.5×50×9.8×(0.5+0.5)/48.3=15.22 kN

即利用手拉葫蘆施加在單盤上的總牽引力達到15.22 kN時,單盤便可開始轉(zhuǎn)動。

3.2 手拉葫蘆受力校核

要在單盤邊緣安裝手拉葫蘆,理論上講只要手拉葫蘆位置沿著單盤外緣圓周均布,手拉葫蘆的數(shù)量越多,則旋轉(zhuǎn)越輕松。但是,應(yīng)考慮到,如果布置的手拉葫蘆數(shù)量越多,操作的人相應(yīng)也多,操作同步性就會越差,就可能會造成受力不均勻,反而適得其反。綜合考慮,擬安裝8臺手拉葫蘆。

單臺手拉葫蘆的牽引力S單=15.22/8=1.9025kN;

將單臺手拉葫蘆的牽引力換算成質(zhì)量為:

1.9025/9.8=0.194t。

根據(jù)以上計算,選擇8臺2t的手拉葫蘆可滿足要求。

3.3 手拉葫蘆安裝角度計算

如圖2所示,F為手拉葫蘆所施加的拉力,受力軸線與手拉葫蘆的拉鏈中心線重合。

F切為旋轉(zhuǎn)單盤時的有效拉力,其方向與單盤的外緣相切。

圖2 單個手拉葫蘆受力分析圖

F徑為分解在單盤徑向方向上的力,對于旋轉(zhuǎn)單盤屬于無效力。

F切=F×Sinα

當(dāng)F一定時,α從 0°到 90°變化的過程中,F切隨α增大而增大;在α= 90°時達到峰值;當(dāng)α從90°開始逐漸 變大的過程中F切隨α增大又會逐漸變小。

此外,利用CAD軟件對單盤旋轉(zhuǎn)的初始狀態(tài)進行模擬放樣,得出結(jié)論:當(dāng)單盤旋轉(zhuǎn) 5°時,α的變化幅度也為 5°。

從上述分析可知,當(dāng)α在 87.5°至92.5°范圍時,旋轉(zhuǎn)的有效拉力F切最有效。

4 施工工藝

4.1 工序流程

此次單盤旋轉(zhuǎn)施工的工序流程如圖3所示。

圖3 工序流程圖

4.2 安裝旋轉(zhuǎn)中心軸

為了保證在單盤旋轉(zhuǎn)的過程中不會發(fā)生軸向的位移,需要在單盤的中心安裝一個旋轉(zhuǎn)中心軸,安裝示意圖如圖4所示。根據(jù)設(shè)計圖紙,單盤的中心有一個828mm的開孔,是浮盤排水用的集水槽的安裝位置。先在單盤中心開一個434mm的孔,然后再用厚3mm、寬60mm的扁鋼煨制內(nèi)徑428mm的護圈安裝在孔內(nèi),再以單盤中心軸線為中心軸安裝DN400的中心柱,最后再為中心柱安裝四根均布的斜支撐。注意,中心柱垂直度偏差應(yīng)調(diào)整至0,在圖5所標(biāo)識的焊縫焊接時,應(yīng)保采用雙人、對稱、同方向焊接,焊接過程中監(jiān)測中心柱與扁鋼護圈之間一圈的間隙,及時采取措施調(diào)整,保證一圈間隙的均勻。

圖4 旋轉(zhuǎn)中心軸安裝示意圖

4.3 安裝滾杠

由3.1節(jié)中牽引力計算公式可以看出,滾桿的數(shù)量對于牽引力的計算不是一個因數(shù),所以其對牽引力沒有影響。但是,前提是滾桿安裝后,滾桿應(yīng)托起整個單盤使之不與臨時支撐網(wǎng)架之間有接觸,否則單盤與臨時網(wǎng)架之間存在的摩擦力將會對牽引力有影響。本次施工中采用直徑48.3mm的腳手架桿作為滾桿,使用千斤頂將單盤局部頂起后諸根安裝滾桿(安裝示意圖詳見圖5)。經(jīng)施工現(xiàn)場實際試驗,當(dāng)相鄰的兩根滾桿間距為4.58m時為臨界點,當(dāng)間距大于4.58m時單盤與臨時支撐網(wǎng)架之間會有接觸,當(dāng)間距小于4.58m時則不會有接觸。為了保證受力的均勻性,按相鄰滾杠之間等間距布置滾杠,實際間距為4.1m,實際使用滾杠數(shù)量為28根,每根滾杠長度為15m。

4.4 安裝手拉葫蘆

(1) 在單盤邊緣上清晰標(biāo)記0°、90°、180°、270°方位線。

(2)避開以上四個方位線,以其它任意角度為起始點,在單盤邊緣均布8個吊耳。

(3)按3.2節(jié)計算的手拉葫蘆安裝的起始角度87.5°,分別以單盤邊緣的吊耳為基準(zhǔn),在與之同標(biāo)高的罐壁上安裝對應(yīng)的吊耳。

圖5 滾桿安裝示意圖

(4)在每一對對應(yīng)的吊耳之間安裝1個2T的手拉葫蘆,每個手拉葫蘆應(yīng)繃緊但不施加拉力。

4.5 旋轉(zhuǎn)單盤

(1)將單盤邊緣0°方位線投影至罐底板,并做好標(biāo)記。

(2)將單盤邊緣5°方位線投影至罐底板上。

(3)在單盤邊緣0°方位線上安裝一個磁力線墜。

(4)在圖5所示的扁鋼護圈內(nèi)側(cè)及與之齊平的中心柱上涂抹潤滑油以減小摩擦阻力。

(5)安排一名總指揮,負(fù)責(zé)發(fā)號施令兼監(jiān)視磁力線墜旋轉(zhuǎn)情況;每個手拉葫蘆安排一人操作;另外再安排一人負(fù)責(zé)在旋轉(zhuǎn)過程中沿單盤巡檢是否有卡澀等情況發(fā)生。

(6)在每個手拉葫蘆的鐵鏈上,在距離進葫蘆口100mm處做一個標(biāo)記,要求每次手拉葫蘆拉出長度控制在100mm,以此來控制每個手拉葫蘆上受力的均勻性。

(7)發(fā)號施令,開始旋轉(zhuǎn),8個手拉葫蘆的操作者開始同時拉。手拉葫蘆每拉出100mm鐵鏈的長度,暫停。檢查每個手拉葫蘆拉鏈的松緊情況,如果有松弛的,及時進行拉緊調(diào)整。另外,每暫停期間,將磁力線墜穩(wěn)定下來查看其與罐底板上之前標(biāo)記的5°方位線距離。

(8)按步驟(5)反復(fù)進行標(biāo)記,按步驟(6)進行操作、調(diào)整。

(9)當(dāng)磁力線墜與罐底板上5°方位線標(biāo)記接近時,需要減小每次手拉葫蘆拉出鐵鏈的長度,用較小的幅度將磁力線墜旋轉(zhuǎn)至與5°方位線重合,即可停止操作。

4.6 檢查驗收

旋轉(zhuǎn)完成后,需對以下兩項參數(shù)進行檢查驗收:

(1)從單盤邊緣板上之前標(biāo)記的0°方位線處懸掛磁力線墜,檢查與罐底板上之前標(biāo)記的5°方位線是否重合。檢查無誤后,將單盤上的0°方位線標(biāo)記清除,重新根據(jù)罐基礎(chǔ)的方位在單盤邊緣定位0°、90°、180°、270°方位點。

(2) 在 0°、90°、180°、270°方位點處,測量單盤邊緣點與同標(biāo)高罐壁上對應(yīng)的方位點之間的距離。復(fù)核測量的實際距離與圖紙尺寸的偏差。

4.7 旋轉(zhuǎn)實際效果

整個施工過程進行地很順利。旋轉(zhuǎn)后,復(fù)核旋轉(zhuǎn)角度,誤差為 0;復(fù)核單盤邊緣 0°、90°、180°、270°四個點與同標(biāo)高罐壁對應(yīng)的方位點之間的距離,最大誤差為3mm,通過檢查這四個點上單盤的直徑證實是單盤制造誤差,可忽略不計。

4.8 拆除臨時設(shè)施

在檢查復(fù)驗旋轉(zhuǎn)后安裝精度達標(biāo)后,開始拆除臨時設(shè)施。拆除順序如下:

(1)拆除手拉葫蘆及吊耳。

(2)逐個拆除滾杠。

(3)拆除中心柱。

(4)打磨罐底、罐壁、單盤上所有的臨時焊接點。

5 結(jié)束語

在工程施工過程中,類似于本文所述的大直徑儲罐單盤進行一定角度旋轉(zhuǎn)這樣貌似巨大、復(fù)雜的施工難題,利用吊車施工會是一貫的思維。但是,這樣的問題其實完全可以利用現(xiàn)場常用的一些工器具予以巧妙解決,而且施工安全系數(shù)高、安裝精度高、更節(jié)省成本。借以此文,希望對類似施工問題提供些許靈感和借鑒。